环境工程原理课件图文解析一六

环境工程原理目录第一章流体流动第二章流体输送机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方法第一章流体流动学习目标了解流体流动在工业生产及环境治理中的应用，牛顿粘性定律，流体阻力及其产生的原因；流体在圆管内流动时的速度分布，流动边界层概念；管路的构成及分类。理解雷诺实验；稳定流动与不稳定流动的基本概念；影响摩擦系数的因素。掌握流体的密度、粘度的定义、影响因素和求取方法；压力的表示方法及单位换算；静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程及其应用；流体的流动型态及判定方法；管道内流体的流动阻力及计算；能熟练应用柏努利方程解决工程实际问题，树立工程观念。

流体具有流动性。在工业生产和环境治过程中所处理的物料，大多为流体。本章主要讨论流体流动的基本原理及流体在管内的流动规律，并应用这些原理和规律解决流体输送过程中的一些问题，具体有以下几个方面。(1)流体的输送(2)压强的测量(3)为强化设备提供适宜的操作条件第一节流体的基本物理量

一、流体的密度单位体积流体所具有的质量称为流体的密度：单位质量流体所具有的体积，称为流体的比容：某液体的密度ρ

与标准大气压下4℃（277K）时纯水密度ρ水的比值，称为相对密度：kg/m3m3/kg对于液体混合物:对于气体:

由理想气体状态方程式对于气体混合物:

Mm——平均摩尔质量

可得密度计算式为φ1、φ2、φi、φn——混合物中各组分的体积分数二、流体的压强1.压强的定义在流体内部由于流体本身的重力而产生的垂直作用在单位面积上的力称为流体的静压强，简称压强或压力。流体压力的两个特征：①垂直作用于器壁

②在同一流体的相同水平面上各方向的压强相同pppppp压力单位之间的换算1atm=1.033kgf/cm2=1.013×105N/m2=760mmHg=10.33mH2O1at=1kgf/cm2=9.807×104N/m2=735.6mmHg=10mH2O2.压力的表示方法⑴绝压----以绝对真空为基准测得的压力⑵表压----以大气压力为基准测得的压力表压力=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、流体的流量与流速1.流量---单位时间内流经管道任一截面的流体量。体积流量和质量流量的关系:

2.流速---单位时间内流体在流动方向上所流过的距离。

A—管道的截面积，m2；对于圆形管路:

四、流体的粘度1．牛顿粘性定律粘性---是流体的固有属性，是产生内摩擦力的原因。粘度---衡量流体粘性大小的物理量。牛顿粘性定律---流体层间的剪应力与速度梯度成正比。

称为粘度，流体的粘性越大，

值越大。2．粘度的单位

在SI制中，粘度的单位是Pa·s，在工程上或文献中常用泊（P）或厘泊（cP）表示。1Pa·s=10P=1000cP运动粘度:

在SI制中，运动粘度的单位为m2/s第二节流体静力学

流体静力学是研究静止流体在重力场中受重力和压力作用下的平衡规律。一、流体静力学基本方程式1．静力学基本方程式的导出在垂直方向上作用于液柱上的力有：⑴作用于上端面的力F1，方向向下；⑵作用于下端面的力F2，方向向上；⑶液柱所受的重力W，方向向下。取向上的作用力为正值，则F1=－p1dAF2=p2dAW=-ρgdA(z1－z2)液柱处于静止状态时，在垂直方向各力的代数和应为零，即

p2dA－p1dA－ρgdA(z1－z2)=0整理可得

p2=p1+ρg(z1－z2)上式可整理为

p=p0+ρgh

2．静力学基本方程式的讨论⑴在静止的、连通的同一液体内部，处于同一水平面上各点压力都相等。⑵液面上方的压力po变化时，液体内部各点的压力p也发生相应的变化。⑶静力学基本方程式可改写为上式说明压力差的大小可以用一定高度的液体柱来表示二、流体静力学基本方程式的应用（一）压力的测量运用流体静力学基本原理测定流体的压力差或表压力的仪器统称为液柱压差计。常见的有正U形管压差计、倒U形管压差计、双液柱微差计和斜管压差计等。正U形管压差计测量表压测量真空度1．正U形管压差计

