1.3 流体动力学分析.ppt

1.3 流体动力学 1.3.1 质量守恒原理 一、流速与流量 1. 流量 五、流体稳定流动时的物料衡算——连续性方程 讨论 1. 导出条件:①流体充满全管; ② 稳定流动。 4. 管路有分支 例 如附图所示，管路由一段φ89mm×4mm的管1、一段φ108mm×4mm的管2和两段φ57mm×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水以9×10-3m3/s的体积流量流动，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管内的速度。 注意点 （4）定压力基准 压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。 （3）选取截面 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。 若截面之一为容器的截面，另一为管子的截面。当容器截面很大如贮槽，容器内的流速相对于管内流速一般很小，u容≈0。 管子出口(从阻力损失项考虑) U2/2 0 出口外侧 0 U2/2 出口内侧 出口损失 动能 下游截面 例 容器间相对位置的计算 如附图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液 h pa 管为φ45×2.5mm的钢管，要求送液量为3.6m3/h。设料液在管内的压头损失为1.2m（不包括出口能量损失），试问高位槽的液位要高出进料口多少米？ 解：如图所示，取高位槽液面为1-1′截面，进料管出口内侧为2-2′截面 z1=h ,u1≈0； p1=0（表压）；He=0 ; z2=0； p2=0（表压）； ΣHf =1.2m 教材例1-16 忽略不计)为10J/kg，喷头处的压强较塔内压强 高0.02MPa，水从塔中流到下水道的阻力损失可忽略不计，泵的效率为65%，求泵所需的功率。 如图所示，用泵将河水打入洗涤塔中，喷淋下来后流入下水道，已知道管道内径均为0.1m，流量为84.82m3/h，水在塔前管路中流动的总摩擦损失(从管子口至喷头进入管子的阻力 例:确定输送设备的有效功率 * 制药过程原理及设备课件 * ① 含义：单位时间流过管道任一截面的物质量。 ② 体积流量 ：单位时间内流体流过管道任一截面的体积. qV——m3/s或m3/h 提示：气体的体积流量须注明温度与压力 ④ 换算关系：qm＝qv·ρ ③ 质量流量 ：单位时间内流体流过管道任一截面的质量. qm——kg/s或kg/h 2、流速 ① 定义 单位时间内流体在流动方向上所流经的距离。 ② 平均流速 流体在同一截面上各点流速的平均值 u ③ 质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。 kg/（m2·s） 流量与流速的关系： 二、流量方程式 描述流体流量、流速和流通截面积相互关系的公式 u 对于圆形管道 流量qV一般由生产任务决定。 流速选择： 三、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 常用流体适宜流速范围： 水及一般液体 1~3 m/s 粘度较大的液体 0.5~1 m/s 低压气体 8~15 m/s 压力较高的气体 15～25 m/s 注意：钢管和规格已经标准化，计算出管径后应按标准选定 钢管规格表示法： ФA×B 壁厚 外径 例:水管的流量为45m3/h,试选择水管的型号. 解: 取u=1.5m/s 查附录七,选择DN100mm(4in),即φ114mm×4mm的水煤气管 水在管内的实际流速 四、稳定流动与不稳定流动 稳定流动：流体流动时，任一截面处流体的流速、压力、密度等 物理量只随位置变化而与时间无关。 不稳定流动：流体流动时，任一截面处流体的流速、压力、密度等 物理量不仅随位置而变化，而且随时间而变化。 稳定流动 不稳定流动 前提: ① 稳定流动系统; ②管路中流体无增加和漏损。 推广至任意截面 ——连续性方程 流体在均匀直管内作稳定流动时，平均流速沿流程保持定值，并不因内摩擦而减速！ 2.均质、不可压缩流体, ρ=常数 3.均质、不可压缩流体在圆管内流动 例1-14 3a 1 2 3b 解： 管1的内径 水在管1中的流速 管2的内径 水在管2中的流速 管3a及3b的内径 水在分支管路3a、3b中的流量相等 水在管3a和3b中的流速 1.3.2 稳态流动系统的机械能守恒(伯努利方程) 1.总能量衡算 （1）内能 贮存于物质内部的能量。 1kg流体具有的内能为U（J/kg）。 衡算范围：1-1′、2-2′截面