化工原理最新版本

1、。1.2.1流体流动和速度，1.2.2稳态流动和非稳态流动，1.2.3稳态流动系统的质量守恒，1.2.4稳态流动系统的能量守恒，1.2流体动力学，连续性方程，伯努利方程，本节的难点：本节的重点：伯努利方程的应用；正确选择横截面和基准面，解决流体流动问题。1.2流体动力学，1.2.1流体流动和速度，1。流量，体积流量：单位时间内流经管道任何部分的流体体积。定义：单位时间内流经管道任何部分的流体量。VSm3/s或m3/h.嘿。(1-19)，它们之间的关系：2。质量流量为：即单位时间内流经管道任何部分的流体质量。mSkg/s或kg/h. 2。流速1。流速：单位时间内流体颗粒沿流动方向流动的距离。平均

2、流速：流体体积流量与管道横截面积的比率。在美国，单位是米/秒.(1-20)。传统上，平均速度简称为速度。2.点速度：流动截面上某一点的速度。它是由你来表达的。质量流量：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。单位为千克/(平方米)。流量和流量的关系是：(1-21)，质量流量和流量的关系是：(1-22)，(1-23)，管径的估计，(1-23)，一般的化工管道是圆形的，如果管道的内径用D表示，那么：其中流量一般由生产任务决定。嘿。u d设备成本,流阻功耗运行成本、平衡考虑，流量选择：图1-12管径与总成本的关系，应根据经济核算来选择合适的流量，通常可以选择经验数据。通常，对于高密度或高粘度的流体，

3、流速较小；一般情况下，水和低粘度液体的流速为1 3 m/s，常压气体的流速为10 m/s，饱和蒸汽的流速为20 40 m/s。对于含有固体杂质的流体，流速应较大，以免固体杂质沉积在管道中。例如，一家工厂要求安装一个输水能力为30m3/h的管道，试着选择一个合适的管道。解决方案：管道进水流量为1.8m/s，检查附录中低压流体输送用焊接钢管的规格，选择公称直径为Dg80(3英寸)，或88.54毫米，外径为88.5毫米，壁厚为4毫米的管道，则内径为：管道内水的实际流量为：适用于稳流和非稳流，稳流：各段的温度、压力、流速等物理量只随位置、压力、流速而变化图1-13稳流，装置的液位是恒定的，所以流速不随

4、时间变化，这就是稳流。不稳定流动：每个横截面上流体的相关物理量随着时间和位置而变化。图1-14不稳定流。在装置的流动过程中，液位不断下降，流速随时间而降低，这是一种不稳定的流动。在化工厂，连续生产的启动和关闭阶段属于不稳定流，而在正常的连续生产中，它们都属于稳定流。本章主要讨论稳定流问题。稳态流动系统的质量守恒连续性方程，图1-15连续性方程的推导，如图所示的稳态流动系统，流体从1-1段连续进入，从2-2段排出，充满所有管道。在管道内流体不增加、不泄漏的情况下，根据物料平衡，单位时间进入1-1段和流出2-2段的流体质量必须相等，即：扩展到任何截面，或(1-24)，(1-24a)，(1-24b)

5、，公式(1-)对于不可压缩流体，=常数，连续性方程可写成：(1-24c)，上述公式表明流经每个截面的不可压缩流体的体积流速不变；流速u与管道的横截面积成反比，横截面积越小，流速越大；相反，横截面积越大，流速越小。对于圆管：(1-24d)，即圆管中不可压缩流体的流速与管道内径的平方成反比。示例：如图所示，管道由一段894毫米管道1、一段1084毫米管道2和两段573.5毫米支管3a和3b连接。如果水以910-3m/s的体积流速流动，并且两个支管中的流速相等，试着找出每个管中的水的速度。如果管1的内径是，管1中水的流速是，并且管2的内径是，根据公式(1-24d)，管2中水的流速是，管3a和3b的内

