内蒙古化工职业学院

1、单元一 流体流动内蒙古化工职业学院任务一任务一 概述概述一、流体的连续介质模型一、流体的连续介质模型流体：具有流动性的物体，包括液体和气体。流体质点：由无数个注体分子组成的连续介质。内蒙古化工职业学院二、流体的密度与比体积二、流体的密度与比体积1、密度与比体积的定义 = 单位： kg/m3 = 单位：m3 / kg；2、纯组分流体的密度 = = 单位： kg/m3 注：其中P的单位是KPa, R=8.314kJ/kmolKVmmVVmRTPM内蒙古化工职业学院3、混合物的密度（1）液体混合物 (i=1、2、3. .n) （2）气体混合物a、 (i=1、2、3. .n)n1iiimlw1n1ii

2、imgy内蒙古化工职业学院 b 、其中：例题：略；RTpMmmgn1iiimyMM内蒙古化工职业学院三、流体的粘性1、牛顿粘性定律 ：速度梯度，1/s ； ：比例系数，称粘度，N.s/m2 dyduAFdydu内蒙古化工职业学院2、流体的粘度1、意义：当 =1时，=；2、单位：1pa.s=10p(泊)=1000cp（厘泊）3、混合物的粘度（略）dydu任务二 流体静力学内蒙古化工职业学院一、流体的压强1、定义： 单位: Pa 2、绝对压力、表压力和真空度（1）例： P PA（绝压）=1.5atm A设备 PA（表压）=0.5atm 大气压：1atm B设备 PB（绝压）=1.5atm 0 PB

3、（表压）=-0.5atm PB（真空度）=0.5atmAPp 内蒙古化工职业学院（2）结论表压强=绝对压强大气压真空度=大气压绝对压强例：当某设备内绝对压强为1.9atm 时，问其表压为多少？当某设备内绝对压强为0.9atm 时，问其表压又为多少？如用真空度表示是多少?(单位均为大气压)内蒙古化工职业学院3、单位1atm=1.013105Pa=101.3kPa=760mmHg =1.033kgf/cm2=10.33mH2O例题：某设备内压强为780mmHg,用Pa表示为多少？内蒙古化工职业学院二、流体静力学基本方程P=P0+gh1、公式推导：受力分析2、说明：（1）本式也适用于气体；（2）静止

4、的、连通的同一种液体,处在同 一水平面上两点的压强相等； 等压面：压强相等；（3）巴斯噶原理：液面上方压强具有传递性。（4） 压强大小可以用高度来 衡量。hgpp12内蒙古化工职业学院3、静力学基本方程的应用（1）测量压强及压强差；（2）测量液位；（3）测量液封高度；内蒙古化工职业学院 任务三 流体动力学内蒙古化工职业学院一、流量与流速 质量流量：Ws kg/h1、流量 Ws= Vs 体积流量:Vs m3/h2、流速：（1）平均流速 m/s Ws= VsA（2）质量流速： kg/(m2.s) AVuSuAVAWGSS内蒙古化工职业学院3、圆形管道直径的选取根据：选择一常用流速，进行计算：后进行

5、圆整。例题： 22785. 04dVdVAVuSSSuVdS785. 0内蒙古化工职业学院二、连续性方程1、定常流动和非定常流动： 流体在管道内流动时，任一截面（与流体流动方向相垂直的）上的流速、密度、压强等物理参数均不随时间而变不随时间而变的叫定常流动。 反之，为非定常流动。2、连续性方程 据质量守恒定律： 1 221ssww 内蒙古化工职业学院 -流体连续性方程对于液体（不可压缩流体）： -液体连续性方程也可变为：意义：流体在定常流动时，流速与管道截面积成反比，与管道直径的平方成反比。常数222111AuAu2211AuAu21221221ddAAuu内蒙古化工职业学院三、柏努利方程1、流

