化工原理[第一章流体流动及输送机械]山东大学期末考试知识点复习

1、学习好资料欢迎下载第一章流体流动及输送机械一、重要公式1 .静力学方程pl = pj +碑(给一41 aim = 1.013 X 10, Pa = 760 mmHg = 10* 33 mH；()1 kgf/cmd = 9, 81 X 10* Pa = 735+ 6 mmHg =10 mH2()阳测压口不在同一制度）（两测压口在同一高度2 . ufBFl压差计Zip = pR _ Oh =及£0 - p） 一 偿（。一 3）A。= Re （p, 一 p）式中用, P分别为指示液和被测液体的密度，kg/m二3 .曲体的速度修体极液置如、债输国族及陆军减速Gqv = uA G = up q

2、m = qp uAp - GA4 .牛fi财性定律黏度汹 SI制单位为Pa',1 Pa - s - 10 P = 1 000 cP.运动黏度 ” =丛 SI制单位为m2/so5,连续杵方耀p!"jA| = pl Uz A；（定态流动）141a =%A? （定态流动邛=常数，如液体）U.d = U2d （定态流动,pH常数，圆管内）6 .机修部守恒式均质不可压缩流体等温定态流动的柏努利方程如下：g：n +粤+邑+人甘=gz± +与+2+儿,i-2 （J/kg）2 PdpZ + 署 + + He =如 + 料 + * + Hl）-2（m）2g 阳2g %可压缩流体等温定

3、态流动的机械能守恒式如下:=4号 （户很小或长距离运输时）7动量守恒2耳=</ （ u2j 一 以8 .雷诺数D _ dup _ dGdu林 Bv& 2 000,层流 Re > 4 000,湍流2 000 < Re < 4 000,过渡区9 .阻力损失'"=入:勺（范宁公式）a L用8 / 8监（层流、湍流分别讨论）a -a10 .摩擦系的A = fCRe, s/d）层流& < 2 000.“冷储=辔装（哈根-泊谡叶方程）&pd'完全湍流区（阻力平方区）4=/（e/rf）光滑管入=与寿1L局部阻力h"人与

4、号=鸟 仁=1（管出口），（ = 0.5 （管人口） U M&12,非圈管阻力计算13.圆管内层潞速度分布14,并联管第I卷)抛物线=(ivi +(/V2 + qv» 4工32 =阳.3 =M I分别讨论在层流、湍流”相同三种情况下的简化形式.15-串联管路Qv H 3=守炉2 =阳=儿,】+ fit, 2 +16 . B支管路qv = Qv + Qvz T+包+与=g +包+导+储.i =弁以+拄+与+儿1 =常数 p Cp tP L17 .毕托爵测读笆）7辿宁1=八&）=八 "TOM18,孔畅海量计（怛截面，变压差）的=GA. = GA“ JRS.&am

5、p;孔板孔流系数G =0.60.7,文丘里流城计用【1代替（】 %，% 0. 98 f能耗小）.19,转子流装计（迪氏差,变就面）20.管路特rt泉的有蚊电隼23.比例雅律24.离刚泉量大佬冷安装高度HJ =一"一 ZHc 一（NP5H）f+0.525*住复聚的海僵单动泵qv = iASnt双动泵=小（2 A o） Sm.26.风Ml全风压慢翼Pt （小一户）+半/f _ PPt = Pt 匚”P、主要内容联系图1 .化工原理课程知识结构模块图化工蛾理课程求要理论军础（1）质最平衡ai训.'机械能平衡Ei +幻=E,i+2褊（3）热身平衡（系统中无机械能时12mH）+ Q，n

6、 = £rH）+ Q,hOul（4）动量守恒uaiin（5）牛顿第二定律Zf=m.半dr（D气液相平衡y = 皿）（2）汽液相平衡* =解由）（3）气固相平衡0=仪上）（4）液液相平衡yE, i = f（XnCC5）液固相平衡过程速率表达式过程速率.解一壅型力 U往津不过程阻力1化|一过程及单元操作（1）流体流动过程单相流动流体流动、流体输送两相流动a.流体通过颗粒层的流动：过灌、固定床 b,颗粒的沉降运动沉降、固体流态化（2）传热过程加热、冷却、冷凝.沸膊，蒸发<3）传破过程吸收、精慵、萃取.吸附、干燥化工设备1流体输送及机械分阳设备换热设备传质设备泉，风机过晚机演力沉降分离

