化工原理第一章 流体流动幻灯片.pptVIP

第一章 流体流动 1.流体：液体和气体统称为流体。 特征： (1)具有流动性; (2)无固定形状; (3)在外力作用下,其内部发生相对运动。 2.本章主要讲的内容:流体流动的基本原理及 其流动规律。 3.经常应用流体流动规律的场合: (1)流体的输送(使流体在低能耗及低设备费用下完成输送). (2)压强.流速.和流量的测量(控制生产过程). (3)为强化设备提供适宜的流动条件(为提高设备效率.而化工过程处理的均是流体). 4.讨论的方法: 连续性假设 将流体视为由无数的分子集团组成的连续介质, 每个分子集团称为质点。这些质点： (1)其大小与容器或管道相比是个微不足道的. (2)质点在流体内部一个紧挨一个,它们之间没有任何空隙。 即认为流体充满其所占的空间，从而把流体视 为连续介质，这样就摆脱了复杂的分子运动，从宏观角度来研究流体的流动规律。 注意：在高度真空下的气体，就不能再视为连续介质。 第一节 流体静力学基本方程式 流体静力学：研究流体在外力作用下达到 平衡的规律。 应用很广：流体在设备内或管道内压强的变化与测量、压差计、液体在储罐内液位的测量及设备的液封等。 本节只讨论流体在重力和压力作用下的平衡规律。 先介绍有关流体的两个参数： 1-1-1 流体的密度 1、 密度：单位体积流体所具有的质量。 第四节 流体在管内的流动阻力 流动阻力产生的原因： 1、流体具有粘性，流动时存在着内摩擦，是流动阻 力产生的根源； 2、固定的管壁或其它形状的固体壁面，促使流动的 流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。 流动阻力＝直管阻力＋局部阻力 直管阻力:流体流过直管而产生的阻力损失 局部阻力：由于流体流经管路中的管件、阀门及 管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。 强调：流体流过水平放置的圆形直管，且无外功加入时，两截面压强差就等于由于阻力损失产生的压强降。 1－4－1流体在直管中的流动阻力 直管阻力通式的推导 1－4－1流体在直管中的流动阻力 1－4－1流体在直管中的流动阻力 管壁绝对粗糙度?：指壁面凸出部分的平均高度 管壁相对粗糙度： ?/d 摩擦系数?＝f(Re, ?/d) 2、管壁粗糙度对摩擦系数?的影响 粗糙度与摩擦系数的关系1 粗糙度与摩擦系数的关系3 粗糙度与摩擦系数的关系2 3、滞流时的摩擦系数:如图 ?定理：a）任何因次一致的物理方程都可以表示为一组无因次数群的零函数 b）无因次数群?1， ?2， ?3，…的数目i等于影响该现象的物理量数目n减去用以表示这些物理量的基本因次的数目m 4、湍流时的摩擦系数和因次分析 因次分析方法的目的： 因次分析方法的基础或依据： 因次一致性原则：根据基本物理规律导出的物 理方程，其中各项的因次必然相同。 因次一致性原则和?定理 4、湍流时的摩擦系数和因次分析 四、静力学方程式其他应用 1、倾析器 2、稳压高位槽(马里奥特容器) 3、倒液封 第二节 流体在管内的流动 流量： 2.流速： 1)实验表明：流体流经管道任一截面时各点的流速沿管径 变化，中心处最大，壁面处最小为0。速度分布复杂， 工程上为方便取平均值。滞流 湍流 1－2－1流量与流速 体积流量：流体量用通过的流体的体积表示。VS ,m3/s 单位时间内流过管道任一截面的流体量。 流体量： 质量流量：流体量用通过的流体的质量表示。Ws, kg/s 单位时间内流体在流动方向上流过的距离。u，m/s 3.管道内径的计算：若管道为圆形截面，则 1－2－2 定态流动与非定态流动 ?定态流动：在流动系统中，若各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而变化，不随时间而变化，这种流动称为定态流动。 化工生产中多属于这种连续定态流动过程 非定态流动：在流动系统中，若各截面上流体 的流速、压强、密度等有关物理量不仅随位置而变 化，而且随时间而变化，这种流动称为非定态流动。 1－2－3 连续性方程式 物料衡算：如图： 1－2－3 连续性方程式 1－2－4 能量衡算方程式 流动系统的总能量衡算方程式：如图 衡算范围：设备内壁面、 1－1`截面、2－2`截面间围成的系统 衡算基准：1kg流体 基准水平面：o-o` v1,v2 ——流体分别在截面1－1与 截面2－2处的比容；m3/kg 符号含义： u1,u2 ——流体分别在截面1－1与截面2－2处的流速；m/s p1,p2—— 流体分别在截面1－1 与截面2－2处的压强；Pa Z1,Z2 ——