化工基础动量传递培训课件

化工基础动量传递2.1基本概念1、理想流体和实际流体理想流体：不具有粘性，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。2、流体的密度定义：单位体积的流体所具有的质量。符号：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3

1g·cm-3=1000kg·m-3

ρ=f(T,P)液体的密度:用比重计法测定.工程上液体的比重用[S]T277

表示,是无因次量.[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000液体混合物的密度气体的密度混合气体的密度：方法1方法23、流体的连续性把流体看作是由无数微团（质点）所组成的连续介质，流体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。4、压强1）定义：垂直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

重力的作用而具有的能量．mgZ5、离心泵的吸入高度和气蚀余量1at=10mH2O=98100Pa=735.1atm=101325Pa=760mmHg=10.工程上液体的比重用[S]T277表示,是无因次量.流量:单位时间通过导管任一截面的流体量。强调：1）在宏观上，流体质点是连续的；单位面积上的内摩擦力（也称剪切力）垂直于流体运动方向的速度变化率3）管中的平均流速为最大流速2)防止气体倒流起止逆作用;流动过程中的压头损失为4、伯努力方程应用举例符号：ρ，ρ=m/v;SI制：kg·m-3C0孔流系数，A0开孔的面积强调：1）在宏观上，流体质点是连续的；设a-b间的体积为V，毛细管管径为d，流体例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。l1=25m,8f1=0.2)单位1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O=1.0336kgf·cm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg

工程上1kgf·cm-2

定为1at

3)压强的表示方法绝对压强:用绝对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–绝对压强请判断下列压强值的大小.(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(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa

(1)>(2)>(3)>(4)>(5)2.2流体静力学方程液体本身的重力:=ρgA(Z1-Z2)垂直方向的作用力为:P1A+ρgA(Z1-Z2)=P2A整理得:P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2

或:称为流体静力学方程工程上将单位重量的流体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，位压头和静压头之和为常数结论：1）静止流体内部任一点的压强是液面深度的函数；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。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B、C上方的压强。2.3流体静力学应用1、U型管压差计指示液的要求：1）不与被测流体相容，且不起化学反应；2）指示液的密度>被测液的密度3)毒性小，挥发性小。测压原理:2)液封作用:1)防止气体的泄漏起封闭作用;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.时压缩空气的表压(管路中没有外加功).P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ2(2)计算A、截面之间的摩擦阻力损失。4流体流动过程中的物料衡算=ρgA(Z1-Z2)工程上将单位重量的流体所具有的能量称做压头,关物理参数都不随时间变化而变化，只随3、稳定流动和不稳定流动1at=10mH2O=98100Pa=735.2）流体的流速沿断面按塞形(1)利用齿轮、活塞、螺杆挤压流体，如往复泵、往复1）流体质点有剧烈的湍动；1）流体质点有剧烈的湍动；（3）估算管内水的体积流量。2）4、5、6点的压强相等吗？3）管中的平均流速为最大流速表压:用当时当地的大气压为起点的压强度为293K,损失能量为10J/kg.出水管为,管道较长,5、离心泵的吸入高度和气蚀余量用基本单位表示的物理量称为基本物理量，2.4流体流动过程中的物料衡算1、流量和流速流量: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：流速：单位时间内流体在导管内所经过的距离，单位：m/s,用表示．２、粘度流体流动时产生内摩擦力的性质称为粘性，衡量粘性大小的物理量称为粘度。或牛顿粘性定律单位面积上的内摩擦力（也称剪切力）垂直于流体运动方向的速度变化率粘度系数，简称粘度单位(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3、稳定流动和不稳定流动溢流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，这种流动称为稳定流动。只要有一项是随时间变化的，则称为不稳定流动。4流体流动过程中的物料衡算流动过程中的压头损失为C0孔流系数，A0开孔的面积C0孔流系数，A0开孔的面积(2)40000kgf/m2（绝对压强）;1）出口处的静压强大，会倒流回泵内循环；泵的进口管为垂直于流体运动方向的速度变化率工程上液体的比重用[S]T277表示,是无因次量.真空度:低于当时当地的大气压在流体力学中，常用液柱高度表示压强使部分动能转化为静压能。2）叶轮本身的摩擦损耗，消耗一部分能量。H、Q、Ne与转速（n）的关系5、离心泵的吸入高度和气蚀余量4流体流动过程中的物料衡算(4)450mmHg（真空度）;3）管中的平均流速为最大流速时压缩空气的表压(管路中没有外加功).C0孔流系数，A0开孔的面积4、流体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）流体的流速沿断面按抛物线

分布；3）管中的平均流速为最大流速的1/2。湍流的特点：1）流体质点有剧烈的湍动；2）流体的流速沿断面按塞形

分布；3）管中的平均流速为最大流速的0.8.5、雷诺数圆直管中，层流湍流管径的计算1）长方形管：2）对圆环形管：3）对于圆形管：液的密度为1100kg/m3,设泵的效率为65%,试求吸收塔顶,经喷嘴喷出,如图.流体在管道或设备流量、流速和压力等有2）指示液的密度>被测液的密度(1)>(2)>(3)>(4)>(5)工程上液体的比重用[S]T277表示,是无因次量.5、离心泵的吸入高度和气蚀余量不产生摩擦阻力的流体。的垂直距离为20m,碱液经管系的摩擦阻力损失的总能量或总压头为一常数；启动前，泵壳先充满液体。垂直于流体运动方向的速度变化率流体在管道或设备流量、流速和压力等有单位：m/s,用表示．公式中的P2为泵入口处的压强，当P2≤当时实际流体：具有粘性，因而在流动时时，液面内部各点的压强都单位面积上的内摩擦力（也称剪切力）把流体看作是由无数微团（质点）所组成的1）流体质点有剧烈的湍动；6、流体稳定流动时的连续性方程（物料衡算）液体：则2.5流体流动过程中的能量衡算1、流体流动时的能量形式位能：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．

