通风除尘与物料输送培训课件

通风除尘与物料输送高等职业教育粮油工程技术专业课程主讲教师：陈革沈阳师范大学职业技术学院第一章流体力学基础第一节空气在管道中流动的基本规律

工程流体力学以流体为对象，主要研究流体机械运动的规律，并把这些规律应用到有关实际工程中去。涉及流体的工程技术很多，如水力电力，船舶航运，流体输送，粮食通风除尘与气力输送等。通风除尘与气力输送属于流体输送，它是以空气作为工作介质，通过空气的流动将粉尘或粒状物料输送到指定地点。由于通风除尘与气力输送是借助空气的运动来实现的，因此，掌握必要的工程流体力学基本知识，是我们研究通风除尘与气力输送原理和设计、计算通风除尘与气力输送系统的基础。本章中心内容是叙述工程流体力学基本知识，主要是空气的物理性质及运动规律。第一节空气在管道中流动的基本规律第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质流体力学主要研究流体的宏观运动规律它把流体分成许多许多的分子集团，它们之间没有间隙，成为连续体。㈠、流体通风除尘与气力输送涉及的流体主要是空气。

流体是液体和气体的统称，由液体分子和气体分子组成，分子之间有一定距离。第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质质点的宏观运动被看作是全部分子运动的平均效果，忽略单个分子的个别性，按连续质点的概念所得出的结论与试验结果是很符合的。我们在通风除尘与气力输送中所接触到的流体均可视为连续体。连续性的假设，首先意味着流体在宏观上质点是连续的，其次还意味着质点的运动过程也是连续的㈠、流体第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质流体单位体积所具有流体彻底质量称为密度，用符号ρ表示。在均质流体内引用平均密度的概念，用符号ρ表示：㈡密度对于非均质流体，则必需用点密度来描述。指当ΔV→0值的极限，即：第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质压强和温度对不可压缩流体密度的影响很小——可以把流体密度看成是常数。㈡密度第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质㈢重度流体单位体积内所具有的流体重量，即：密度与重度存在如下关系：Υ=ρg式中：g——重力加速度，通常取9.81[米/秒2]第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质㈣粘滞性流体在流动过程中，流体内部有相互约束的性质——流体的粘滞性试验证明流体粘滞性的存在：实验证明：内摩擦力T的大小与流体种类有关；与流体的接触面积有关；与垂直于板的速度梯度成正比，第一节空气在管道中流动的基本规律一、流体及其空气的物理性质㈣粘滞性式中：μ——流体动力粘性系数[千克·秒/米2]；A——流体的接触面积[米2]；——流体在法线方向的速度梯度。牛顿内摩擦定律：通常把单位面积上所具有的摩擦力τ称为摩擦应力或切应力：第一节空空气在在管道中中流动的的基本规规律一、流流体及其其空气的的物理性性质㈣粘滞滞性通常粘性性系数与与压力的的关系不不大。液体的粘粘性系数数随温度度的增加加而下降降；气体的粘粘性系数数随温度度而增加加。粘性系数数与温度度的关系系：必须指指出：：在分析析流体体运动动诸现现象时时运动动粘性性系数数是非非常重重要的的参数数。但但是当当比较较各种种不同同流体体的内内摩擦擦力时时，运运动粘粘性系系数却却不能能作为为一项项物理理特征征。第一节节空空气在在管道道中流流动的的基本本规律律一、流流体体及其其空气气的物物理性性质㈤温温度温度是是标志志流体体冷热热程度度的参参数。。温度越越高，，分子子热运运动越越强盛盛，分分子热热运动动的平平均速速度则则越大大动能能也就就越大大。衡量温温度高高低的的标准准尺子子，称称为温温度标标尺，，简称称温标标。目前国国际上上通用用的温温标主主要有有两种种。摄氏温温标（（t））绝对温温标（（T））T=273+t[K]第一节节空空气在在管道道中流流动的的基本本规律律一、流流体体及其其空气气的物物理性性质㈥压压强压强的的大小小可用用垂直直作用用于管管管壁壁单位位面积积上的的压力力来表表示，，即：：式中：：P———压强强[牛牛顿]；F———垂直直作用用于管管壁的的合力力[牛牛顿]；A———管壁壁的总总面积积[米米}。。P=F/A第一节节空空气在在管道道中流流动的的基本本规律律一、流流体体及其其空气气的物物理性性质㈥压压强1帕=1/9.81[千千克/米2]压强的的单位位通常常有三三种表表示方方法。。第一种种，用用单位位面积积的压压力表表示。。第二种种，用用液柱柱高度度表示示。