化工流体流动常识

化工流体流动常识第一节流体的密度1、定义：单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为：2、某状态下理想气体的密度：R7M气体的分子量R气体常数，其值为8.315J/ (mol - K)如为混合气体则M为混合气体的平均分子量Mm虬=血十虬巧十十虬入M-气体混合物中各组分的分子量yx -气体混合物中各组分的摩尔分率对于一定质量的理想气体。其体积、压强和温度之间的变化关系为:pV pVT Tp 一气体的绝对压强，Pa；T一气体的绝对温度，K；V一气体的体积，m3；第二节流体的静压强1、定义：在静止的流体内，单位面积上所受的压力，称为静压强，简称压强，定态流动的流体在管路中同一位置的压强也可视为静压强，其表达式为：p=AP/AA(Pa或N/E)p 一流体的静压强，Pa；P-垂直作用于流体表面上的压力，N；A 作用面的面积，m2。2、常用压强单位之间的换算关系：1atm （标 准大 气压）=10.33mH2O=760mmHg=1.0133bar（巴）=1.033kgf/cm2=1.0133X 105Pa工程上为了使用和换算方便，常将1 kgf/cm2近似地作为1个大气压，称为1工程大气 压。于是1at=1 kgf/cm2 =735.6 mmHg =10 mH2O=0.9807 bar=9.807x104 Pa3. 压强的不同表示方法(1) 绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强，是流体的真实压强。(2) 表压强：流体的压强可用测压仪表来测量。当被测流体的绝对压强大于外界大气压 强时，所用的测压仪表称为压强表。压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高 出的数值，称为表压强，即：表压强=绝对压强一大气压强(压力表的度量)(3) 真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，称为真空度，即：真空度=大气压强一绝对压强(真空表的度量)显然，设备内的流体的绝对压强愈低，则它的真空度就愈高。真空度又是表压强的负值。绝对压强，表压强，真空度之间的关系可用下图表示。A太气压成绻封零压咨囹1- 1压强的基椎和量度注：外界大气压强随大气的温度、湿度和所在地区的海拔高度而变。第三节流体的流量与流速、流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。若流量用体积来计量，则称为体积流量，以Vs表示，单位为m3/s。若流量用质量来计量，则称为质量流量，以3S表示，单位为kg/s。体积流量与质量流量的关系为：3S=VsP、流速：单位时间内流体在流动方向上所流过的距离，称为流速，以u表示，单位为m/s。流体在管道任一截面上各点的流速沿管径而变化，所以在工程计算上通常用整个管截面上的 平均流速来表示流体的流速，其表达式为：u=彳A三、流体输送管路直径的选择：流量一般由生产任务决定，因此关键是选择合适的流量。如果流量过大，虽然可以减小 管径，但流体流经管道的阻力增大，水泵功率大，运行成本增加。相反，如果流量太小，运 行成本可以相应降低，但管道的基建成本随着管径的增加而增加。因此，当流体在大流量长 距离管道中输送时，有必要根据具体情况，通过运营成本和基建成本之间的经济权衡来确定 合适的流速。车间内的工艺管道通常较短，管道内的流量可根据经验数据选择。一般管道的 截面均为圆形，若以d表示管道内径，则内径、流量、流速之间的关系如下：.4V7d =兀u某些流体在管道中的常用流速范围流体的类别及情况流速范围，m/s自来水（3X105Pa左右）1 1.5水及低粘度液体（1X1051X106Pa）1.5 3.0高粘度液体0.5 1.0工业供水（8X105Pa以下）1.5 3.0锅炉供水（8X105Pa以下）3.0饱和蒸汽20 40过热蒸汽30 50蛇管、螺旋管内的冷却水1.0低压空气12 15高压空气15 25一般气体（常压）10 20鼓风机吸入管10 15鼓风机排出管15 20离心泵吸入管（水一类液体）1.5 2.0离心泵排出管（水一类液体）2.5 3.0往复泵吸入管（水一类液体）0.75 1.0往复泵排出管（水一类液体）1.0 2.0液体自流速度（冷凝水等）0.5真空操作下气体流速10第四节流体基本方程式一、静力学基本方程式:p = p+pgh,以此方程式为依据可设计制造液柱压差计，来测量流体的压强或压强差，较典型的有U管压差计和微差压差计;也可用来测量静止液体的液位高度；还可以用来计算液封的高度。二、流体流动连续性方程式:1、对于定态流动系统：“广u1 A1 p1=u A p = u A p =.=常数2 2 23 3 3c 7-+ t tkttt it绍泊侏 Vs = u A = u A =.= 吊2、对于不可压缩流体：1 12 2三、柏努利方程柏努利方程反映了流体在流动过程中，各种形式机械能的相互转换关系。1、不可压缩实际流体的柏努利方程式由于实际流体是粘性的，在流动过程中必须消耗一定的能量。根据能量守恒原理，能量 不能消失，只能从一种形式转换为另一种形式。这些消耗的机械能可以转化为热能。这种热 能不能再转化为用于流体输送的机械能，而只能提高流体的温度。从流体输送角度来看，这 些能量是“损失”掉了。将流体损失的能量用SWf表示。则柏努利方程式可表示为z g + u 2 + p + W = z g + u 2 + p + YW12 1 p e 2、2 2 pf2、理想流体的机械能衡算理想流体是没有粘度的不可压缩流体（即流动中没有摩擦阻力）。这种流体实际上并不 存在，但它是一种假设流体，但这种假设对解决实际工程问题具有重要意义。对于无外功的 理想流体，伯努利方程可以简化为 g + u 2 + p = z g+u 2 +乌12 1p22 2Pz + u 2 + 4 = z + u 2 + 412 g 1pg22 g 2pg3、柏努利方程的应用伯努利方程和连续性方程是求解流体流动问题的基础。伯努利方程的应用可以解决流体 输送和流量测量等实际问题。用伯努利方程求解时，首先应根据实际情况绘制流动系统示意 图，指示流体的流动方向，确定上下游断面，明确流动系统的平衡范围。解题时需注意以下 几个问题：（1）截面的选取： 与流体的流动方向相垂直； 两截面间流体应是定态连续流动； 截面宜选在已知量多、计算方便处。（2）基准水平面的选取：位能基准面必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两截面中位置较低的截面为基准水 平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选管中心线的水平面。（3）单位保持一致，尤其在计算截面上的静压能时，p1、p2不仅单位要一致，同时表 示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。第五节 流体在管路内的流动阻力流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是管件、阀门等。相应流体 流动阻力也分为两种：1、直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；2、局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻 力。