PPT环境工程原理课件图文解析8

环境工程原理理目录录第一章流体流动第二章流体输送机械械第三章沉降与过滤第四章吸收第五章吸附第六章液-液萃取第七章膜分离技术第八章其他传质分离离方法第一章流体流动学习目标了解流体流动动在工业生产产及环境治理理中的应用，牛顿粘性定律律，流体阻力力及其产生的的原因；流体体在圆管内流流动时的速度度分布，流动动边界层概念念；管路的构构成及分类。。理解雷诺实验验；稳定流动动与不稳定流流动的基本概概念；影响摩摩擦系数的因因素。掌握流体的密密度、粘度的的定义、影响响因素和求取取方法；压力力的表示方法法及单位换算算；静力学基基本方程、连连续性方程、、柏努利方程程及其应用；；流体的流动动型态及判定定方法；管道道内流体的流流动阻力及计计算；能熟练练应用柏努利利方程解决工工程实际问题题，树立工程程观念。流体具有流动动性。在工业业生产和环境境治过程中所所处理的物料料，大多为流流体。本章主要讨论论流体流动的的基本原理及及流体在管内内的流动规律律，并应用这这些原理和规规律解决流体体输送过程中中的一些问题题，具体有以以下几个方面面。(1)流体的输送(2)压强的测量(3)为强化设备提提供适宜的操操作条件第一节流体的基本物物理量一、流体的密度度单位体积流体体所具有的质质量称为流体体的密度：单位质量流体体所具有的体体积，称为流流体的比容：某液体的密度ρ与标准大气压压下4℃（277K）时纯水密度ρ水的比值，称为为相对密度：kg/m3m3/kg对于液体混合合物:对于气体:由理想气体状状态方程式对于气体混合物:Mm——平均摩尔质量量可得密度计算算式为φ1、φ2、φi、φn——混合物中中各组分的体体积分数二、流体的压压强1.压强的定义在流体内部由由于流体本身身的重力而产产生的垂直作作用在单位面面积上的力称称为流体的静静压强，简称称压强或压力力。流体压力的两个特征：①垂直作用于器器壁②在同一流体的的相同水平面面上各方向的压强相相同pppppp压力单位之间间的换算1atm=1.033kgf/cm2=1.013×105N/m2=760mmHg=10.33mH2O1at=1kgf/cm2=9.807×104N/m2=735.6mmHg=10mH2O2.压力的表示方方法⑴绝压----以绝对真空为为基准测得的的压力⑵表压----以大气压力为为基准测得的的压力表压力=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力绝压/表压/真空度的关系系PA,绝PA（表）大气压线P大气压P（真空度）PB,绝绝对零压线压力表真空表三、流体的流流量与流速1.流量---单位时间内流流经管道任一一截面的流体体量。体积流量和质质量流量的关关系:2.流速---单位时间内流流体在流动方方向上所流过过的距离。A—管道的截面积积，m2；对于圆形管路路:四、流体的粘粘度1．牛顿粘性定定律粘性---是流体的固有有属性，是产产生内摩擦力力的原因。粘度---衡量流体粘性性大小的物理理量。牛顿粘性定律律---流体层间的剪剪应力与速度度梯度成正比比。称为粘度，流流体的粘性越越大，值越大。2．粘度的单位在SI制中，粘度的的单位是Pa·s，在工程上或或文献中常用用泊（P）或厘泊（cP）表示。1Pa·s=10P=1000cP运动粘度:在SI制中，运动粘粘度的单位为为m2/s第二节流体静力学流体静力学是是研究静止流流体在重力场场中受重力和和压力作用下下的平衡规律律。一、流体静力力学基本方程程式1．静力学基本本方程式的导导出在垂直方向上上作用于液柱柱上的力有：：⑴作用于上端端面的力F1，方向向下；；⑵作用于下端端面的力F2，方向向上；；⑶液柱所受的的重力W，方向向下。。