【正文】 第一章 流體流動 教學要求 167。 10 概述 167。 11 流體靜力學基本方程 167。 12 流體在管內(nèi)的流動 167。 13 流體的流動現(xiàn)象 167。 14 流體在管內(nèi)的流動阻力 167。 15 管路計算 167。 16 流量測量 復(fù)習 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 2/89 教學要求 重 點： 連續(xù)性方程及柏努利方程式的應(yīng)用 。 覆蓋內(nèi)容：流體的性質(zhì)（密度、重度、比重、比容、粘度）；流體的 靜壓強、靜力學方程式及其應(yīng)用 ；流量、流速的各種表達方式及計算；定常流動與非定常流動的概念；流動系統(tǒng)的物料衡算與連續(xù)性方程； 流動系統(tǒng)的能量衡算與機械能衡算式 ；牛頓型流體與非牛頓型流體的概念；流動類型及特點；邊界層的概念（形成、發(fā)展與分離）；管內(nèi)流速分布；管路能耗的原因、計算及影響因素（粗糙度的概念、摩擦系數(shù)、因次分析法）； 管路計算的方法；流量、流速的測量方法（測速管、孔板流量計、文丘里流量計、轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)和原理）。 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 3/89 167。 10 概述 ?流體 —— 氣體、液體 特征：流動性、沒有固定的形狀、在外力作用下其內(nèi)部易發(fā)生相對運動。 分類：牛頓型流體，非牛頓型流體（假塑性、漲塑性流體等） ? 連續(xù)性假設(shè) —— 連續(xù)介質(zhì)模型 流體質(zhì)點（或流體微團） —— 流體 ? 運動的描述方法 拉格朗日法 —— 跟蹤指定質(zhì)點 —— 空間位置、運動狀況 ~時間 —— 軌線 歐拉法 —— 選擇截面 —— 運動參數(shù) ~時間 —— 流線 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 4/89 167。 10 概述 ? 流線與軌線 軌線 ：同一流體質(zhì)點在不同時刻所占空間位置的連線。 流線 ：采用歐拉法觀察的結(jié)果，表述同一瞬時不同質(zhì)點的速度方向。流線的屬性： 1）流線互不相交； 2）在流動區(qū)域內(nèi)，通過任意封閉曲線各點引出的流線所圍成的空間稱為流管。 ? 目的 流體輸送 壓強、流量與流速測定 提供適宜的強化設(shè)備的條件。 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 5/89 167。 11 流體的物理性質(zhì) 167。 111 流體的密度 vmv ?????lim0?? 定義：單位體積流體具有的質(zhì)量， kg/m3 氣體密度是溫度和壓強的函數(shù)： 00 TppMTRTpM ???? 氣體密度 混合氣體的密度： RTMyPyniiiniiim?? ???? 11)(???液體的密度： 只與溫度有關(guān)，而與壓力無關(guān) 。 混合液體密度 —— 混合前后體積不變 ???nj jwjmx11??材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 6/89 167。 11流體的物理性質(zhì) 167。 112 流體的粘度 定義：流體內(nèi)部抵抗運動的一種性質(zhì) —— 黏性 圓管內(nèi)流體流動速度分布 實驗證明： 牛頓粘性定律： 流體的粘度： 流體分類：牛頓型、非牛頓型 uuF S F Syy???? ? ?= dudy??= / ( / )d u d y??材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 7/89 167。 12 流體靜力學基本方程 167。 121 流體的靜壓強 ? 定義：垂直作用在單位面積上的力 ,Pa=N/m2 APpA ????? 0lim1atm= == 105Pa ? 常用單位及換算關(guān)系 1at=1kgf/cm2==10mH2O= = 105Pa ? 流體靜壓強的特征： 1）來自于各方向且指向該點，大小相等； 2）是空間位置的函數(shù)。 ? 流體靜壓強的表示 絕對壓強、表壓強、真空度 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 8/89 167。 12 流體靜力學基本方程 167。 122 流體靜力學基本方程式 一、流體內(nèi)力的類型 ?體積力： —— 場力（離心力、重力等）。設(shè)單位質(zhì)量流體所受的體積力在 x、 y、 z方向上的分量分別為： X、 Y、 Z ?表面力：流體所受到的力的大小與表面積成正比。有法向和切向兩種。 二、歐拉平衡方程 z p + ( y xp p+ (? p/ ? y) dypp+ (? p/ ? z) dzp+ (? p/ ? x) dxp 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 9/89 167。 12 流體靜力學基本方程 ? X方向受力 00)(??????????xpXX dx dy dzdy dzdxxpppdy dz??化簡：? Y方向受力 0???? ypY?同理得：? Z方向受力 0???? ZpZ?同理得：dzzpdyypdxxpdpzyxfp ??????????? ),(0)( ???????????? dzzpdyypdxxpZ d zY d yXd x ???