化工基础第2章动量传递

第二章流体的动力(dònglì)过程精品资料2.1基本概念1、理想流体和实际(shíjì)流体理想流体：不具有(jùyǒu)粘性，因而在流动时不产生摩擦阻力的流体。实际流体：具有粘性，因而在流动时产生摩擦阻力的流体。精品资料2、流体(liútǐ)的密度定义：单位体积的流体所具有(jùyǒu)的质量。符号：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3

1g·cm-3=1000kg·m-3

ρ=f(T,P)精品资料液体(yètǐ)的密度:用比重计法测定.工程上液体(yètǐ)的比重用[S]T277表示,是无因次量.[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000液体混合物的密度精品资料气体(qìtǐ)的密度混合气体的密度(mìdù)：方法1方法2精品资料3、流体(liútǐ)的连续性把流体(liútǐ)看作是由无数微团（质点）所组成的连续介质，流体(liútǐ)所占的空间全部为这种连续介质所充满。强调：1）在宏观上，流体质点是连续的；2）流体质点的运动也是连续的。精品资料4、压强(yāqiáng)1）定义：垂直(chuízhí)作用于单位面积上的力。P=F/A；单位：Pa(N/m2)在流体力学中，常用液柱高度表示压强P=液体的重量/液体的底面积

精品资料2)单位(dānwèi)1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O=1.0336kgf·cm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg

工程(gōngchéng)上1kgf·cm-2定为1at精品资料3)压强的表示(biǎoshì)方法绝对(juéduì)压强:用绝对(juéduì)零点为起点计算的压强表压:用当时当地的大气压为起点的压强真空度:低于当时当地的大气压绝对压强=表压+大气压真空度=大气压–绝对压强精品资料精品资料精品资料请判断下列(xiàliè)压强值的大小.(1)500000Pa（绝对压强）;(2)40000kgf/m2（绝对压强）;(3)1.5kgf/cm2（表压）;(4)450mmHg（真空度）;(5)1.6mH2O（绝对压强）答案(dáàn)(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa(1)>(2)>(3)>(4)>(5)精品资料2.2流体(liútǐ)静力学方程液体(yètǐ)本身的重力:=ρgA(Z1-Z2)垂直方向的作用力为:P1A+ρgA(Z1-Z2)=P2A精品资料整理(zhěnglǐ)得:P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2

或:称为(chēnɡwéi)流体静力学方程精品资料工程上将单位重量的流体(liútǐ)所具有的能量称做压头,单位为:m液柱。流体静力学的意义：

在静止的流体内部(nèibù)，位压头和静压头之和为常数精品资料结论：1）静止流体内部任一点的压强是液面深度的函数(hánshù)；2）同一静止流体，同一水平面上，各点压强相等；3）当液面上方的压强变化时，液面内部各点的压强都要变化。精品资料例1：如图问1）1、2、3点的压强相等吗？2）4、5、6点的压强相等吗？3）当P0=760，计算(jìsuàn)B、C上方的压强。精品资料2.3流体(liútǐ)静力学应用1、U型管压差(yāchà)计精品资料指示(zhǐshì)液的要求：1）不与被测流体相容，且不起化学反应；2）指示液的密度(mìdù)>被测液的密度(mìdù)3)毒性小，挥发性小。精品资料测压原理(yuánlǐ):精品资料2)液封作用:1)防止气体的泄漏起封闭(fēngbì)作用;2)防止气体倒流起止逆作用;3)有时可防止设备超压起泄压作用.精品资料2.4流体(liútǐ)流动过程中的物料衡算1、流量(liúliàng)和流速流量:单位时间通过导管任一截面的流体量。体积流量(V)，单位：m3/s或m3/h质量流量(m)，单位：kg/s或kg/h两者的关系：精品资料流速(liúsù)：单位时间内流体在导管内所经过的距离，单位：m/s,用表示．精品资料２、粘度(zhāndù)流体流动时产生内摩擦力的性质称为粘性，衡量粘性大小(dàxiǎo)的物理量称为粘度。或精品资料牛顿粘性(zhānxìnɡ)定律单位(dānwèi)面积上的内摩擦力（也称剪切力）垂直于流体运动方向的速度变化率精品资料粘度系数，简称(jiǎnchēng)粘度单位(dānwèi)(SI)：CGS制:P(泊)对气体：温度、压力、密度增加，粘度增加;对液体：温度增加，粘度减小；压力增加，粘度变化不大精品资料3、稳定(wěndìng)流动和不稳定(wěndìng)流动溢流(yìliú)精品资料流体在管道或设备流量、流速和压力等有关物理参数都不随时间变化而变化，只随空间位置的改变而变化，这种流动称为(chēnɡwéi)稳定流动。只要有一项是随时间变化的，则称为(chēnɡwéi)不稳定流动。精品资料4、流体(liútǐ)流动的类型层流的特点：1）流体质点作一层滑过一层的位移；2）流体的流速沿断面(duànmiàn)按抛物线分布；3）管中的平均流速为最大流速的1/2。精品资料湍流(tuānliú)的特点：1）流体质点有剧烈的湍动；2）流体的流速沿断面(duànmiàn)按塞形分布；3）管中的平均流速为最大流速的0.8.精品资料精品资料5、雷诺数精品资料圆直管中，层流(cénɡliú)湍流(tuānliú)精品资料管径的计算(jìsuàn)1）长方形管：2）对圆环形(huánxínɡ)管：3）对于圆形管：精品资料6、流体稳定流动时的连续性方程(fāngchéng)（物料衡算）液体(yètǐ)：则精品资料2.5流体流动过程(guòchéng)中的能量衡算1、流体流动时的能量(néngliàng)形式位能：流体因距所选的基准面有一定距离，由于重力的作用而具有的能量．mgZ动能：流体因流动而具有的能量．

