【正文】 （因為上式為 1kg流體流動時的機械能的變化關(guān)系，稱為流體穩(wěn)態(tài)流動時 的機械能衡算式，適用于可壓縮性流體與不可壓縮性流體。 1kg流體的靜壓能 = 21221111 ?? pmVppmVp ?? 及， J/kg 其中：位能 +動能 +靜壓能 =總機械能 此外，管路上還安裝有換熱器和泵，則進出系統(tǒng)的能量還有 熱 設(shè)換熱器向 1kg流體供應(yīng)的或從 1kg流體取出的熱量， Qe 其單位為 J/kg. 外功 1kg流體通過泵（或其它輸送設(shè)備）所獲得的能量， We 其單位為 J/kg. 輸入的總能量 =輸出的總能量： eeeeWQpuZgUpppuuugZgZZgUUUpugZUWQpugZU?????????????????????????????)(2)(,222,2221122212221212222222112111??????，令上式是穩(wěn)定流動系統(tǒng)的總能量衡算式。流動的流體內(nèi)部任何位置也都有一定 的靜壓強。 1kg流體的內(nèi)能 :在 11面和 22面分別為 U1和 U2， J/kg 位能：流體在重力作用下，因高出某基準面而具有的能量（ J） 1kg流體的位能 :在 11面和 22面分別為 z1g和 z2g， J/kg 動能：流體流動時，因具有一定的速度而具有的能量（ J） 1kg流體的動能 :在 11面和 22面分別為 J/kg。 輸出的能量輸入的能量質(zhì)量流體恒算基準：截面之間截面與恒算范圍：基準面：????kg1221100分析 1kg流體在流動過程中具有哪些能量。此規(guī)律與管路的安排以及管路上是否裝有管件、閥門、流體輸送設(shè)備等無關(guān)。若在管道兩截面之間無流體損失。 故除非有特別指明者外，本書中所討論的均系穩(wěn) 定流動問題。 非穩(wěn)定流動：若流動的流體中，任一點上的物理參數(shù)，有部分或 全部隨時間而改變。 解：將標準狀況下的密度 ρ0換算成操作狀況下的密度 ρ smdwAwumkgTppss /)2023 (4360 0/1604/T2233000?????????????????????則例 3. 某廠精餾塔進料量為 50000kg/h,料液的性質(zhì)和水相近，密度960kg/m3 ,試選擇進料管的管徑?？諝庠跇藴薁顩r下的密度為 ／ m3。阻力小，但投資小，操作費用大。此時，采用質(zhì)量流速比較方便。 ?? uAVw ss ?? 2)質(zhì)量流速 單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速，也稱質(zhì)量通量， 以 G表示，其表達式為 ?? uAVAw ss ???G其中 G的單位為 )/( 2 smkg ? 由于氣體的體積與溫度、壓力有關(guān)。此速度稱為平均速度，簡稱流速，以 u 表示，單位為 m／ s。 體積流量和質(zhì)量流量的關(guān)系為 sw ?ss Vw ?2．流速 1)平均流速 流速是指單位時間內(nèi)液體質(zhì)點在流動方向上所流經(jīng)的距離。 1． 3． 1 流量與流速 1．流量 1)體積流量 單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體的體積，稱為體積流量，以VS表示，其單位為 m3／ s或 m3 /h。 1． 3 流體流動的基本方程 化工生產(chǎn)中流體大多是沿密閉的管道流動，因此研究管內(nèi)流體流動的規(guī)律是十分必要的。為了維持操作的真空度，冷凝器上方與真空泵相通，不時將器內(nèi)的不凝性氣體（空氣）抽走。其作用是當設(shè)備內(nèi)壓力超 過規(guī)定值時，氣體就從液封管排出，以確保 設(shè)備操作的安全。當 R1500mm時，調(diào)節(jié)指示劑的密度ρ指 ，將其變小，如果使用水銀指示劑后，還是 R1500mm，則用幾個 U管壓差計進行串聯(lián) ρ指 必須大于被測液體的ρ測 ，用正 U型管；如果指示劑的密度 ρ指小于被測液體的 ρ測 ，則用倒 U型管 強差，也可測量流體在任一處的壓強（表壓強），將 U管壓差計的一端與大氣相通 化工生產(chǎn)中經(jīng)常需要了解容器里液體 的貯存量，或需要控制設(shè)備里液體的液面， 因此要對液面進行測定。