流体输送与传热技术

流体输送与传热技术第1页，课件共31页，创作于2023年2月2第一部分流体输送技术第2页，课件共31页，创作于2023年2月引言流体输送的应用

油品输送、化工过程中，流体物料需要从一个设备送到另一个设备（设备间移动），或从一个工序送往另一个工序（工序间转移），逐步完成各物理过程和化学过程。常见输送方式包括：高位槽送料、真空抽料、压缩空气送料和流体输送机械送料等。必然会涉及到流体输送、流量测量、压力测量、输送设备所需功率的计算及其选型等问题。要解决这些问题必须先掌握流体力学中流体流动的有关基本原理、基本规律和相关的实验知识和应用技能。第3页，课件共31页，创作于2023年2月4知识目标：●理解流体流动的基本概念、流动阻力产生的原因；●掌握连续性方程式、伯努利程式和管内流动阻力的计算；●了解流体输送管路设计原则；了解流体输送机械的结构、原理及应用；第4页，课件共31页，创作于2023年2月5§1-1流体的特性、连续性假设第一章流体及其物理性质一、易变形性和流动流体不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势，这是流体与固体在宏观力学行为方面的主要差异；微观上，流体分子间吸引力小。气体与液体的区别第5页，课件共31页，创作于2023年2月6(1)流体质点无线尺度，无热运动，只在外力作用下作宏观平移运动;(2)具有宏观物理特性---温度、压强、密度。。。1mm3体积水:3.41019

个分子空气:2.71016个分子

10-10mm3

体积

(相当于一粒灰尘体积)空气:2.7106个分子二、流体作为连续介质的假设流体质点:流体中宏观尺寸非常小，微观尺寸又足够大的任意物理实体。第6页，课件共31页，创作于2023年2月7连续介质模型：假设流体是由连续分布的流体质点组成的介质。(1)可用连续性函数u(x,y,z,t)描述流体质点物理量的空间分布和时间变化；(2)由物理学基本定律建立流体运动微分或积分方程，并用连续函数理论求解方程。

*除了稀薄气体与激波的绝大多数工程问题，均可用连续介质模型作理论分析。

第7页，课件共31页，创作于2023年2月81、密度常温下取ρ水=1000kg/m3

ρ空气=1.2kg/m3

混合液：一流体的密度（density）均匀流体：一般流体：(kg/m3)§1-2流体的主要物理性质理想混合气体：xi—组分i的质量分率yi—组分i的摩尔分率第8页，课件共31页，创作于2023年2月94、重度：3、相对密度：2、比容液体的密度与1个大气压4℃纯水密度之比第9页，课件共31页，创作于2023年2月10温度/℃05101520水0.99981.00000.99970.99910.9982原油0.86930.86620.86310.86000.8569空气1.2931.2731.2481.2261.205温度/℃2530405060水0.99700.99570.99220.98800.9832原油0.85380.85070.84450.83830.8321空气1.1851.1651.1281.0981.060温度/℃708090100水0.97780.97180.96530.9584原油0.82590.81960.81360.8074空气1.0291.0000.9730.946P=101325原油、空气相对密度随温度的变化第10页，课件共31页，创作于2023年2月11（1）流体的体积压缩系数：二、压缩性（compressibility）和膨胀性（expansibility）例题1在容器中压缩液体，压强为106Pa时，体积1L；压强2×106Pa时，体积995cm3。求压缩系数。第11页，课件共31页，创作于2023年2月12二、压缩性（compressibility）和膨胀性（expansibility）（2）流体的体积膨胀系数：12（3）不可压缩流体液体--一般可当作不可压缩流体气体--低速（标准状态，一般v<68m/s）气流可按不可压缩流体处理，v=102m/s时，不考虑压缩性引起误差2.3%。第12页，课件共31页，创作于2023年2月理想气体(完全气体)状态方程R——气体常数空气R=8312/29=287J/kg·K道尔顿分压定律例题21kg氢气，温度-40℃，V=0.1m3，求p=?第13页，课件共31页，创作于2023年2月141.流体内摩擦概念

牛顿在《自然哲学的数学原理》(1687)中指出：相邻两层流体作相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。•

库仑实验(1784)三、流体的粘性(viscosity)第14页，课件共31页，创作于2023年2月15

流体粘性形成原因:(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成第15页，课件共31页，创作于2023年2月16牛顿内摩擦定律/粘性定律:它表明：粘性切应力与速度梯度成正比；牛顿流体概念第16页，课件共31页，创作于2023年2月17(2)运动粘度(kinematicviscosity)

(1)动力粘度(viscosity)

(Pa•s)第17页，课件共31页，创作于2023年2月18【例题3】在两块相距20mm的平板间充满动力粘度为0.065N·s/m2的油，如果以1m/s的速度匀速拉动距上平板5mm处，面积为0.5m2的薄板，求所需要的拉力。N/m2