取向上的作用用力为正值，，则F1=－p1dAF2=p2dAW=-ρgdA(z1－z2)液柱柱处处于于静静止止状状态态时时，，在在垂垂直直方方向向各各力力的的代代数数和和应应为为零零，即即p2dA－p1dA－ρgdA(z1－z2)=0整理理可可得得p2=p1+ρg(z1－z2)上式式可可整整理理为为p=p0+ρgh2．静静力力学学基基本本方方程程式式的的讨讨论论⑴在在静静止止的的、、连连通通的的同同一一液液体体内内部部，，处处于于同同一一水水平平面面上上各各点点压压力力都都相相等等。。⑵液液面面上上方方的的压压力力po变化化时时，，液液体体内内部部各各点点的的压压力力p也发发生生相相应应的的变变化化。。⑶静力力学学基基本本方方程程式式可改改写写为为上式说说明明压压力力差差的的大大小小可可以以用用一一定定高高度度的的液液体体柱柱来来表表示示二、、流流体体静静力力学学基基本本方方程程式式的的应应用用（一一））压压力力的的测测量量运用用流流体体静静力力学学基基本本原原理理测测定定流流体体的的压压力力差差或或表表压压力力的的仪仪器器统统称称为为液液柱柱压压差差计计。。常常见见的的有有正正U形管管压压差差计计、、倒倒U形管管压压差差计计、、双双液液柱柱微微差差计计和和斜斜管管压压差差计计等等。。正U形管管压压差差计计测量量表表压压测量量真真空空度度1．正正U形管管压压差差计计因为为pa=pb所以以=2.倒U形管管压压差差计计当被被测测流流体体为为液液体体时时，，也也可可选选用用比比被测测液液体体密密度度小小的的流流体体作作指指示示剂剂，，采采用用倒U形管管压压差差计计进进行行测测量量。。当p1>p2时当指指示示剂剂A选用用气气体体时时p1－p2≈ρBgR倒U形管管压压差差计计3.双液液柱柱微微差差计计及斜管管压压差差计计双液液柱柱微微差差计计斜管管压压差差计计（二））液液位位的的测测量量以流流体体静静力力学学基基本本方方程程式式为为依依据据进进行行液液位位的的计算算，以了解解各各种种贮贮槽槽或或计计量量槽槽等等容容器器内内的的物物料料贮贮存存量量，，控控制制设设备备内内的的液液位位。。液位位的的测测量量远距距离离测测量量液液位位远距距离离测测量量液液位位pa=pbρgh=ρBgR（三三））液液封封高高度度的的计计算算安全全水水封封切断断水水封封溢流流水水封封第三三节节稳定定流流动动系系统统的的能能量量衡衡算算一、、稳稳定定流流动动与与不不稳稳定定流流动动稳定定流流动动---流动动参参数数只只与与空空间间位位置置有有关关而而与与时时间间无无关关的的流动动。。不稳稳定定流流动动---流动动参参数数既既与与空空间间位位置置有有关关又又与与时时间间有有关关的流流动动。。稳定定流流动动与与不不稳稳定定流流动动二、稳定定流动系系统的物物料衡算算——连连续性方方程对于稳态态流动系系统，在在管路中中流体没没有增加加和漏失失的情况况下：推广至任任意截面面——连续性方方程式1122三、流动动系统的的能量在任一流流动系统统中，总总能量包包括，流流体本身身所具有有的能量量及系统统与外部部交换的的能量。。（一）流流体本身身所具有有的能量量(单位质量量)1．内能---用U表示J/kg2．位能---位能=gzJ/kg3．动能---J/kg4．静压能能---静压能=J/kg动能=流体的管管路输送送系统（二）系系统与外外界交换换的能量量1．功---流体输送送设备对对系统作作功，即即将外部部的能量量转化为为流体的的机械能能用We表示J/kg2．热---流体通过过换热器器将要吸吸收或放放出热量量J/kg3．损失能能量---流体在流流动过程程中克服服各种阻阻力，使使部分能能量转化化为热能能而无法法继续利利用。用Σhf表示，J/kg由于在在流体体流动动过程程中，，内能能和热热能从从工程程上讲讲是可可以忽忽略的的，因因此只只讨论论机械械能的的守恒恒及其其转换换。