ρ 取等壓面 B— B/ gRppghghgRppghgRppgRpghpppgRppghppAAAABBBAB00000000/00/???????????????????????????可以忽略不計，則是氣體的密度，若（表壓強）（絕對壓強）所以：)()(001202302211?????????????????????????RggRgRgzzgRppppgRgzppgzppAAAA測量壓強差（水平管道測壓強） 取等壓面 AA/ 3）微差壓差計 應(yīng)用于所測得的壓強差很小， U管 壓差計的讀數(shù) R也就很小，有時難 以準確讀出 R值。 Z軸方向力的平衡式可寫成 Pdxdy（ p+ dz） dxdyρgdxdydz=0 即 dxdydzρgdxdydz=0 上式各項除以 dxdydz，則 Z軸方向力的平衡式可簡化為 ρg=0 對于 X軸、 y軸，作用于該立方體的力僅有壓力 ， 也可寫出其 相應(yīng)的力的平衡式，簡化后得 X軸 0???xpY軸 0???? yp上式等號的左側(cè)即為壓強的全微分 dp，于是 dp+ρgdz=0 對于不可壓縮性流體， ρ=常數(shù)，積分上式，得 gdzdzzpdyypdxxp ??????????? 常數(shù)?? gzp?液體可視為不可壓縮性的流體，在靜止液體中取任意兩點，如圖所示，則有 )( 21122211zzgppgzpgzp?????????或上式為流體靜力學(xué)基本方程式。 解：設(shè)備內(nèi)的絕對壓強為 絕對壓強 =大氣壓 真空度 = 103Pa 103Pa= 103Pa 設(shè)備內(nèi)的表壓強為 表壓強 = 真空度 = 103Pa。 例題 1：某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為 103Pa，試計算設(shè)備內(nèi)的絕對壓強與表壓強。 表壓＝絕對壓力一大氣壓力 ， 當被測流體的絕對壓力小于大氣壓力時，其低于大氣壓的數(shù)值稱為真空度，即 真空度＝大氣壓力一絕對壓力 2/cmkgf本章中如不加說明時均可按標準大氣壓計算；此處的大氣壓力均應(yīng)指當?shù)卮髿鈮海瑝毫Φ臄?shù)值如不加特殊說明，均指絕對壓力。 壓力可以有不同的計量基準，如果以絕對真空 (即零大氣壓 )為基準，稱為絕對壓力。但長 期以來采用的單位為 atm(標準大氣壓 )、某流體柱高度或 等。 例如， 當測定流體內(nèi)某點的壓力時，不論將測壓管按水平、垂直還是其他方向插入管的管端正好與該點接觸，則壓力表上所顯示的讀數(shù)都是相同的。 A作用面的面積， 流體中，從各方向作用于某一點的壓力大小均相等。 靜止流體的壓力 壓力的定義 流體垂直作用于單位面積上的壓力，稱為流體的壓強，俗稱壓力。 流體靜力學(xué)基本方程式 流體靜力學(xué)研究流體在外力作用下達到平衡時各物理量的變化規(guī)律。 具有粘性的流體 非理想流體（實際流體）。 4. 流體分類 牛頓型流體 符合牛頓粘性定律的流體。 氣體的粘度： ?? ?,T ,一般也與壓力無關(guān)。 對非締合液體混合物的粘度，可采用下式進行計算，即 i iim x ?? lglg ??m?x?i式中 液體混合物的粘度； 液體混合物中組分的摩爾分數(shù)； 與液體混合物同溫下組分的粘度 下標 表示組分的序號。 對于常壓氣體混合物的粘度，可采用下式計算。 混合物的粘度 ：一般取決于實驗。分析靜止流體的規(guī)律時就不用考慮粘度這個因素。 ? dydu?? ?① 粘度的物理意義：促使流體流動產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。 速度梯度，即在與流動方向相垂直的 y方向上流體速度的變化率； 比例系數(shù)，其值隨流體的不同而異，流體的粘性愈大，其值愈大，所以稱為粘滯系數(shù)或動力粘度，簡稱為粘度。的垂直距離成正比，與兩層之間差摩擦力與流體層的速度，對于一定的液體，內(nèi)接觸面積成正比。 