N/m2

N

第18页，课件共31页，创作于2023年2月19恩氏粘度和粘度测定

第19页，课件共31页，创作于2023年2月20温度（℃）μ（kpa·s）ν（106m2/s）温度（℃）μ（kpa·s）ν（106m2/s）01.7811.785400.6530.65851.5181.519450.5890.595101.3001.306500.5470.553151.1391.139600.4660.474201.0021.003700.4040.413250.8900.893800.3540.364300.7980.800900.3150.326350.6930.6981000.2820.294表1水的粘滞系数（一个大气压下）

粘度与温度的关系

第20页，课件共31页，创作于2023年2月21温度（℃）μ（kpa·s）ν（106m2/s）温度（℃）μ（kpa·s）ν（106m2/s）00.017213.7900.021622.9100.017814.71000.021823.6200.018315.71200.022826.2300.018716.61400.023628.5400.019217.61600.024230.6500.019618.61800.025133.2600.020119.62000.025935.8700.020420.52500.028042.8800.021021.73000.029849.9表2空气的黏性系数（一个大气压下）

第21页，课件共31页，创作于2023年2月22粘度与温度的关系

第22页，课件共31页，创作于2023年2月23四、流体的表面张力(surfacetension)液体具有附着力和粘附力，两者都是分子的吸引力，附着力使液体能够附着到另一个物体上，而粘附力使液体抵抗切向应力。在液体和气体的交界面处和在两种互不相容液体的界面处，分子间附着力和粘附力产生的向外的平衡吸引力使液体形成了一个明显的表面液膜并在液膜表面内产生了张力，液体的这个特性称为表面张力，用符号σ表示，其单位是N/m。水的表面张力在结冰点和沸点之间的变化范围为0.0075～0.0589N/m。表面张力与毛细现象

第23页，课件共31页，创作于2023年2月24表面张力和接触角P

P0R液体气体

表面张力:-----单位长度所受拉力(N/m)接触角概念:当液体与固体壁面接触时,在液体,固体壁面作液体表面的切面,此切面与固体壁在液体内部所夹部分的角度称为接触角,当为锐角时,液体润湿固体,当为钝角时,液体不润湿固体水与玻璃的

=80—90

水银的=1380第24页，课件共31页，创作于2023年2月25毛细现象

h

水在玻璃管中上升高度h=29.8/d(mm)水银在玻璃管中下降高度h=10.5/d(mm)第25页，课件共31页，创作于2023年2月26所有液体都会蒸发或沸腾，将它们的分子释放到表面外的空间中。这样宏观上，在液体的自由表面就会存在一种向外扩张的压强（压力），即使液体沸腾或汽化的压强，这种压强就称为汽化压强（或汽化压力）。因为液体在某一温度下的汽化压强与液体在该温度下的饱和蒸汽压所具有的压强对应相等，所以液体的汽化压强又称为液体的饱和蒸汽压强。分子的活动能力随温度升高而升高，随压力升高而减小，汽化压强也随温度升高而增大。水的汽化压强与温度的关系见表3五、

汽化压强第26页，课件共31页，创作于2023年2月27温度（℃）汽化压强（kpa）温度（℃）汽化压强（kpa）温度（℃）汽化压强（kpa）00.61304.247031.1650.87407.388047.34101.235012.339070.10202.346019.92100101.33表3水在不同温度下的汽化压强

1.5汽化压强第27页，课件共31页，创作于2023年2月28在任意给定的温度下，如果液面的压力降低到低于饱和蒸汽压时，蒸发速率迅速增加，称为沸腾。因此，在给定温度下，饱和蒸汽压力又称为沸腾压力，在涉及到液体的工程中非常重要。液体在流动过程中，当液体与固体的接触面处于低压区，并低于汽化压强时，液体产生汽化，在固体的表面产生很多气泡；若气泡随液体的流动进入高压区，气泡中的气体便液化，这时，液化过程产生的液体将冲击固体表面。如这种运动是周期性的，将对固体表面造成疲劳并使其剥落，这种现象称为汽蚀。汽蚀是非常有害的，在工程应用时必须避免汽蚀。第28页，课件共31页，创作于2023年2月29【本章小结】本章主要介绍了流体的基本特征（流动性），阐述了与流体运动相关的几个物理性质，如密度、压缩性、热胀性、黏性等。学习中应该充分理解各物理量的定义及外界因素对其的影响，熟悉各物理量的表示方法和相关参数的计算，尤其要切实掌握应用牛顿内摩擦定律的解题方法。第29页，课件共31页，创作于2023年2月30小测验习题：

1、牛顿粘性定律表达式为___________________________，它只适用于_____________型流体。2、牛顿内摩擦力是流体________________的表现，所以又称为___________力或者_