化工原理化学系第04讲

1、作业题思考题：这种流程有什么弊端？如何改进？试画出流程图。在上述参数不变的情况下，再计算改进流程的晶体产量。在生产KNO3的过程中，20 %(M/M，即质量百分比)的KNO3溶液以1000kg/h的流量进入一蒸发器，在422K下蒸发掉部分水分，得到50%(M/M)的溶液。然后，进入结晶器，在311K下结晶，得到96 %(M/M)的晶体作为产品取出，母液浓度为37.5。试计算晶体产品量（连续进料稳定生产时）。蒸发器结晶器miciwmococeme母液作业题蒸发器结晶器miciwmococememrcrmr, cr物料衡算步骤及要点1、物流图 2、确定衡算范围 3、确定衡算对象 4、统一计算单位5

2、、确定衡算基准第四讲 流体流动 单元演习及测验受力平衡与能量守恒流体静力学方程伯努利方程连续性方程流体受力表面力质量力：重力、惯性力法向力：压力等切向力：摩擦力、剪力能量机械能热力学能：内能动能位能静压能一. 流体的受力与能量二、流体静力学基本方程(1). 静压强仅与流体的密度和垂直位置有关;(2). 连续、均一、静止、不可压缩流体内，任一点的压强等于液面压强与液面到该点液柱高度所产生的压强。(4). 连续、均一、静止不可压缩流体内任一点的位能和静压能之和为定值。(3). gz表示单位质量流体所具有的位能; p/为单位质量流体所具有的静压能；1. 流体静力学基本方程遵循以下原则和步骤：a. 寻

3、找连续、均一的流体水平面，以水平面为基准，确定压差相同的位置。b. 分别依据流体静力学方程求得基准水平面上的压力表达式。c. 列等式，求解。2.流体静力学方程的应用1) U型测压管ihRAPa12依据流体静力学方程知：P1P2p1=gh + pAp2=igR + pagh + pA igR + papA igR + pa ghp（表）igR gh若i远大于，则有：p（表）igR3.静力学方程的应用压力的测量测PA2) U型管压差计ABZAZBR12p1=p2p1=pA+gZAp2=pB+g(ZBR)+ igR1. ZBZA ， pA pB= (i )gR2. 若压差一定，减小(i )可增大R；

4、3. 若 i远大于 ， pA pB= i gR3. 静力学方程的应用压力的测量pA pB=g(ZBZA)+ (i )gR测PA-PB若倾斜一定角度，R？RR3) 微压差计pApBRhiZ12p1 = p2p1=pA+gZp2=pB+g(Z-R+h)+ igR若di远小于d，则有：pA-pB= (i- ) gR3. 静力学方程的应用压力的测量pA-pB=gh+ (i- ) gR双液型压差计4)复式压差计例：P Z4Z3332211Z2Z1HgpaZ0如右图所示压差计，红色为Hg，蓝色代表水。已知：Z0=1.8m Z1=0.7m Z2=2.0m Z3=0.9m Z4=2.5m，求表压解：依据流体静

5、力学方程，知：图上所标等高面11，22，33上的压力分别相等，则有：上面两式对应相加，并整理得：3. 静力学方程的应用压力的测量测P-Pa1. 液封高度计算液封的目的就是防止气体外泻。4. 流体静力学原理的其他应用例如，在锅炉生产蒸汽的过程中，往往需要监测锅炉内的压力，采用如右图所示的装置，为防止测压管内的指示液喷出，往往需要测压管有足够的高度，这就在测压的同时起到了液封的作用。例如，锅炉内的最大压强为2atm，求测压管的最小高度。解：为保证锅炉内压力最大时，指示液不会喷出，需要使测压管保证如图所示的最小高度R。依流体静力学方程，有：PARP流体静力学原理的其他应用2.流体流向判断两容器直径分

6、别为D=1000mm，d=400mm，容器1上方维持不变的真空度100mmHg，容器2为敞口容器。当阀门F关闭时，两容器内水面高度分别为Z1=2.5m，Z2=1.5m。试问：1. 当阀门打开时，两液面能否维持不变？2. 若不能维持原状，重新达到平衡时，液面高度如何变化？DdFZ1Z212对于流动方向的判断，应当属于流体静力学问题。对于这道题，首先假定阀门打开后，液位维持不变，根据容器1的压力参数求解容器2的虚拟压力参数。根据静力学方程，有：而：显然，假设不能成立，流体要有流动产生。从静力学方程可以看出，要增加Z1-Z2的值，才能使p2趋进p2，即流体由2向1流动。DdFZ1Z212p1p2当达

7、到平衡时，根据流体静力学方程，应当有：代入数据后，有：又根据质量守恒，有：流出2的流体质量流入1的流体质量列等式，有：联立两式，解得：三、伯努利方程 有效压头 位压头 动压头 静压头 压头损失单位重量流体所具有的能量(J/N, m液柱)：单位质量流体所具有的能量(J/kg)：解题步骤1. 解决测压及流动类问题的方法：测压部分采用静力学方程。流体流动部分采用伯努利方程求解。 2. 利用伯努利方程求解流动问题的步骤： 1). 首先画出流体流动简图，标注已知量和所求量。 2). 沿流体流动方向，确定上游11截面和下游22截面。要求截面与流向垂直，截面间流体连续，截面上已知参数尽可能多。 3). 选择

8、位能基准面。通常以位置较低的截面作为基准面。 4).从上游到下游列伯努利方程，能量单位要一致。 5). 求解。液体从高位槽流下，槽内液面恒定不变，管口和液面均为大气压。当液体在管中的流速为1m/s，损失能量为20J/kg，求液面离管口的高度？1122Z例题1解：如图所示，沿流动方向取1-1、2-2截面(出口内侧)，列伯努利方程，有：有：1122Z例题2 如图所示，。所有管路直径d=0.1m，输送水流量V=84.82 m3/h。水在塔前段管内摩擦损失wf=10 J/kg，喷头内压强较塔内高0.02Mpa。水流入下水道的摩擦损失忽略不计，离心泵总效率 =65%。试求：泵输入功率N=？离心泵输入功率

9、的计算1m1m1m5m0.2m截面的选择至关重要解题思路：其中，m为输送流体的质量流率,可由输水量求得；we为离心泵在单位时间内对单位质量流体做的功，需由伯努利方程求得。 为泵和电机的总效率、 已知。电机功率如图示，选截面1-1 , 2-2 ,位能基准为地平面，表压为准。列式塔内流体不连续，可分段处理。解：分析NNe ms 、we? 同时，塔内压强 pA及速度u未知需列三个方程。1122 P2 (pA) 、u2未知据连续性方程 再选截面3-3、4-411223344，有u3=u40代入前面式得：we=91 J/kg单元测验右图所示，水由高位槽经管道从喷嘴流出，已知d1=125mm，d2=100mm，喷嘴d3=75mm，压差计读数为80mmHg，若忽略阻力损失，求H和pA(表压)80mmd1d2d3pAH例题3如右图所示管线，A点接一U型压差计，指示液为水，管内流体密度为800kg/m3，当阀门全关时，读数R1为300mm，阀门开启后，读数R2为100mm。若管内流体可视为理想流体，管内流速为多少？分析：1.静力学分析： 未开阀门前，选择5-5为基准面，可以用Z，R表示出P3；选择1-1和3-3截面，也可以表示出P3； 开阀门后，选择测压计等压面为基准面，用Z和R