6、体所具有的机械能：（1）位能： 在重力场中，液体高于某基准面所具有的能量称为液体的位能。液体在距离基准面高度为z时的位能相当于流体从基准面提升高度为z时重力对液体所作的功。 mkg流体所具有的位能：mgzmgz ,单位是：J; 单位质量流体所具有的位能：gzgz ,单位是： 22mmmN mm=Kg=J/KgssKgKggz内蒙古化工职业学院（2）动能液体因运动而具有的能量，称为动能。 mkg流体所具有的动能： ,单位是：J;单位质量流体所具有的动能： ，单位是：222mKg mmN m() =J/Kg2ssKgKgu22u221mu内蒙古化工职业学院（3）压强能流体自低压向高压对抗压力流动时

7、，流体由此获得的能量称为压强能。 mkg流体所具有的压强能： 单位是：J; 单位质量流体所具有的压强能： v流体的比容（比体积）， 23N/mN m=J/KgKg/mKgp111111VpAVAp距离力功111111ppmVp内蒙古化工职业学院2、理想流体的柏努利方程理想流体，无摩擦力，据机械能守恒定律： 机械能位能动能压强能常数单位质量流体所具有的机械能 -理想流体的柏努利方程常数22upgz222212112121pugzpugz内蒙古化工职业学院3、讨论：机械能守恒与转换方程意义：流体的各种机械能形式之间在一定条件下是可以相互 转换的，但总和不变。如图所示管道：系统处在静止状态， 021

8、uu2211pgzpgz)(2112zzgpp内蒙古化工职业学院对于可压缩流体如果： ，可用 ，近似按不可压缩流体处理。公式中的p既可以用表压，也可用绝压，但须前后保持一致。%20%100121ppp221m内蒙古化工职业学院4、实际流体的柏努利方程实际流体：（1）有流动阻力，hf ，单位是J/Kg；（2）有外加功， We ，单位是J/Kg ； -实际流体的柏努利方程（扩展了的柏努利方程）fehpugzwpugz222212112121内蒙古化工职业学院 以单位重量流体为衡算基准，有： 位压头 静压头 动压头 有效压头 压头损失以单位体积位衡算基准,有： 2211221e2f22pupuzHz

9、Hgg2211221t2f22pupugzPgzPgg内蒙古化工职业学院5、实际流体的柏努利方程的应用计算两容器间的相对位置；计算输送机械的有效功率；计算流体的输送量；计算输送压强。例题：见课本。内蒙古化工职业学院四、实际流体的基本流动现象（一）、流体的流动类型 1、雷诺实验 内蒙古化工职业学院2 、实验结果： 层流 流体流动型态 湍流内蒙古化工职业学院3、流型的判断（1）影响流型的因素： 流速：u； 密度：； 粘度：； 直径：d；（2）流动型态的判断：雷诺数（无量纲准数） （3）判断：当Re2000, 层流； 当2000 4000，湍流；例：见P37（略）duRe内蒙古化工职业学院（二）圆管

10、内的速度分布1、层流时的速度分布特点：管中心处流速最大2、湍流时的速度分布3、层流内层：max21uummax82. 0uum内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院（三）流动边界层的基本概念1、流动边界层：特点：存在速度梯度和阻力的区域； 层流边界层种类 湍流边界层：层流内层；2、主流区：速度梯度为零；3、边界层的分离特点：有大量机械能损失；内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院第四节 管内流动阻力一、化工管路：管子、管件、阀件；（一）、管子1、种类及用途：铸铁管：强度差，价格低，用作污水管； 焊接钢管（水煤气管）：输送水、煤气等低压钢管 无腐蚀性介质，分为镀锌

11、管和黑管。 无缝钢管：输送高压、高温无腐蚀性流体。合金钢管：输送高温且有腐蚀性介质。 内蒙古化工职业学院 紫铜管铜管 特点：重量轻，导热性好， 黄铜管 延展性好，用作换热管。铅管：耐酸，机械强度差；铝管：耐酸不耐碱，输送浓硝酸等； 尺寸标注方法： 外径 壁厚mm陶瓷管和玻璃管：不耐压，耐腐蚀；塑料管：种类多，抗腐蚀，易加工；橡胶管：耐酸、碱腐蚀，有弹性，但易老化；内蒙古化工职业学院2、管路的连接（1）螺纹连接（2）焊接（3）承插式连接（4）法兰连接内蒙古化工职业学院（二）管件1、用于改变流向的：弯头（90、45 、180 ）2、用于连接支管的：三通、四通等；内蒙古化工职业学院 3、用于堵塞管路