四、稳定系系统的能量量衡算式———柏努利利方程（一）柏努努利方程的的导出根据能量守守恒定律输入系统的能量=输出系统的能量+系统内的能量积累对于稳定流流动系统，，系统内的的能量积累累为零可得Pe为有效功率率，单位为为W或J/s。即Pe=Weqm（二）柏努努利方程的的讨论1．理想流体体的柏努利利方程理想流体的的特征---流体的能量量损失Σhf=0无外功加入入时（即We=0）则---理想流体的的柏努利方方程上式说明:①理想流体的的机械能守恒。②各种形式的的机械能可可以相互转转换。2.静止流体的的柏努利方方程流体静止时，则u1=u2=0,Σhf=0，若We=0则整理可得上式即为流流体静力学学方程式。。由此可见见，柏努利利方程式除除了表示流流体的流动动规律外，，还表示了了流体静止止状态的规规律，而静静止流体是是流体流动动的一种特特殊形式。。3．可压缩流流体的柏努利方方程若流动系统统两截面间间的绝对压压力变化较较小时（常常规定为%），仍可用用柏努利方程程式进行计算算，但流体体密度ρ应以两截面面间流体的的平均密度度ρm来代替。4．以单位重重量（1N）流体为计计算基准的的柏努利方方程令则五、柏努利利方程的应应用（一）解题题要点1.作图与确定定衡算范围围2.截面的选取取3.基准水平面面的选取4.单位必须统统一（二）应用用1.确定管道中中流体的流流量2．确定设备备的相对位位置3．确定输送送设备的有有效功率4．确定管路路中流体的的压力第四节流体在管内内流动时的的摩擦阻力力一、流动阻阻力产生的的原因———内摩擦内摩擦力是是由于流体体的粘性而而产生的，，这种内摩摩擦力总是是起着阻止止流体层间间发生相对对运动的作作用。粘性性是流体流流动时阻力力产生的根根本原因。。①粘度作为表征征粘性大小的的物理量，其其值越大，说说明在同样流流动条件下，，流体阻力就就会越大。②决定流动阻力力大小的因素素除了粘性和和流动的边界界条件外，还还取决于流体体的流动状况况，即流体的的流动型态。。二、、流流体体的的流流动动类类型型（一一））流流动动类类型型的的划划分分1．雷雷诺诺实实验验2．两两种种流流动动类类型型（1）层流流（（又又称称滞滞流流））流体体质质点点沿沿管管子子的的轴轴线线方方向向作作直直线线运运动动，，不不具具有有径径向向速度度，，即即与与周周围围的的流流体体间间无无宏宏观观的的碰碰撞撞和和混混合合。。（2）湍流流（（又又称称紊紊流流））在这这类类流流动动状状态态下下，，流流体体不不再再是是分分层层流流动动的的，，流流体体内内部部充充满满了了大大小小不不一一的的、、在在不不断断运运动动变变化化着着的的旋旋涡涡，，流流体体质质点点除除沿沿轴轴线线方方向向作作主主体体流流动动外外，，还还在在各各个个方方向向有有剧剧烈烈的的碰碰撞撞，，即即存存在在径径向向的的运运动动。。（二二））流流体体流流动动型型态态的的判判定定1．雷诺诺准数数Re流体的的流动动型态态主要要与流流体的的密度度ρ、粘度度μ、流速速u和管内内径d等四个个因素素有关关，并并可以以用这这四个个物理理量组组成一一个数数群，，称为为雷诺诺准数数，用用来判判定流流动型型态。。雷诺准准数无无量纲纲，称称为特特征数数。2.流动型型态的的判断断Re<2000时，流流体的的流动动型态态总是是层流流；Re>4000时，流流动为为稳定定的湍湍流；；Re=2000～4000时，为为过渡渡状态态。在一般般工程程计算算中，，Re>2000可作湍湍流处处理。。另外外，就就湍流流而言言，Re越大，，流体体湍动动程度度越剧剧烈，，流体体中的的旋涡涡和流流体质质点的的随机机运动动就越越剧烈烈。三、圆圆管中中的速速度分分布与与流动动边界界层概概念（一））圆管管中的的速度度分布布1.