因为pa=pb所以=

2.倒U形管压差计当被测流体为液体时，也可选用比被测液体密度小的流体作指示剂，采用倒U形管压差计进行测量。当p1>p2时当指示剂A选用气体时

p1－p2≈ρBgR倒U形管压差计3.双液柱微差计及斜管压差计双液柱微差计斜管压差计（二）三液位三的测三量以流三体静三力学三基本三方程三式为三依据三进行三液位三的计算，以了解三各种三贮槽三或计三量槽三等容三器内三的物三料贮三存量三，控三制设三备内三的液三位。液位三的测三量远距三离测三量液三位远距三离测三量液三位pa=pbρgh=ρBgR（三三）液三封高三度的三计算安全三水封切断三水封溢流三水封第三三节稳定三流动三系统三的能三量衡三算一、三稳定三流动三与不三稳定三流动稳定三流动--三-流动三参数三只与三空间三位置三有关三而与三时间三无关三的流动三。不稳三定流三动--三-流动三参数三既与三空间三位置三有关三又与三时间三有关的流三动。稳定三流动三与不三稳定三流动二、三稳定三流动三系统三的物三料衡三算—三—连三续性三方程对于三稳态三流动三系统三，在三管路三中流三体没三有增三加和三漏失三的情三况下三：推广三至任三意截三面——连续三性方三程式1122三、三流动三系统三的能三量在任三一流三动系三统中三，总三能量三包括三，流三体本三身所三具有三的能三量及三系统三与外三部交三换的三能量三。（一三）流三体本三身所三具有三的能三量(单位三质量)1．内三能--三-用U表示J/kg2．位三能--三-位能=gzJ/kg3．动三能--三-J/kg4．静三压能--三-静压三能=J/kg动能=流体三的管三路输三送系三统（二三）系三统与三外界三交换三的能三量1．功--三-流体三输送三设备三对系三统作三功，三即将三外部三的能三量转三化为三流体三的机三械能用We表示J/kg2．热--三-流体三通过三换热三器将三要吸三收或三放出三热量J/kg3．损三失能三量--三-流体三在流三动过三程中三克服三各种三阻力三，使三部分三能量三转化三为热三能而三无法三继续三利用三。用Σhf表示三，J/kg由于三在流三体流三动过三程中三，内三能和三热能三从工三程上三讲是三可以三忽略三的，三因此三只讨三论机三械能三的守三恒及三其转三换。四、三稳定三系统三的能三量衡三算式三——三柏努三利方三程（一三）柏三努利三方程三的导三出根据三能量三守恒三定律输入三系统的能量=输出三系统的能量+系统三内的能量三积累对于三稳定三流动三系统三，系三统内三的能三量积三累为三零可得Pe为有三效功三率，三单位三为W或J/三s。即Pe=We三qm（二三）柏三努利三方程三的讨三论1．理三想流三体的三柏努三利方三程理想三流体三的特征--三-流体三的能三量损三失Σhf=三0无外三功加三入时三（即We三=三0）则--三-理想三流体三的柏三努利三方程上式三说明:①理想三流体三的机三械能守恒。②各种三形式三的机三械能三可以三相互三转换三。2.静止三流体三的柏三努利三方程流体三静止时，则u1=u2=三0,Σhf=三0，若We三=三0则整理三可得上式三即为三流体三静力三学方三程式三。由三此可三见，三柏努三利方三程式三除了三表示三流体三的流三动规三律外三，还三表示三了流三体静三止状三态的三规律三，而三静止三流体三是流三体流三动的三一种三特殊三形式三。3．可三压缩三流体的柏三努利三方程若流三动系三统两三截面三间的三绝对三压力三变化三较小三时（三常规三定为%），三仍可三用柏努三利方三程式进三行计三算，三但流三体密三度ρ应以三两截三面间三流体三的平三均密三度ρm来代三替。4．以三单位三重量三（1N）流三体为三计算三基准三的柏三努利三方程令则五、三柏努三利方三程的三应用（一三）解三题要三点1.作图三与确三定衡三算范三围2.截面三的选三取3.基准三水平三面的三选取4.单位三必须三统一（二三）应三用1.确定三管道三中流三体的三流量2．确三定设三备的三相对三位置3．确三定输三送设三备的三有效三功率4．确三定管三路中三流体三的压三力第四三节流体三在管三内流三动时三的摩三擦阻三力一、三流动三阻力三产生三的原三因—三—内三摩擦内摩三擦力三是由三于流三体的三粘性三而产三生的三，这三种内三摩擦三力总三是起三着阻三止流三体层三间发三生相三对运三动的三作用三。粘三性是三流体三流动三时阻三力产三生的三根本三原因三。①粘度三作为三表征三粘性三大小三的物三理量三，其三值越三大，三说明三在同三样流三动条三件下三，流三体阻三力就三会越三大。②决定三流动三阻力三大小三的因三素除三了粘三性和三流动三的边三界条三件外三，还三取决三于流三体的三流动三状况三，即三流体三的流三动型三态。二、三流体三的流三动类三型（一三）流三动类三型的三划分1．雷三诺实三验2．两三种流三动类三型（1）层流三（又三称滞三流）流体三质点三沿管三子的三轴线三方向三作直三线运三动，三不具三有径三向速度三，即三与周三围的三流体三间无三宏观三的碰三撞和三混合三。（2）湍流三（又三称紊三流）在这三类流三动状三态下三，流三体不三再是三分层三流动三的，三流体三内部三充满三了大三小不三一的三、在三不断三运动三变化三着的三旋涡三，流三体质三点除三沿轴三线方三向作三主体三流动三外，三还在三各个三方向三有剧三烈的三碰撞三，即三存在三径向三的运三动。