化工原理少课时版第一章第二节.ppt

2019/7/20,第一章 流体流动,一、流量与流速 二、定态流动与非定态流动 三、连续性方程式 四、能量衡算方程式 五、柏努利方程式的应用,第二节 流体在管内的流动的基本方程,2019/7/20,一、流量与流速,（一）、流量 单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。 若流量用体积来计量，称为体积流量qv；单位为：m3/s。 若流量用质量来计量，称为质量流量qm；单位：kg/s。 体积流量和质量流量的关系是：qm=qv,（二）、流速 单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速u。,单位为：m/s。数学表达式为：,2019/7/20,流量与流速的关系为：,质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量用 表示，单位为kg/(m2.s)。 数学表达式为：,对于圆形管道，,管道直径的计算式,2019/7/20,二、稳态流动与非稳态流动,流动系统,稳态流动,： 流动系统中流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而改变，而不随时间而改变,非稳态流动,：上述物理量不仅随位置而且随时间变化的流动。,2019/7/20,在化工生产中，正常运行时,系统流动近似为稳态流动。各点各处的流量不随时间变化，近似为常数。 只有在出现波动或是开、停车时，为非稳态流动。,2019/7/20,三、连续性方程,在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算,衡算范围：取管内壁截面1-1与截面2-2间的管段。 衡算基准：1s 对于连续稳定系统：,2019/7/20,如果把这一关系推广到管路系统的任一截面，有：,若流体为不可压缩流体,一维稳定流动的连续性方程,2019/7/20,对于圆形管道，,表明：当体积流量一定时，管内流体的流速与管道直径 的平方成反比。,则,当,（1-23）,2019/7/20,理想流体：流动时没有阻力的流体 1.推导条件 不可压缩 理想流体 稳态流动 恒温 连续流体,四、伯努利方程式,2019/7/20,作用于微元流体柱流动方向上的力： (1) 作用于微元流体柱的重力的分力,忽略二阶无穷小，且由于,（2）作用于上游截面的总压力,（3）作用于下游截面的总压力,2. 推导过程,2019/7/20,（5）作用于其侧面的总压力在运动方向上的分力,作用于微元流体柱运动方向上的合力：,2019/7/20,单位：m,位压头 静压头 动压头 （速度头）,位能 静压能 动能,单位：,（公式 1-28）,（公式 1-29）,2019/7/20,五、实际流体能量衡算方程式,（一）、实际流体机械能横算式 1.机械能损失（压头损失）,2019/7/20,若以单位重量的流体为衡算基准,2.外加机械能（外加压头）,单位:m,:位压头，动压头，静压头、 压头损失 He：输送设备对流体所提供的有效压头,2019/7/20,应用柏努利方程的注意事项 1）作图并确定衡算范围 根据题意画出流动系统的示意图，并指明流体的流动方 向，定出上下截面，以明确流动系统的衡标范围。 2）截面的截取 两截面都应与流动方向垂直，并且两截面的流体必须是 连续的，所求得未知量应在两截面或两截面之间，截面的 有关物理量Z、u、p等除了所求的物理量之外 ，都必须是已 知的或者可以通过其它关系式计算出来。,2019/7/20,3）基准水平面的选取 所以基准水平面的位置可以任意选取，但必须与地面平行，为了计算方便，通常取基准水平面通过衡算范围的两个截面中的任意一个截面。如衡算范围为水平管道，则基准水平面通过管道中心线，Z=0。 4）单位必须一致 在应用柏努利方程之前，应把有关的物理量换算成一致的单位，然后进行计算。两截面的压强除要求单位一致外，还要求表示方法一致。,2019/7/20,例：如本题附图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽中的液面维持恒定，塔内表压强为9.81103Pa，进料量为5m3/h，连接 管直径为382.5mm，料液在连接 管内流动时的能量损失为30J/kg(不包 括出口的能量损失)，试求高位槽内 液面应为比塔内的进料口高出多少？,（二）、柏努利方程的应用,2019/7/20,分析：,解： 取高位槽液面为截面1-1，连接管出口内侧为截面2-2, 并以截面2-2的中心线为基准水平面，在两截面间列柏努利 方程式：,高位槽、管道出口两截面,u、p已知,求Z,柏努利方程,2019/7/20,式中： Z2=0 ；Z1=? P1=0(表压) ；