歐拉平衡方程 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 10/89 167。 12 流體靜力學基本方程 三、流體靜力學基本方程 重力場：單位質(zhì)量流體受到的場力在 x、 y的分量為 0，即 X=0、Y=0，而 Z=g。 1 2 Z1 Z2P1 P2 )( 2112 zzgpp ??? ?dpgdz ?? ?C??2211 pgzpgz ??? ??)( 2112 zzgpgp ?????材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 11/89 167。 12 流體靜力學基本方程 四、討論 ? 等壓面： 在靜止的、連續(xù)的、同一液體中，同一水平面上各點的壓力相等。 ? 壓力可傳遞 巴斯噶定理。 ? h=(p1p2)/(ρ g) 液柱高度表示壓強 ,必須指明液體種類。 ? 在化工設(shè)備中的可壓縮流體（氣體）內(nèi)，忽略可壓縮流體柱產(chǎn)生的壓強，即認為可壓縮流體內(nèi)各點壓強相等。 167。 123流體靜力學基本方程式的應(yīng)用 一、壓差或壓強測量 液柱式壓差計 —— 以流體靜力學基本方程為依據(jù)的測壓儀器 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 12/89 167。 12 流體靜力學基本方程 p? U管壓差計 指示液：與被測流體完全不互溶、不發(fā)生化學反應(yīng)；密度大于被測流體密度。常用指示液有：汞、四氯化碳、水、油等。 gRgZppRggZmppgmRppBABABaBa)()()(21239。1?????????????????對水平管道，則： gRpp BA )(21 ?? ???若為氣體，對水平管道，則： gRpp A??? 21材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 13/89 167。 12 流體靜力學基本方程 ? 傾斜式液柱壓差計 p1 R ? p2 ? R ?0 傾斜式壓差計擴大部分俗稱“水庫”，其截面積遠遠大于測壓管的截面積。 ?? s i n21 gRpp ??? 微差壓差計 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 14/89 167。 12 流體靜力學基本方程 要求： A與 B不互溶，而且的密度相近分別為 ρ ρ 2，當水庫的截面積 187。連接導管的截面積，則： p1 p2 z1 ?1 z1 R ?2A B c d gRgzppgzRppdc2112111 )(?????????gRpp )( 1221 ?? ???材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 15/89 167。 12 流體靜力學基本方程 二、液位的測量 三、液封高度的計算 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 16/89 167。 13 流體流動的基本方程 167。 131流量與流速 一、 流量 ? 定義：單位時間內(nèi)流體流過管道任一截面的量被稱為流量。 體積流量、質(zhì)量流量，依次用 Vs(m3/s)、 Ws(kg/s)或 Vh(m3/h)、Wh(kg/h) 。 二、流速 ?點流速： 流體質(zhì)點沿流動方向上流過的距離， m/s。 ?平均流速： 同一截面上的 流體質(zhì)點沿流動方向上流過的平均距離 ,m/s。 ? 質(zhì)量流速 (G)：單位時間內(nèi)流過單位截面積的流體質(zhì)量，kg/。 ? 關(guān)系 ： Ws=ρ Vs 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 17/89 167。 13 流體流動的基本方程 ???????????smusmusmkgGr///(2單位：點流速（體積流速），單位：平均流速質(zhì)量通量），單位：質(zhì)量流速流速 AWsG ?uG ?? uAGAWs ???AdAuAVsu A r????三、管徑選擇 總費用 =操作費用 +設(shè)備費用 總費用操作費 設(shè)備費 uo p t平均流速 u材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 18/89 167。 13流體流動的基本方程 21)4(uVsd??? 步驟：選流速 計算管徑 園整 校核流速 常用流體的適宜的經(jīng)濟流速范圍 流體類別 常用流速 范圍， m / s 流體類別 常用流速 范圍， m / s 水及一般液體 粘度較大的液體 低壓氣體 易燃、易爆的 低壓氣體 1 ? 3 0. 5 ? 1 8 ? 15 8 壓強較高的氣體 飽和水蒸汽： 8 大氣壓以下 3 大氣壓以下 過熱水蒸氣 15 ? 25 40 ? 60 20 ? 40 30 ? 50 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 19/89 167。 13 流體流動的基本方程 167。 132定態(tài)流動與非定態(tài)流動 0??? ?X一、非定態(tài)流動 0??? ?X以 X表示任一流動參數(shù)，則對非定態(tài)流動有： 二、定態(tài)流動 材料與化學工程學院 化學工程教研室 化工原理 第一章 流體流動 20/89 167。 13 流體流動的基本方程 二、 連續(xù)性方程 167。 133連續(xù)性方程 一、管路系統(tǒng) 復(fù)雜管路簡單管路 串聯(lián)管路