化工单元操作基础知识讲座之一流体的输送.ppt

阿拉善职业技术学院 2014-6-20 说明： 一个化工产品的生产需经过若干个物理过程与若干个化学反应过程，一般把不同化工产品生产过程中，发生同样的物理变化、遵循共同的规律、使用相似的设备、具有相同作用的基本物理操作，称为化工单元操作，我们要学习的单元操作包括： 知识要点：1.流体、流体流动类型、流体输送方式等基本概念。2.流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程及其应用。3.流体流动阻力及其计算原则。4.流体输送管路与机械。 流体输送的应用 2）气体密度 理想气体：（温度不太低也不太高，压强很小时的气体） 其中R—8.314kJ/kmol·K ； M—kg/kmol； P—kN/m2 （kPa）； T—K。 2）压强的单位及换算 压强的法定单位是Pa：1Pa=1N/m2。常用单位：如：物理大气压（atm）、工程大气压（at）、米水柱（mH2O）、毫米汞柱（mmHg）、巴（bar）等 换算关系如下： 1atm=1.013×105Pa=760mmHg =1.033at=10.33mH2O 1at=1kgf/cm2=9.81×104Pa=10mH2O =735.6mmHg 压力表 真空表 3、粘度μ 2）影响粘度的因素： 液体的粘度随温度的升高而下降 气体的粘度温度的升高而升高 4、流量与流速 1）流量　流体在流动时，每单位时间内通过管道任一截面的流体量，称为流体的流量。如果流体量用流体的质量来度量，则称为质量流量，用qm表示，单位是kg/s；如果流体量用流体的体积来度量，则称为体积流量，用qv表示，单位是m3/s。两者的关系是： qm＝ρqv 式中 ρ－－是相同条件下流体的密度，单位是kg/m3。 2）流速 单位时间内，流体在流动方向上经过的距离叫流体的流速。在流体输送中所说的流速，通常指整个流通截面上流速的平均值，用u表示，单位是m/s。平均流速可以用下式计算： 由于流体具有粘性，流体在管内流动时，同一流通截面上各点的流速是不同的，越靠近管壁，流速越小，中心的流速最大。 1、流量方程式： d=(4qv/πu)1/2在工程应用中经常用来测算管道的直径。 2、流体流动的物料衡算—连续性方程 在任一流动系统中总能量包括两部分，流体本 身所具有的能量及系统与外部交换的能量 1）流体本身所具有的能量 如右图所示，流动系统中任一位置（如图 中1-1截面处），流体均具有一定的能 量，能量的形式有以下几种: （1）内能 U 物质内部的能量总和。 是原子与分子运动及其相互作用的结果。与温度有关。1kg流体的内能用U表示，单位：J/kg。 （2）位能 即势能 mkg流体的位能相当于将其从基准面升举到其所在高度Z处消耗的功。 位能= mgZ 单位：[ mgZ ]=kg （m/s2）m=Nm=J 1kg流体的位能为 gZ单位：J/kg。位能是个相对值，高于基准面时为正，低于者为负。若不选基准水平面，只讲位能绝对值是没意义的。 （4）静压能 流动着的流体内部各点都对应有静压能，质量为m（kg），压力为p（Pa）的流体的静压能=mp/ρ,1kg流体的静压力单位为J/kg。 位能、动能和静压能又称为机械能，它们的总和称为“总机械能（总能量） E ”，这三种能量可以相互转换。 2）系统与外界交换的能量 （1）热能 换热器向1kg流体提供/取走的热量为±Q，[J/kg]。 （2）外功（净功） 1kg流体通过泵等通用机械获得的功——也称有效功。用We 表示， [J/kg]。 （3）损失能量 由于流体具有粘性，在流动过程中要克服各种阻力，使一部分能量转化为热能而无法利用，故称损失能。 1kg流体的损失能量用 ,其单位为J/Kg 3、流体输送机械的类型 第一部分 流体流动与输送 U1 gZ1 1/2u12 P1/ρ U2 gZ2 1/2u22 P2/ρ We Qe Qe 3）能量守恒定律： ΣQ输入=ΣQ输出 即： 上式为总能量衡算式 式中有两种能量——机械能、内能和热，机械能可以相互转变，也可变为热和内能 ；而内能和热，不可变为机械能。 第一部分 流体流动与输送 4）流动系统的机械能衡算—柏努利方程 对于稳定流动，设流体是不可压缩的，系统中无热交换器，Q=0 ， 流体等温流动，系统内的能量积累为零， 即内能U1=U2，则能量守恒方程式变式为柏努利方程： 流体作稳定流动时，每kg流体流过系统内任意截面的总机械能恒为常数，而每个截面上的不同机