7、器、离心沉降分离器 固定床、淡化床、气力输送换热器蒸发器吸收塔、精博塔 苇取塔、吸附塔 干燥器2.沿鼻海疝内泞瞧峋黑快用骷度潮浦而高度K空度层流网管过渡区击谓布1ft 摩«系数郃力计算一连雄性方程相野村方程1t斛n手托管孔板流愉计文丘里流H计确定ff技及箱送机械功率没w计W瑰有设第送液能力校幡计施-L拌暇分支舒图流量分冏IX计算愉送机械的功率1计W管带中的RI力损失3.蔺修网送机新内容结构出按用一曲 Q I33EH tQEIB* I rFrk -1 E£H-同机亶.也尸'政蜃转数T作醺理I图17图12 流体廿送索累用三、本章要点指导(1) .流体静力学方程式月叫+包

8、=H之2 +2pPP2 =+ 阴(。一次)=pi + pgh由静力学方程可知：(1)静止液体内任一点压力大小与该点距液面 深度有关，越深压力越大。(2) 在静止液体内同一水平面上各点压力相 等，此压力相等的面称为等压面。(3) 液面上方压力po。有变化时，必然引起液 体内部各点发生同样大小的变化(p2-p1)/ p g=h,说明压力或压差大小可由液柱高度表示。(5)(p/ p g)+z=常数或p/ p +gz=常数，说明不同截面上静压能和位能可相互 转换，总和保持不变。z为流体距离基准面的高度，称为位压头，表示单位重量 流体从基准面算起的位能，mg"mg=4 p/ p g为静压头，又

9、称单位重量流体的 静压能pV/mg,静压能的意义：当流体具有静压强 p时，就能在它的作用下上升 高度p/ P g,这种克服重力做功的能力称为静压能。(6) 静止的、连通的同种均质流体在同一水平面上压强相等。(7) 静力学方程亦适用于可压缩流体，p必须取平均值。(8) 静力学方程应用的计算题，首先选等压面，计算静压强由上往下加，反 之则减。2 .机械能衡算方程式流体流动的核心公式是流体机械能衡算方程式(柏努利方程)，该公式有如下附 + 与+包 +鼠 =+ 与 + 及 + 股 3匕 pZ p町 + 畀 + 之 + H* = 血 + + 包 +i-2“睡2我 快形式:上 it =（人 £

10、+（日）=（4+£聪 应用公式应注意以下几点(1) 柏努利方程应用条件：定态、连续、不可压缩流体系统，在选定的两截 面问，系统与周围环境无能量和质量交换，满足连续性方程。(2) 公式(a)的基准为单位质量流体(1 kg),公式(b)的基准为单位重量流体 (1 N)。(3) 公式(a)的物理意义：各项均表示单位质量流体具有的能量， 单位：J/kg gzb Ui2/2 , pi/ p , gz2, U22/2 , p2/ p分别为截面1和截面2上单位质量流体所具 有的位能、动能和静压能，he, hf, 1-2为流体在截面1 2之间获得和消耗的能 量，是过程函数，he为输送设备对单位质量流

11、体所做的有效功，是选用输送设备 的重要依据。(4) 公式(b)的物理意义：各项均表示单位重量流体具有的能量，单位：J/N 或m液柱。zi, ui2/2g , pi/ p g为截面1上流体所具有的位压头、动压头和静压 头，Z2u 22/2gp 2/ p g为截面2上流体所具有的位压头、动压头和静压头，H(扬程)是输送设备对流体所提供的有效压头，He=he/g; H, 1-2为流体在截面1 2 之间的压头损失，H, 1-2/g。(5)z, p, u为状态函数，管内流动u, z, p, p为平均值。(6)z 1、Z2选择同一水平基准面，通常选择地平面或控制体截面1-1'、截面2-2'

