化工原理流体流动课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/9/17,1,第一章 流体流动, 研究流体流动问题的重要性,流体流动与输送是最普遍的化工单元操作之一；,研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。,2024/9/17,2,2024/9/17,3,2024/9/17,4,连续介质假定,假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有,间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。,质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备,尺寸、远大于分子自由程。,工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观角度,研究流体。,2024/9/17,5,流体的可压缩性,不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变,化，如液体；,可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，,如气体。,2024/9/17,6,一、,压力,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。,1.,压力的单位,SI,制：,N/m,2,或,Pa；,标准大气压：,1,atm = 1.01310,5,Pa =760mmHg =10.33m H,2,O,第一节,流体静力学,2024/9/17,7,2.,压力的表示方法,绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。,表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。,2024/9/17,8,表 压 = 绝对压力 大气压力,真空度 = 大气压力 绝对压力,绝对压力,绝对压力,绝对真空,表压,真空度,大气压,2024/9/17,9,流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；,任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；,作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。,3.,静压力的特性,2024/9/17,10,二、流体的密度与比体积,（一）密度,单位体积流体的质量。,kg/m,3,1.,单组分密度,液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变,化关系可从手册中查得。,2024/9/17,11,气体,当压力不太高、温度不太低时，可按理想,气体状态方程计算：,注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度,下之值，若条件不同，则需进行换算。,2024/9/17,12,2.,混合物的密度,混合气体,各组分在混合前后质量不变，则有,气体混合物中各组分的体积分数。,或,混合气体的平均摩尔质量；,气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。,2024/9/17,13,混合液体,假设各组分在混合前后体积不变，则有,液体混合物中各组分的质量分数。,（二）比体积,单位质量流体的体积。,m,3,/kg,2024/9/17,14,重力场中对液柱进行受力分析：,（1）上端面所受总压力,（2）下端面所受总压力,（3）液柱的重力,设流体不可压缩，,p,0,p,2,p,1,z,1,z,2,G,方向向下,方向向上,方向向下,三、,流体静力学基本方程式,2024/9/17,15,液柱处于静止时，上述三力的合力为零:,压力形式,能量形式,静力学基本方程,式,p,0,p,2,p,1,z,1,z,2,G,2024/9/17,16,讨论：,（1）适用于,重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体,；,（2）物理意义：,单位质量流体所具有的位能，,J/kg；,单位质量流体所具有的静压能，,J/kg。,在同一静止流体中，处在不同位置流体的,位能和静压能,各不相同，但二者可以转换，其,总和保持不变,。,2024/9/17,17,（3）,在,静止,的、,连续,的,同种流体,内，处于,同一水平面,上各点的压力处处相等。压力相等的面称为,等压面,。,（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。,2024/9/17,18,四、静力学基本方程的应用,（一）,压力测量,1. U,形管液柱压差计,设指示液的密度为 ，,被测流体的密度为 。,A,与,A,面,为等压面，即,而,p,1,p,2,m,R,A,A,2024/9/17,19,所以,整理得,若被测流体是气体， ，有,p,1,p,2,m,R,A,A,2024/9/17,20,讨论：,U,形管压差计可测系统内两点的压力差，当将,U,形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时,，,也可测得流体的表压或真空度；,指示液的选取：,指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；,其密度要大于被测流体密度。,应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。,2024/9/17,21,2.,倒,U,形管压差计,指示剂密度小于被测流体密度，,如,空气作为指示剂,2024/9/17,22,3.,斜管,压差计,适用于压差较小的情况。,值越小，读数放大倍数越大。,2024/9/17,23,密度接近但不互溶的两种指示,液,A,和,C ；,4.,微差压差计,扩大室内径与,U,管内径之比应大于,10 。,2024/9/17,24,（二）,液位测量,1.,近距离液位测量装置,压差计读数,R,反映出容器,内的液面高度。,液面越高，,h,越小，压差计读数,R,越小；当液面达到最高时，,h,为零，,R,亦为零。,2024/9/17,25,2.,远距离液位测量装置,管道中充满氮气，其密度较小，近似认为,而,所以,A,B,2024/9/17,26,（三）,液封高度的计算,液封作用：,确保设备安全：当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出；,防止气柜内气体泄漏。,液封高度：,2024/9/17,27,第二节 管内流体流动的基本方程,1.,体积流量,单位时间内流经管道任意截面的流体体积。,q,V,m,3,/s,或,m,3,/h,2.质量流量,单位时间内流经管道任意截面的流体质量。,q,m,kg/s,或,kg/h。,二者关系：,（一）流量,一、,流量与流速,2024/9/17,28,（二）流速,2.质量流速,单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。,流速,（,平均,流速）,单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。,kg/,（,m,2,s,）,流量与流速的关系：,m/s,2024/9/17,29,对于圆形管道：,流量,q,V,一般由生产任务决定。,流速选择：,3.,管径的估算, d ,设备费用,流动阻力, ,动力消耗,操作费,均衡考虑,u,u,适宜,费,用,总费用,设备费,操作费,2024/9/17,30,二、,稳态流动与非,稳,态流动,稳态流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化；,非,稳,态流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化。,2024/9/17,31,三、,连续性方程式,对于稳态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：,推广至任意截面,1,1,2,2,连续性方程式,