精品资料静压能：克服(kèfú)静压能所做的功＝精品资料２、理想流体流动(liúdòng)过程中的能量衡算对1-1截面(jiémiàn)对2-2截面精品资料两边(liǎngbiān)同除mg得：理想流体的伯努力(nǔlì)方程精品资料３、伯努力(nǔlì)方程的意义和适用范围意义：1）理想流体在导管中作稳定流动时，导管任一截面的总能量或总压头(yātóu)为一常数；2）机械能中各项可相互转化。精品资料对实际(shíjì)流体，适用于液体(yètǐ)、压力变化比较小的气体精品资料4、伯努力方程应用(yìngyòng)举例例2高位水槽水面距出水管净垂直距离为6.0m,出水管为,管道(guǎndào)较长,流动过程中的压头损失为5.7mH2O,试求每小时可输送的水量(m3).精品资料例3已知R=40mmH2O,如图求空气(kōngqì)的流量.精品资料例4某化工厂用泵将碱液池的液碱输送到至吸收塔顶,经喷嘴喷出,如图.泵的进口管为mm的钢管.碱在进口管中的流速为1.5m/s,进口管为的钢管.储液池中碱液深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴上方(shànɡfānɡ)入口处的垂直距离为20m,碱液经管系的摩擦阻力损失为30J/kg,碱液经喷嘴的压力为0.3at(表压）,而碱液的密度为1100kg/m3,设泵的效率为65%,试求泵所需的功率.精品资料图4图5精品资料例5某车间用压缩空气输送98%的浓硫酸.每批压送量为0.5m3.要求15min内押送完毕.押送用钢管为,管子出口离酸槽液面上的垂直距离为16m,输送过程硫酸的温度为293K,损失能量为10J/kg.试求开始押送时压缩空气的表压(管路中没有(méiyǒu)外加功).精品资料例6、已知循环量为36m3/h，B→A之间的阻力为∑hf49J/kg，A→B之间的阻力为∑hf98.1J/kg,管径相同(xiānɡtónɡ)求(1)若A处的压强为0.25MPa时，B处的压强为多少？（2）泵对流体所提供的能量。精品资料例7、如图所示,20℃的水在内径为100mm的垂直光滑管中流动，当闸阀K关闭时，A、B两截面处压力表的读数差为2kg/cm2，若闸阀K打开时，A处的压力比截面B处的压力高2.05kg/cm2,求(1)判断水在管中的流动方向(fāngxiàng)。(2)计算A、截面之间的摩擦阻力损失。（3）估算管内水的体积流量。精品资料注意(zhùyì):1）水平基准面的选择(xuǎnzé)；2）截面的选择(xuǎnzé)；3）压强的单位两边要统一。精品资料2.6流体流量(liúliàng)的测定1、孔板流量计精品资料根据(gēnjù)连续性方程（1）（2）精品资料（2）代入（1）且则令C0孔流系数(xìshù)，A0开孔的面积精品资料精品资料精品资料2、转子(zhuànzǐ)流量计转子(zhuànzǐ)的净重力流体的上推力平衡时精品资料2.7实际流体流动(liúdòng)时的阻力1、流体(liútǐ)阻力的表现精品资料2、阻力计算(jìsuàn)的通式连续(liánxù)稳流时若令则精品资料该式为阻力(zǔlì)通式，也称Finning公式3、沿程阻力(zǔlì)计算f称为沿程阻力系数，8f称为摩擦系数精品资料1）直管阻力(zǔlì)计算稳定(wěndìng)流动时精品资料精品资料与通式比较可知(kězhī)层流时精品资料2）湍流时阻力(zǔlì)系数的计算方法用基本(jīběn)单位表示的物理量称为基本(jīběn)物理量，它的表达式称为因次式，物理量中的各个指数称为因子。