6、径是，并且支管3a和3b中水的流速是相等的，则存在。推导伯努利方程有许多方法，下面介绍机械能平衡的简单算法。伯努利方程，1。总能量平衡，图1-16总能量平衡。如图1-16所示，在稳流系统中，流体从1-1 段流入，从2-2 段流出。平衡范围：1-1 ，2-2 横截面和管道内壁围成的空间，平衡标准：1千克流体，参考平面：0-0水平面，(1)内能：储存在材料中的能量。(2)势能：流体在重力作用下处于不同高度的能量。流体的机械能有以下几种形式：1千克流体的内能为u，单位为焦耳/千克。1kg流体具有势能zg，单位为J/kg。将质量为m kg的流体从参考水平面的0-0提升到z所做的功是势能，等于=mgz。

7、当流体以一定速度流动时，它具有动能。1kg流体的动能为，单位为焦耳/千克。(3)动能：(4)静压能：静压能=，1kg流体具有静压能，单位为J/kg。图1-17是静压能的示意图。让热交换器提供给1kg流体的热量为qe，单位为J/kg。(5)加热，如果有加热器、冷却器等。在管道中，流体通过时会与它交换热量。1千克流体从流体输送机械获得的能量表示为“能量”，单位为焦耳/千克。(6)外部工作(有效工作):在图1-16所示的流动系统中，也有流体输送机器(泵或风扇)在流体上工作。根据能量守恒原理，对于规定的流量范围，总输入能量必须等于总输出能量。在图1-16中，在1-1截面和2-2截面之间的平衡范围内，有

8、：上述能量形式可分为两类：机械能：势能、动能、静压能和外功，可用于输送流体；内能和热能：不能直接转化为输送流体的能量。(1-25)、(1-25a)或，2。实际流体的机械能平衡，(1)如果基于流体的单位质量，流体是不可压缩的，那么1=2，流动系统没有热交换，那么qe=0，假设流体温度是恒定的，那么U1=U2，并且实际流体流动。将1kg流体损失的能量表示为 wf，单位为J/kg。公式(1-25)可简化为(1-26)，上述公式为不可压缩真实流体的机械能平衡公式，其中每个项的单位为J/kg。嘿。(2)根据流体的单位重量，将公式(1-26)中的每一项除以重力加速度g :如此。其中每个项目为(1-26a)

9、，表示单位重量(1N)流体的能量。虽然每项的单位是m，与长度单位相同，但应理解为m液柱，其物理含义是指每单位重量流体的机械能。z 位压头、总压头、He外部压头或有效压头。hf 压头损失，动态压头，静态压头。(3)根据流体的单位体积，将公式(1-26)中的每一项乘以:其中每一项的单位是，Pf=Wf 压力损失，(1-26b)，这种流体理想流体的机械能平衡：指不可压缩的无粘性流体(即在流动中没有摩擦阻力)。当理想流体没有外加功时，方程(1-26)、(1-26a)和(1-26b)可以简化为：(1-27)。(1-27a)，一般来说，方程(1-27)、(1-27a)和(1)方程(1-26)、(1-26a)

10、和(1-26b)是伯努利方程的扩展，伯努利方程通常也被称为伯努利方程。(1-27b)。4。关于伯努利方程的讨论：(1)如果系统中的流体处于静止状态，u=0，没有流动，自然没有能量损失， wf=0，当然，不需要外部功，We=0，那么伯努利方程变成：上述公式就是流体静力学的基本方程。可以看出，伯努利方程不仅表达了流体的运动规律，也表达了流体的静态规律，流体的静态只是流体运动状态的一种特殊形式。(2)伯努利方程(1-27)、(1-27a)和(1-27b)表明理想流体在流动过程中任何截面的总机械能和总压头是恒定的，即(1-28)、(1-28a)、(1-28b)。图1-7。从1-1段到2-2段，由于管道

11、截面积的减小，根据连续性方程，速度增加，即动压头增加，潜在压头同时增加。然而，由于总压水头不变，2-2断面的静压头减小，即1-1断面的静压头变为2-2平面的动压头和潜在压头。但每一节上的每一种能量形式不一定相等，它们可以相互转换。(3)在伯努利方程(1-26)中，zg、We和 WF是指单位质量流体在两个部分之间获得或消耗的能量，可以理解为过程的函数。分别代表某一截面上单位质量流体的势能、动能和流体静力能，也就是说，它们是状态参数；我们是一公斤流体的输送设备所做的工作，而每单位时间输送设备所做的有效工作称为有效工作。嘿。轴功率：(1-29)，ms流体的质量流量，kg/s，其中：Ne的有效功率，w