流体在在圆管管中作作层流流时的的速度度分布布⒉流体在在圆管管中作作湍流流时的的速度度分布布层流时时圆管管内的的速度度分布布平均均流流速速um的表表达达式式为为湍流流时时圆圆管管内内的的速速度度分分布布湍流流时时管管内内流流体体的的平平均均速速度度为为um≈0.82umax（二二））流流动动边边界界层层的的概概念念⑴板面面附附近近流流速速变变化化较较大大的的区区域域，，称称为为流流动动边边界界层层，，流流体体阻阻力力集集中中在在此此区区域域内内；；⑵边边界界层层以以外外流流体体流流速速基基本本不不变变的的区区域域称称为为主主流流区区，，此此区区内内的的速速度度梯梯度度为为零零。。平板板上上边边界界层层的的形形成成第五五节节管路路管路路是是化化工工、、石石油油、、环环保保等等许许多多行行业业生生产产中中所所涉涉及及的的各各种种管管路路形形式式的的总总称称。。一、、管管路路的的分分类类简单单管管路路---无分分支支的的管管路路复杂杂管管路路---有分分支支的的管管路路二、、管管路路的的基基本本构构成成1.管子子管子子是是管管路路的的主主体体，，通通常常按按制制造造管管子子所所使使用用的的材材料料来来进进行行分分类类。。生生产产上上使使用用的的管管子子按按管管材材不不同同可可分分为为金金属属管管、、非非金金属属管管和和复复合合管管，，其其中中以以金金属属管管占占绝绝大大部部分分。。管子子的的规规格格通通常常用用““φ外径径××壁壁厚厚””来来表表示示管路路｛｛树状状网网环状状网网金属属管管｛钢管管有缝缝钢钢管管铸铁铁管管有色色金金属属管管｛无缝缝钢钢管管｛铜管管铅管管铝管管非金金属属管管｛陶瓷瓷管管塑料料管管水泥泥管管玻璃璃管管管子子的的分分类类:2.常用用管管件件管件件是是用用来来连连接接管管子子、、改改变变管管路路方方向向或或直直径径、、接接出出支支路路和和封封闭闭管管路路的的管管路路附附件件的的总总称称。。普通通铸铸铁铁管管件件2022/10/25433.阀门阀门是用用来开启启、关闭闭和调节节流量及及控制安安全的机机械置。三、管路路的布置置与安装装1.管路的布布置原则则①管路尽尽可能短短，管件件和阀门门应尽可可能少；②管路与与墙壁、、柱子或或其它管管路之间间应有适适当的距距离；③管路路排列时时，要考虑冷热；有无腐蚀蚀；输气、输液；是否否经常检修修；高压压、低压压；是否保温；金金属、非金属等诸多因因素;④管子、管管件与阀阀门应尽尽量采用用标准件件；⑤对于温度度变化较较大的管管路须采采取热补补偿措施施，安排排凝液排排出装置置，设置置气体排排放装置置；⑥管路通过过人行道道时高度度不得低低于2m，通过公公路时不不得小于于4.5m，与铁轨轨的净距距离不得得小于6m，通过工工厂主要要交通干干线一般般为5m。⑦管路一般采用明线线安装，，但上下下水管及及废水管管采用埋埋地铺设设，埋地地安装深深度应当当在当地地冰冻线线以下。。2.管路的安安装原则则①管路的连连接包括:管子与管管子、管管子与管管件、管管子与阀阀件、管管子与设设备之间间连接的的方式主主要有四四种，即即螺纹连连接、法法兰连接接、承插插式连接接及焊接接等。②管路的热热补偿。包括：弯管的自自然补偿偿、补偿器补补偿。③管路的保保温与涂涂色。④管路的防防静电措措施。第六节流体在管管内流动动时的能能量损失失总能量损损失(总阻力损损失)Σhf项是管路路系统的的通过直直管和各各个局部部障碍处处的阻力力损失这这两大部部分的总总和。一、流体体在直管管中的流流动阻力力流体在管管径不变变的管路路中流动动时造成成的能量量损失，，称为直直管阻力力，也叫叫沿程阻阻力。光滑管：玻玻璃管、铜铜管、铅管管及塑料管管等；粗糙管：钢钢管、铸铁铁管等。绝对粗糙度：管道壁