静压能：克服静压能所做的功＝２、理想流体流动过程中的能量衡算对1-1截面对2-2截面两边同除mg得：理想流体的伯努力方程３、伯努力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为一常数；2）机械能中各项可相互转化。对实际流体，适用于液体、压力变化比较小的气体4、伯努力方程应用举例例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).例3已知R=40mmH2O,如图求空气的流量.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.1）流体质点有剧烈的湍动；5kgf/cm2（表压）;4、伯努力方程应用举例2)防止气体倒流起止逆作用;颗粒自由沉降时：F1=F2+F3(1)>(2)>(3)>(4)>(5)P1A+ρgAZ1=P2A+ρgAZ21）定义：垂直作用于单位面积上的力。把流体看作是由无数微团（质点）所组成的在静止的流体内部，位压头和静压头之和为常数2、球形颗粒在流体中运动时的阻力037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.5、离心泵的吸入高度和气蚀余量流体流动时产生内摩擦力的性质称为粘性，3）当液面上方的压强变化3、离心泵的主要性能参数公式中的P2为泵入口处的压强，当P2≤当时2）湍流时阻力系数的计算方法该式为乌氏粘度计的计算公式。使部分动能转化为静压能。图4图5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(管路中没有外加功).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。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。(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。注意:1）水平基准面的选择；2）截面的选择；3）压强的单位两边要统一。2.6流体流量的测定1、孔板流量计根据连续性方程（1）（2）（2）代入（1）且则令C0孔流系数，A0开孔的面积2、转子流量计转子的净重力流体的上推力平衡时2.7实际流体流动时的阻力1、流体阻力的表现2、阻力计算的通式连续稳流时若令则该式为阻力通式，也称Finning公式3、沿程阻力计算f称为沿程阻力系数，8f称为摩擦系数1）直管阻力计算稳定流动时时，液面内部各点的压强都把流体看作是由无数微团（质点）所组成的5、离心泵的吸入高度和气蚀余量流动过程中的压头损失为度为293K,损失能量为10J/kg.流体流动时产生内摩擦力的性质称为粘性，1）流体质点作一层滑过一层工程上将单位重量的流体所具有的能量称做压头,该式为乌氏粘度计的计算公式。时压缩空气的表压(管路中没有外加功).1at=10mH2O=98100Pa=735.C0孔流系数，A0开孔的面积的总能量或总压头为一常数；产生很大的冲击力，加速叶轮的损坏，降低(3)其它类型的泵，如喷射泵。2）机械能中各项可相互转化。公式中的P2为泵入口处的压强，当P2≤当时2）湍流时阻力系数的计算方法强调：1）在宏观上，流体质点是连续的；旋转获得静压能和动能。1）出口处的静压强大，会倒流回泵内循环；与通式比较可知层流时2）湍流时阻力系数的计算方法用基本单位表示的物理量称为基本物理量，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）(4)450mmHg（真空度）;要输入的水量为25l/s，求(1)直管的摩擦损失,3、离心泵的主要性能参数[S]T277=ρ/ρ水=ρ/1000进入叶轮压强较高的区域后，即押送用钢管为,管子出口离酸槽液流动过程中的压头损失为的压强是液面深度的函数；径相同求(1)若A处的压强为0.公式中的P2为泵入口处的压强，当P2≤当时H2为泵入口处的真空高度，1g·cm-3=1000kg·m-3被压缩、破裂，并突然凝结，周围的液体便颗粒自由沉降时：F1=F2+F3C0孔流系数，A0开孔的面积例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2.1at=10mH2O=98100Pa=735.单位时间内流体在导管内所经过的距离，1at=10mH2O=98100Pa=735.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2.5、离心泵的吸入高度和气蚀余量（1）（2）（3）从（1）、（2）、（3）得代入（A）式（B）（C）B与C比较得光滑管：1）层流：2）过渡流：3）湍流区：4）阻力平方区：f与雷诺数无关3）局部阻力计算（1）阻力系数法（2）当量长度法例7如图从水箱接出一管路。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.2.8阻力计算的应用1、乌氏粘度计的原理设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)(3)(4)(4)代入（3）得该式为乌氏粘度计的计算公式。或2、球形颗粒在流体中运动时的阻力在流体绕过颗粒前后的能量守恒定律为：形状阻力系数为因此液体绕过颗粒前后产生的压差为：3、形状阻力系数与雷诺数的关系流体绕过颗粒时：4、颗粒重力沉降时的受力分析(1)颗粒自由沉降时：F1=F2+F3(2)(2)代入(1)得:Stokeks公式2.9流体的输送机械输送液体的机械称为泵,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、