實驗證明，內(nèi)摩擦力與下列因素有關(guān) ????????????????????????無關(guān)。 運動慢的流體將產(chǎn)生一個大小相等，方向相反的力，阻礙運動快的流體層向前流動。兩板間充滿了靜止的液體，如下圖所示。 或當流體運動時，流體還有一種抗拒內(nèi)在的向前運動的特性，稱為粘性，粘性是流動性的反面。 表面力 流體是連續(xù)介質(zhì)， ΔV 的流體微元與周圍流體表面接觸的相互作用力，只與接觸表面有關(guān)，與質(zhì)量體積無關(guān)。 1． 1． 2 流體的黏度 流動中的流體受到的作用力可分為體積力和表面力兩種。 對于氣體混合物，各組分的組成常用體積分數(shù)來表示。 對于液體混合物，各組分的組成常用質(zhì)量分數(shù)表示。 流體的質(zhì)量， 流體的體積 ， 流體的密度一般可在物理化學(xué)手冊或有關(guān)資料中查得。 其表達式為 當 時， 的極限值即為流體某點的密度。 測定流量的各種方法，來確保輸送的可靠與正常。 本章流體流動解決兩個中心問題。 不可壓縮性流體 流體的體積如果不隨壓力及溫度變化，這種流體稱為不可壓縮性流體 。連續(xù)性的假設(shè)首先意味著流體介質(zhì)是由連續(xù)的液體質(zhì)點組成的；其次還意味著質(zhì)點運動過程的連續(xù)性。 連續(xù)介質(zhì) 在研究流體流動時，常將流體視為由無數(shù)流體微團組成的連續(xù)介質(zhì)。 第 1章 流體流動 概述 流體的物理性質(zhì) 流體靜力學(xué)基本方程式 流體流動的基本方程 流體流動現(xiàn)象 流體在管內(nèi)的流動阻力 管路計算 流量測量 概述 流體是一種物質(zhì)，主要指氣體和液體。在米‘千克”秒制中f簡稱 MKs制 )，選長度單位米、質(zhì)量單位千克、時間單位秒作為基本單位，其他單位均由這三個基本單位導(dǎo)出。在厘米 秒制。 秒制和米 在化工原理使用的數(shù)據(jù)中，過去常用的非國際單位制有：工程單位制、 厘米 在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常使用一些非 SI的法定計量單位，如時間單位中的 min(分 )、 h(小時 )、 d(日 )、 a(年 )；溫度單位還常使用 ℃ (攝氏溫度 )，旋轉(zhuǎn)速度用 r／ min(轉(zhuǎn)／分 )等。 在國際單位制中，規(guī)定了 7個基本單位： 長度 單位米（ m） 質(zhì)量 單位千克（ kg） 時間 單位秒（ s 溫度 單位開爾文（ K） 物質(zhì)的量 單位摩爾（ mol） 電流強度 單位安培（ A） 發(fā)光強度 單位坎德拉（ cd） 兩個輔助量： 平面角 單位弧度（ rad） 立體角 單位球面度（ sr） 其他單位均由這 7個基本單位導(dǎo)出。 導(dǎo)出單位 如速度、加速度的單位則根據(jù)其本身的物理意義，由相關(guān)的基本單位組合構(gòu)成，這種單位稱為導(dǎo)出單位。 物理量分為基本量和導(dǎo)出量 （ 2）單位制和單位換算 基本量與基本單位 一般先選幾個獨立的物理量，如我們通常所說的長度、時間、質(zhì)量等，并以使用方便為原則規(guī)定出它們的單位。 （ 5）經(jīng)濟效益 經(jīng)濟效益也稱為經(jīng)濟效果，一般指經(jīng)濟活動中，所取得的成果與勞動消耗之比，即 經(jīng)濟效益 = 勞動消耗勞動成果式中，勞動成果是指最終的合格產(chǎn)品的價值；勞動消耗包含操作費用（人力、原材料、水電、維修等），設(shè)備折舊費用（設(shè)備的造價和使用年限折算）以及占用的固定資產(chǎn)和流動資金。 過程速率 = 過程阻力過程推動力式中：過程推動力指的是直接導(dǎo)致過程進行的動力，例如溫差等。 （ 4）過程速率 過程速率是指在單位時間內(nèi)過程的變化，即表明過程進行的快慢。例如，高溫物體自動地向低溫物體傳熱，直至兩個物體的溫度相等。平衡關(guān)系，就是研究過程的方向和過程的極限（過程進行的最大限度）。 熱量衡算的本質(zhì)是焓的計算，