12、的：管帽、丝堵等；4、其它：改变管径、延长管路等。内蒙古化工职业学院（三）常用阀门种类：闸阀、截止阀、止回阀、球阀、 旋塞、隔膜阀等；截止阀闸阀闸阀止回阀旋塞阀球阀内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院旋塞阀内蒙古化工职业学院球阀内蒙古化工职业学院流动阻力:hf种类:直管阻力(hf) 局部阻力(hf)内蒙古化工职业学院二、直管内的流动阻力1、计算公式：通过对流体进行能量衡算和受力分析，得出： 范宁公式 其中： 摩擦系数（摩擦因数） 阻力压降： 压头损失：22udlhf28uw22udlhfgudlHf22内蒙古化工职业学院2、层流时的摩擦因数影响摩擦因数大小的

13、原因：(1)流动型态（Re） 绝对粗糙度mm(2)管壁粗糙程度 相对粗糙度/d3、湍流时的摩擦因数 其中：/d 相对粗糙度通过实验，得到计算的经验公式或摩擦因数图：Re64)(Re,df内蒙古化工职业学院图内蒙古化工职业学院* 摩擦因数与雷诺数、相对粗糙度的关系汇总摩擦因数与雷诺数、相对粗糙度的关系汇总层流区：湍流区：完全湍流区：过渡区：既可以按层流计算，也可以按湍流查 图。Re64)(Re,df)(df内蒙古化工职业学院4、非圆形直管的阻力损失当量直径：同心套管：此时， （C值可查表）润湿周边长流通截面积 4ed12122122)()(44dddddddeReC内蒙古化工职业学院三、局部阻力

14、1、局部阻力：流体流经局部位置所产生的阻力。 形体阻力：由于流体流速、流动方 局部阻力 向改变产生的阻力 摩擦阻力 阻力系数法2、计算方法 当量长度法内蒙古化工职业学院局部位置阻力内蒙古化工职业学院 1、阻力系数法 J/Kg （各局部位置的阻力系数见附表） 2、当量长度法 J/Kg 四、流体在管内流动总阻力的计算（1）、 J/Kg22uhf22udlhef2)(2udlhf内蒙古化工职业学院(2)例题： 见P55。（略）22udllhef内蒙古化工职业学院第五节 管路计算一、简单管路与复杂管路 等径管路 1、简单管路 串联管路特点：（1）、 （2）、332211AuAuAu 321ffffhh

15、hh内蒙古化工职业学院2、复杂管路 并联管路复杂管路 分支管路 汇合管路内蒙古化工职业学院并联管路特点：（1）（2）分支管路特点：（1）（2）分支点处单位质量流体的机械能总和为一定值。321SSSSVVVVffffhhhh321321SSSSVVVV内蒙古化工职业学院第六节 流量的测定一、皮托测速管1、结构及原理2、流速计算A点压强能： B点压强能：A、B两点压强能差值：联立： 注：实际计算时加校正系数C。 22uppApgRppAA)(gRuA)(2内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院二、孔板流量计1、结构与原理: 内蒙古化工职业学院内蒙古化工职业学院2、流量计算：考虑通过孔子口的阻力损失,用c1校正,22222211upup21020212221122AAuuupp212100211ppAAu212101021ppAAcu内蒙古化工职业学院考虑到测压口的位置与实际缩脉处的位置有差别,引入一校正系数c2。令：4102121021011ddccAAcccbappAAccu21210210gRcuA200gRdcgRAcAuVAAs2422000000内蒙古化工职业学院三、文丘里流量计1、结构及原理：2、流量计算： CV：文丘里流量计 的流量系数；3、讨论：（1）阻力损失小；（2） CV一般介于0.980.99间；（3）造价较