用水银银柱（（汞柱柱）高高度表表示：：h=P/ΥΥ=10000/13600=0.736[米米水银银柱]=736[毫毫米水水柱]用水柱柱高度度表示示：h=P/ΥΥ=10000/1000=1000[毫毫米水水柱]第一节节空空气在在管道道中流流动的的基本本规律律一、流流体体及其其空气气的物物理性性质㈥压压强第三种种，用用大气气压表表示。。1个物物理大大气压压=10336[千千克/米2]。。1个工工程大大气压压=10000[千千克/米2]。。标准空空气的的密度度ρ=1.2千千克/米3三种方方法换换算关关系为为：1物理理大气气压=10336[千克克/米米2]=10336[毫毫米水水柱]=760[毫毫米汞汞柱]1工程程大气气压=10000[千克克/米米2]=10000[毫毫米水水柱]=736[毫米汞汞柱]第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律一、流体体及其空气气的物理性性质㈥压强工程上，压压强可按以以下三种方方法计算：：绝对压强———当计算算压强以完完全真空（（P=0））为基准算算起，称绝绝对压强，，其值为正正。相对压强———当计算算压强以当当地大气压压（Pa））为基准算算起时，称称相对压强强或表压。。真空度———当绝对压压强低于大大气压强时时，其大于于大气压的的数值称为为真空度。。以液柱高高度表示为为：第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律一、流体体及其空气气的物理性性质㈥压强A点的压强强高于当地地大气压B点的压强强低于当地地大气压第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律一、流体体及其空气气的物理性性质㈦比容容单位重量的的流体占有有的容积，，与重度的的关系为：：Υ·υ=1气体的比容容随温度和和压力变化化。第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律一、流体体及其空气气的物理性性质㈧、理想气气体状态方方程理想气体指指一种假想想的气体，，它的质点点是不占有有容积的质质点；分子子之间没有有内聚力。。理想气体状状态方程。。即：P·υ=R·T或或：P/p=R·T式中：P——绝对对压力（牛牛顿/米2）；υ——比容容（米2/牛顿）；；T——热力力温度（K——开尔尔文）；R——气体体常数（牛牛·米/千千克·开）），对于空空气R=287牛··米/千克克·开。第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律二、与空气气流动的有有关概念充满运动流流体的空间间称为流场场。表示流体运运动特征的的一切物理理统称为运运动参数，，如速度v、加速度度a、密度度p、压力力P和粘性性力F等。。流体运动规规律：在流流场中流体体的运动参参数随时间间及空间位位置的分布布和连续变变化的规律律。第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律二、与空气气流动的有有关概念㈠、稳定流流与非稳定定流如果流场中中各点上流流体的运动动参数不随随时间而变变化，这种种流动就称称为稳定流流。如果运动参参数不随时时间而变化化，这种流流动就称为为非稳定流流。稳定流：非稳定流：：第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律二、与空气气流动的有有关概念㈠、稳定流流与非稳定定流第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律二、与空气气流动的有有关概念㈡迹线与与流线⒈迹线：：流场中流体体质点在一一段时间内内运动的轨轨迹称为迹迹线。⒉流线：：流场中某一一瞬时的一一条空间曲曲线，在该该线上各点点的流体质质点所具有有的速度方方向与该点点的切线方方向重合。。第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律二、与空气气流动的有有关概念㈢流管与与流束⒈流管流场中画一一条封闭的的曲线。经经过曲线的的每一点作作流线由这这些流线所所围成的管管子。非稳定流时时流管形状状随时间变变化；稳定定流时流管管不随时间间而变化。。⒉流束充满在流管管中的运动动流体（即即流管内流流线的总体体）称为流流束。断面无限小小的流束称称为微小流流束。第一节空空气在管道道中流动的的基本规律律二、、与与空空气气流流动动的的有有关关概概念念㈢流流管管与与流流束束⒊总总流流无数数微微小小流流束束的的总总和和称称为为总总流流，，如如水水管管及及风风管管中中水水流流和和气气流流的的总总体体。。第一一节节空空气气在在管管道道中中流流动动的的基基本本规规律律二、、与与空空气气流流动动的的有有关关概概念念㈣有有效效断断面面、、流流量量与与平平均均流流速速⒈有有效效断断面面微小小流流束束或或总总流流各各流流线线相相垂垂直直的的横横断断面面，，用用dA或或A表表示示.。。