化工基础之流体流动过程及流体输送设备.ppt

④内能 内能（又称热力学能）是流体内部大量分子运动所具有的内动能和分子间相互作用力而形成的内能的总和。以U表示单位质量的流体所具有的内能，则质量为m（kg）的流体的内能为mU，单位kJ。 流体的流动过程实质上是流动体系中各种形式能量之间的转化过程。 管道内的不可压缩流体，不考虑热力学能，仅对总机械能进行衡算。 第三十一页，共四十四页。 （1）理想流体流动过程的能量衡算 第三十二页，共四十四页。 如上图，设在单位时间内有质量为m(kg)、密度为ρ的理想流体在导管中做定态流动，在与流体流动的垂直方向上选取截面1-l’和截面2-2’，在两截面之间进行能量衡算。 今流体在截面 2-2’处的流速为u2， 即 = mgz1+m u12/2+p1m/ρ = mgz2+m u22/2+p2m/ρ 根据能量守恒定律，若在两截面之间没有外界能量输入，流体也没有对外界作功，则流体在截面1-1”和截面2-2”之间应符合： = 第三十三页，共四十四页。 第二章 流体流动过程及输送机械 2.1 流体的静力学基本方程式 2.2 流体流动的基本规律 第一页，共四十四页。 化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大多数是流体，涉及的过程大部分在流动条件下进行。流体的流动和输送是必不可少的过程操作。 ①选择输送流体所需管径尺寸，确定输送流体所需能量和设备。 ②流体性能参数的测量, 控制。 ③研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供理论依据。 ④了解输送设备的工作原理和操作性能，正确地使用流体输送设备。 研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。 第二页，共四十四页。 2.1 流体静力学基本方程式 1．密度（p10) 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为： ρ——流体密度，kɡ·m-3 ; m——流体质量，kg；V——流体体积，m3。 气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气体状态方程进行计算： ρ= pM/RT p—气体绝对压强 kN·m-2或kPa；T—气体温度 K；M—气体摩尔质量 kg·mol-1；R—气体常数，8.314 J·mo1-1·K-1。 ρ= m／V 第三页，共四十四页。 化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组分的混合物。对于液体混合物，各组分的浓度常用质量分数表示。 ρn—液体混合物中各纯组分液体的密度，kg·m-3； xmn—液体混合物中各组分液体的质量分数。 ρm—气体混合物平均密度，kg·m-3； Mm—气体混合物的平均摩尔质量 对于气体混合物: ? ? 第四页，共四十四页。 比体积 单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积，以υ表示，它与流体的密度互为倒数: υ一流体的比体积，m3·kg-1； ρ—流体的密度，kg·m-3。 υ=1/ρ 第五页，共四十四页。 2．压强 流体垂直作用于单位面积上的力称为压强： p—流体的压力，Pa； P—流体垂直作用于面积A上的力，N； A—作用面积，m2。 压力的单位Pa（Pascal，帕），即N·m-2。 1atm=760mmHg=1.01325×105Pa=10.33mH2O=1.033 kgf·㎝-2 常用压力单位与Pa之间的换算关系如下： p= P／A 第六页，共四十四页。 压强有两种表达方式。一是以绝对真空为起点而计量的压强；另一是以大气压强为基准而计量的压强，当被测容器的压强高于大气压时，所测压强称为表压，当测容器的压强低于大气压时，所测压强称为真空度。 两种表达压强间的换算关系为 表压=绝对压强-大气压强 真空度＝大气压强-绝对压强 第七页，共四十四页。 流体压强的重要特性: 流体压强处处与它的作用面垂直,并且总是指向流体的作用面 流体中任一点压强的大小与所选定的作用面在空间的方位无关 第八页，共四十四页。 3．流体静力学基本方程式 流体处于静止状态下所受的压力和重力的平衡关系 ? 受力分析（图2-2） 或 ? 第九页，共四十四页。 1 1 3 2 2 4 4 5 3 5 p1 p2 p ① 等压面 定义: 静止、连续的均质流体，处于同一水平面上的各点压强相等 关于静力学方程的讨论 实例： 第十页，共四十四页。 等压面概念 第十一页，共四十四页。 ③ p0变化某一数值，则 p改变同样大小数值—压力的可传递性 或 po zo h1 1 2 p1 p2 z2 z1 重力场中的压力分布 ④ 静止流体内部，各不同截面上的压力能和势能两者之和为常数。 第十二页，共四十四页。 ⑤ 静力学方程的几种不同形式