12、；事实上，输送机械本身具有能量转换效率，所以流体输送机械所消耗的实际功率应为(1-30)，流体输送机械的效率。其中：N流体输送机械轴功率，w；(4)方程(1-26)、(1-26a)和(1-26b)适用于不可压缩流体。仍然可以用这个公式计算，但是公式中的密度应该用两个截面的平均密度m代替。对于可压缩流体，当系统中两个部分之间的绝对压力变化率小于20%时，即，5。应用伯努利方程，利用伯努利方程和连续性方程可以确定容器之间的相对位置。管道中流体的流速；传输设备的功率；管道中流体的压力；用伯努利方程解决问题时，应注意以下问题：(1)根据问题的含义画出流动系统示意图，标出流体的流向，确定上下游断面，明确

13、流动系统的平衡范围；如果横截面垂直于地面而不是水平面，则基准面应为穿过管道中心线的水平面。(2)选择：作为潜在基准面，该基准面必须平行于地面；为便于计算，宜选择两段中较低的一段；(3)截面的选择为：截面应选择在已知数量多、计算方便的地方。两段之间的流体应为稳定的连续流动；垂直于流体的流动方向；(4)在计算时要注意所有物理量的单位的一致性，特别是在计算截面上的静压能时，p1和p2不仅要有相同的单位，还要有相同的表达方法，即它们都是绝对压力或表压。如图所示，塔由塔顶储罐进料，塔顶储罐中的液位恒定，塔顶储罐和塔中的压力均为大气压力。液体输送管为452.5毫米钢管，所需液体输送量为3.6立方米/小时.

14、假设管内料液的压头损失为1.2m(不包括出口处的能量损失)，高位槽的液位应高出进料口多少米？如该图所示将伯努利方程设置在1-1 和2-2 横截面之间(因为压头损失在标题中是已知的，所以根据单位重量流体用公式(1-26a)计算很方便)，其中：Z1=h；由于高位水箱的横截面比管道的横截面大得多，水箱中的速度比管道中的速度小得多，可以忽略不计；即u10；P1=0(表压)；He=0 z2=0P2=0(表压)；hf=1.2m，将上述值代入上述公式可以确定高位槽中液位的高度。计算结果表明，动能项很小，流体势能主要用于克服管道阻力。解决这个问题时要注意，因为问题中给出的水头损失不包括出口能量损失，所以2-2

15、 段应取管道出口的内侧。如果选择2-2截面作为管道出口的外侧，则计算过程不同。如图所示，工厂使用喷射泵运输氨。管道中稀氨水的质量流量为1104千克/小时，密度为1000千克/立方米，入口的表压为147千帕。管道内径为53毫米，喷嘴出口内径为13毫米，因此喷嘴的能量损失可以忽略不计。试着找出喷嘴出口的压力。如图54所示，稀氨水的入口为1-1截面，喷嘴的出口为2-2截面，管道的中心线为参考水平面。在1-1 和2-2 横截面之间设置伯努利方程，解为：Z1=0；P1=147103帕(表压)；其中：z2=0；喷嘴出口速度u2可以直接计算，也可以用连续性方程计算，We=0；Wf=0，将上述值代入上述公式：

16、和get:p2=-71.45千帕(表压)，即喷嘴出口的真空度为71.45千帕。喷射泵是一种利用流体流动时静压能和动能的转换原理来抽吸和输送流体的装置。当流体通过喷嘴时，因为喷嘴的横截面积比管道的横截面积小得多，所以当流体流过喷嘴时，流体的速度迅速增加，这使得喷嘴处的静压迅速降低，导致真空，从而可以吸入支管中的另一种流体。混合后，速度逐渐降低，增大的管道中的压力增加。最后，混合流体被送出。在化工厂中，开放碱液池中的碱液(密度为1100千克/立方米)被泵送到吸收塔顶部，并通过喷嘴喷出，如图所示。泵的进口管为1084mm钢管，管内流速为1.2m/s，出口管为763mm钢管。储液罐中碱液的深度为1.5m，从罐底到顶部喷嘴入口的垂直距离为20m。碱液流经所有管道的能量损失为30.8焦耳/千克(不包括喷嘴)，喷嘴入口处的压力为29.4千帕(表压)。让泵的效率为60%，并尝试找到泵所需的功率。如图59所示，碱液池中的液