在实实际际运运用用上上对对于于流流线线呈呈平平行行直直线线的的情情况况下下，，有有效效断断面面可可以以定定义义为为：：与与流流体体运运动动方方向向垂垂直直的的横横断断面面。。第一一节节空空气气在在管管道道中中流流动动的的基基本本规规律律二、、与与空空气气流流动动的的有有关关概概念念㈣有有效效断断面面、、流流量量与与平平均均流流速速⒉流流量量单位位时时间间内内流流体体流流经经有有效效断断面面的的流流体体量量称称为为流流量量。。流量量通通常常用用流流体体的的体体积积、、质质量量或或重重量量来来表表示示：：G=ΥΥ··Q牛牛顿顿/秒秒M=ΥΥ/g··Q=ρρ··Q千千克克/秒秒Q=G/ΥΥ=M/ρρ米米3/秒秒第一一节节空空气气在在管管道道中中流流动动的的基基本本规规律律二、、与与空空气气流流动动的的有有关关概概念念㈣有有效效断断面面、、流流量量与与平平均均流流速速⒉流流量量微小小流流束束：：dQ=v··dA总流流：：第一一节节空空气气在在管管道道中中流流动动的的基基本本规规律律二、、与与空空气气流流动动的的有有关关概概念念㈣有有效效断断面面、、流流量量与与平平均均流流速速⒊平平均均流流速速V工程程上上所所指指的的管管道道中中的的平平均均流流速速，，就就是是这这个个断断面面上上的的平平均均流流速速V。。平平均均流流速速就就是是指指流流量量与与有有效效断断面面面面积积的的比比值值。第一节空气气在管道中流流动的基本规规律三、连续性方方程在研究流体流流动时，同样样认为流体是是连续地充满满它所占据的的空间，这就就是流体运动动的连续性条条件。根据质量守恒恒定律：对于空间固定定的封闭曲面面，非稳定流流时流入的流流体质量与流流出的流体质质量之差，应应等于封闭曲曲面内流体质质量的变化量量。对于空间固定定的封闭曲面面，稳定流时时流入的流体体质量必然等等于流出的流流体的质量。。数学形式表达达——连续性性方程。第一节空气气在管道中流流动的基本规规律三、连续性方方程㈠一元微微小流束稳定定流的连续性性方程dM=ρ1v1dA1dt-ρ2v2dA2dt第一节空气气在管道中流流动的基本规规律三、连续性方方程㈠一元微微小流束稳定定流的连续性性方程dM=ρ1v1dA1dt-ρ2v2dA2dtρ1v1dA1=ρ2v2dA2第一节空气气在管道中流流动的基本规规律三、连续性方方程㈡、一元总流流稳定连续性性方程积分，就可得得到可压缩流流体总流的连连续性方程，，即：说明了可压缩缩流体稳定流流时，沿流程程的质量流量量保持不变。。第一节空气气在管道中流流动的基本规规律三、连续性方方程㈡、一元总流流稳定连续性性方程对不可压缩流流体，ρ为常常数，则公式式可简化为：：Q1=Q2V1A1=V2A2V1/V2=A2/A1一元总流在稳稳定流时，沿沿流程体积流流量为一常值值，各有效断断面平均流速速与有效断面面面积成反比比。第一节空气气在管道中流流动的基本规规律四、空气流动动的能量方程程（伯努利方方程）现象表明：截面大的地方方流速小，压压力大，截面面小的地方流流速大，压力力小。第一节空气气在管道中流流动的基本规规律四、空气流动动的能量方程程（伯努利方方程）理想流体流动动时没有流动动阻力，因而而也没有能量量损耗；流体流动时能能量的增量就就等于外力所所做的功W，，即：△E=W。所所以：P1V-P2V=（1/2mv22+mgz2）-（1/2mv12+mgz1）即P1V+1/2mv12+mgz1=P2V+1/2mv22+mgz2对于任意一个个截面均有：：PV+1/2mv2+mgz=常常数式中：PV是是体积为V的的流体所具有有的静压能。。第一节空气气在管道中流流动的基本规规律四、空气流动动的能量方程程（伯努利方方程）上式方程式表表明：理想流体在稳稳态流动过程程中，其动能能、位能、静静压力之和为为一常数，也也就是说三者者之间只会相相互转换，而而总能量保持持不变。由于空气的ρρ值都很小，，位能项与其其它二项相比比则可忽略不不计。因此，，对于空气的的能量方程可可写成：PV+1/2mv2=常数方程两边同时时除以V，则则得：P+1/2ρρv2=常数第一节空气气在管道中流流动的基本规规律四、空气流动动的能量方程程（伯努利方方程）若以符号H全、H静、H动表示，则有：：H全=H静+H动=常数当空气在没有有支管的管道道中流动时，，对于任意两两个截面，以以相对压力表表示的伯努利利方程可写成成：H静1+H动1=H静2+H动2第一节空气气在管道中流流动的基本规规律四、空气流动动的能量方程程（伯努利方方程）应用以上伯努努利方程时，，必须满足以以下条件：不可压压缩理理想流流体在在管道道内作作稳态态流动动；流动系系统中中，在在所讨讨论的的二个个截面面间没没有能能量加加入或或输出出；在列方方程的的两截截面间间沿程程流