压强的因次式：（A）精品资料（1）（2）（3）从（1）、（2）、（3）得精品资料代入（A）式（B）（C）B与C比较(bǐjiào)得精品资料精品资料光滑(guānghuá)管：1）层流(cénɡliú)：2）过渡流：3）湍流区：4）阻力平方区：f与雷诺数无关精品资料3）局部阻力(zǔlì)计算（1）阻力(zǔlì)系数法（2）当量长度法精品资料例7如图从水箱接出一管路(ɡuǎnlù)。若已知d1=150mm,l1=25m,8f1=0.037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.039,闸阀的开度为1/2，水箱内的水面维持不变，需要输入的水量为25l/s，求(1)直管的摩擦损失,(2)局部阻力损失,(3)总的压头损失.精品资料2.8阻力计算(jìsuàn)的应用1、乌氏粘度计的原理(yuánlǐ)设a-b间的体积为V，毛细管管径为d，流体完全流过毛细管的时间为t，则流速为(1)(2)精品资料(3)精品资料(4)(4)代入（3）得该式为乌氏粘度计的计算公式。精品资料或精品资料2、球形颗粒在流体(liútǐ)中运动时的阻力在流体绕过颗粒(kēlì)前后的能量守恒定律为：精品资料形状阻力(zǔlì)系数为精品资料因此液体绕过颗粒前后产生(chǎnshēng)的压差为：精品资料3、形状(xíngzhuàn)阻力系数与雷诺数的关系流体(liútǐ)绕过颗粒时：精品资料精品资料4、颗粒(kēlì)重力沉降时的受力分析精品资料(1)颗粒(kēlì)自由沉降时：F1=F2+F3精品资料(2)(2)代入(1)得:Stokeks公式(gōngshì)精品资料2.9流体的输送(shūsònɡ)机械输送液体(yètǐ)的机械称为泵,输送气体的机械称为鼓风机或压缩机.按工作原理分类:(1)利用齿轮、活塞、螺杆挤压流体，如往复泵、往复压缩机、齿轮泵等。(2)利用高速转动的叶轮给流体动能,如离心泵、离心压缩机等。(3)其它类型的泵，如喷射泵。精品资料1、离心泵的构造(gòuzào)精品资料叶轮(yèlún)、蜗状壳体工作叶轮(yèlún)、泵轴、排出口、吸入口精品资料2、工作(gōngzuò)原理启动前，泵壳先充满液体。液体由于叶轮的旋转获得静压能和动能。当泵中心的液体进入(jìnrù)泵壳内时，由于流道变宽，液体的流速下降而使部分动能转化为静压能。于是具有较高静压能的液体到达出口并排出。泵中心由于液体被抛出形成一定的真空度，而泵吸入管外储槽液面的压强比中心大，在这种压强差的推动下，储槽内的液体源源不断地被吸入泵内。补充被排出的液体。精品资料气缚现象(xiànxiàng)3、离心泵的主要(zhǔyào)性能参数1）扬程：由泵的结构、转速、流量决定。2）流量：单位时间内泵所输送的流体的体积量。3）功率：单位：