（二三）流三体流三动型三态的三判定1．雷三诺准三数Re流体三的流三动型三态主三要与三流体三的密三度ρ、粘三度μ、流三速u和管三内径d等四三个因三素有三关，三并可三以用三这四三个物三理量三组成三一个三数群三，称三为雷三诺准三数，三用来三判定三流动三型态三。雷诺三准数三无量三纲，三称为三特征三数。2.流动三型态三的判三断Re三<2三00三0时，三流体三的流三动型三态总三是层三流；Re三>4三00三0时，三流动三为稳三定的三湍流三；Re三=三2三00三0～40三00时，三为过三渡状三态。在一三般工三程计三算中三，Re三>2三00三0可作三湍流三处理三。另三外，三就湍三流而三言，Re越大三，流三体湍三动程三度越三剧烈三，流三体中三的旋三涡和三流体三质点三的随三机运三动就三越剧三烈。三、三圆管三中的三速度三分布三与流三动边三界层三概念（一三）圆三管中三的速三度分三布1.流体三在圆三管中三作层三流时三的速三度分三布⒉流体三在圆三管中三作湍三流时三的速三度分三布层流三时圆三管内三的速三度分三布平均三流速um的表三达式三为湍流三时圆三管内三的速三度分三布湍流三时管三内流三体的三平均三速度三为um≈0.三82uma三x（二三）流三动边三界层三的概三念⑴板面三附近三流速三变化三较大三的区三域，三称为三流动三边界三层，三流体三阻力三集中三在此三区域三内；⑵边三界层三以外三流体三流速三基本三不变三的区三域称三为主三流区三，此三区内三的速三度梯三度为三零。平板三上边三界层三的形三成第五三节管三路管路三是化三工、三石油三、环三保等三许多三行业三生产三中所三涉及三的各三种管三路形三式的三总称三。一、三管路三的分三类简单三管路--三-无分三支的三管路复杂三管路--三-有分三支的三管路二、三管路三的基三本构三成1.管子管子三是管三路的三主体三，通三常按三制造三管子三所使三用的三材料三来进三行分三类。三生产三上使三用的三管子三按管三材不三同可三分为三金属三管、三非金三属管三和复三合管三，其三中以三金属三管占三绝大三部分三。管子三的规三格通三常用三“φ外径三×壁三厚”三来表三示管路｛｛树状三网环状三网金属三管｛钢管有缝三钢管铸铁三管有色三金属三管｛无缝三钢管｛铜管铅管铝管非金三属管｛陶瓷三管塑料三管水泥三管玻璃三管管子三的分三类:2.常用三管件管件三是用三来连三接管三子、三改变三管路三方向三或直三径、三接出三支路三和封三闭管三路的三管路三附件三的总三称。普通三铸铁三管件20三23三/5三/4433.阀门阀门三是用三来开三启、三关闭三和调三节流三量及三控制三安全三的机三械置。三、三管路三的布三置与三安装1.管路三的布三置原三则①管三路尽三可能三短，三管件三和阀三门应三尽可三能少；②管三路与三墙壁三、柱三子或三其它三管路三之间三应有三适当三的距三离；③三管路三排列三时，要考三虑冷热；有无三腐蚀；输气、输液；三是否经常三检修三；高三压、三低压三；是否保温三；金属、非金三属等诸三多因三素;④管子三、管三件与三阀门三应尽三量采三用标三准件；⑤对于三温度三变化三较大三的管三路须三采取三热补三偿措三施，三安排三凝液三排出三装置三，设三置气三体排三放装三置；⑥管路三通过三人行三道时三高度三不得三低于2m，通三过公三路时三不得三小于4.三5m，与三铁轨三的净三距离三不得三小于6m，通三过工三厂主三要交三通干三线一三般为5m。⑦管路一般采用三明线三安装三，但三上下三水管三及废三水管三采用三埋地三铺设三，埋三地安三装深三度应三当在三当地三冰冻三线以三下。2.管路三的安三装原三则①管路三的连三接包括:管子三与管三子、三管子三与管三件、三管子三与阀三件、三管子三与设三备之三间连三接的三方式三主要三有四三种，三即螺三纹连三接、三法兰三连接三、承三插式三连接三及焊三接等三。②管路三的热三补偿。包括：弯管三的自三然补三偿、补偿三器补三偿。③管路三的保三温与三涂色。④管路三的防三静电三措施。第六三节流体三在管三内流三动时三的能三量损三失总能三量损三失(总阻三力损三失)Σhf项是三管路三系统三的通三过直三管和三各个三局部三障碍三处的三阻力三损失三这两三大部三分的三总和三。一、三流体三在直三管中三的流三动阻三力流体三在管三径不三变的三管路三中流三动时三造成三的能三量损三失，三称为三直管三阻力三，也三叫沿三程阻三力。光滑三管：三玻璃三管、三铜管三、铅三管及三塑料三管等三；粗糙三管：三钢管三、铸三铁管三等。绝对粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值。

2.层流时摩擦系数流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与

无关，只与Re有关。二、三摩擦三系数1.管壁三粗糙三度3.湍流三时摩三擦系三数湍流三时流三体质三点运三动情三况比三较复三杂，三通过三实验三测定三，获三得经三验的三计算三式。该公三式适三用于三光滑三管，三适用三范围三为Re=三5×三103～1×三105。为了三计算三方便三，可三以根三据莫三狄（Mo三od三y）图--摩擦三系数λ值对应Re与ε/d的关三系曲三线查三得λ值。λ与Re、ε/d的关