12、中的较低的一个所在的水平面上。(7)p 1、p2同时以绝对压计或同时以表压计，并且注意单位均统一到N/m2。(8) 截面1 1'、截面22'与流体流动方向相垂直，根据所取的截面11'、 截面22'的性质，灵活地确定U1、U2的数值，流速u是平均流速，阻力损失项 中的流速取产生阻力损失的管段上的平均流速，大截面上的流速为 00(9)自高位槽或高压容器向其他地方输送流体时一般不需要流体输送机械， 此时，He=0, he=0。(10)若外界没有向系统加人外功，he=0, H=0,用E1和Et2分别表示截面1 和截面2上的机械能(位能、动能和静压能之和)，B=E2+hf

13、,由于实际流体(非 理想)流动时，ht>0,故曰>昆。这说明流体能自动从高(机械能)能位流向低(机 械能)能位。(11)理想流体，无外加功，he=0, H=0, H=0, hf=0,则得到理想流体的柏努 利方程，其物理意义如下：1 kg理想流体在各个截面上所具有的总机械能Et守衡.各项不一定相等，三种形式的能可以互相转换，总和不变，&二巳。修+黑 +包=次+ 黑 + '或 Az + = 02g 阳2K 隅2g p*(12)可压缩流体，当 I (pi-p2)/pi I <20%,采取 p = p 后(p i+p2)/2,误 差在工程上是允许的。(13)非定态流动

14、，可通过微分时间dt内的物料衡算和瞬间柏努利方程求解。(14)若在等直径的管段，无流体输送机械，阻力损失可以忽略，机械能衡算 方程式变成流体静力学的形式。(15)因为机械能衡算式中的每一项均是单位流体的能量， 故计算流体输送机 械的功率时应注意流体的总流量 qv(单位：m3/s),有效功率Pe=p gHqv=heqm, 轴功率R=Pe/4,单位：W瓦)0(16)柏努利方程解题步骤如下。绘出流体流动系统的示意图，并根据要求确定流体流动系统的衡算范围 (控制体)。选取截面：根据题意定出上下截面，一般把上下游截面选取在已知 数较多或含有待求量的地方，并指出流体的流动方向，截面选取必须与流动方向 垂直

15、，且在两截面间流体必须是连续的； 上下游截面确定后，两截面及其间的管 道内壁和容器内壁即构成相应的控制体。 上下游截面上单位质量流体所具有的位 能和静压能按管道轴心线的流线上的值计算。选择基准水平面：通常取基准水 平面通过衡算范围的两个截面中的任一截面， 截面上方为“+”，截面下方为“-”, “z” 一截面中心点到基准水平面间的垂直距离。衡算范围内所含的外部功及 阻力损失应完全考虑进去，不应遗漏。(17)应用机械能衡算方程式可解决以下方面的问题：确定高位槽高度；计算管路中的流体压力；计算管路中的流体压力； 计算管路中的阻力损失；确定输送 机械的功率；确定完成规定输送流量所需要的管径 d；对于已

16、有的管路系统确定 所能达到的流量；并联分支管路的流量分配等。(18)有时柏努利方程需要和连续性方程、 动量守恒定律联合,可用于计算管路中的流量，设备间的相对位置，输送设备的有效功率及管路中流体的压强关系。四、本章注意点(1) 静力学方程是静止流体中的能量转换和守恒定律，应用此方程的关键是 正确选取等压面，其实质即为在连续、 静止、均质的流体中同一水平面上静压强 相等这一概念的应用。所取等压面的位置不同，仅涉及计算是否简便，不影响计算结果。计算时应注意各物理量单位制要统一。(2) 应掌握连续性方程式的使用条件、意义及应用。(3) 掌握柏努利方程及机械能衡算式的物理意义、使用条件及应用。(4)牛顿黏性定律，黏度的定义及影响因素，不同单位制中黏度的换算。(5) 流体的流动形态有两种：层流和湍流，其判据是雷诺数。(6) !2hf为机械能衡算式中两截面间的1 kg流体的机械能损失，一般由直管阻力和局部阻力两部分组成。(7)简单管路及复杂管路的特点。(8) 注意区分“气缚现象”和“汽蚀现象”。“气缚现象”是因为泵启动前泵壳 及吸人管路中没有充满液体等原因，而使泵内有气体导致吸不上液体；而 “汽蚀 现象”则是由于泵内某处的绝对压力低于操作温度下液体的饱和蒸气压， 而使泵 不能正常操作甚至将泵损坏。可见两者产生的原因不同，现象不同，后果亦不同。 但都是离心泵正常操作