单元操作报告20130701.pptVIP

流 量 流体静力学基本方程式 当流体在密闭管路中作稳定流动时,既不向管中添加流体,也不发生漏损,则根据质量守恒定律,通过管路任一截面的流体质量流量应相等. 对于圆形截面的管子: 当理想流体在一密闭管路中作稳定流动时,由能量守恒定律可知,进入管路系统的总能量应等于从管路系统带出的总能量. 柏努利方程式,它是以单位质量为基准的. 流体流动的类型 在流体阻力产生的原因及其影响因素的讨论中, 流体的阻力与流体流动的状况有关. 雷诺实验揭示了重要的流体流动机理: 1.当流速较小时,流体质点沿管轴做规则的平行直线运动,与其周围的流体质点间互不干扰及相混,即分层流动.这种流动型态称作层流或滞流. 2.流体流速增大到某一值时,流体质点除流动方向上的运动之外,还向其他方向做随机运动,即存在流体质点的不规则脉动,彼此混合.这种流动型态称作湍流或紊流. 实验证明： 1.当Re＜2000时,流体的流动类型属于层流,称为层流区； 2.Re＞4000时,流体的流动类型属于湍流,称为湍流区； 3. 数值在2000 Re 4000之间时,称为过渡区. 圆管内流体的速度分布 由于流体流动时，流体质点之间和流体与管壁之间都有摩擦阻力。 靠近管壁附近处的流层流速较小，附在管壁上的流层流速为零，离管壁越远流速越大，在管中心线上流速最大。在流量方程式中流体的流速是指平均流速. 流量的测量与调节 如图所示，中央开有锐角圆孔的一薄圆片（孔板）插入水平直管中，当管内流动的流体通过孔口时，因流通截面积突然减小，流速骤增，随着流体动能的增加，势必造成静压能的下降，由于静压能下降的程度随流量的大小而变化，所以测定压力差则可以知道流量。根据此原理测定流量的装置称为孔板流量计。因流体惯性的作用，流道截面积最小处是比孔板稍微偏下的下游位置，该处的流道截面积比圆孔的截面积更小，这个最小的流道截面积称为缩脉。缩脉处位置随Re而变化。 雷诺在实验中观察到下列现象： ①雷诺称图1-13 a 所示这种流动状态为滞流或层流。 ②雷诺称图1-13 b 所示这种流动状态为过渡流。 ③雷诺称图1-13 c 所示这种流动状态为湍流或紊流。 （2）流动类型的判定——雷诺准数 雷诺通过对大量实验数据的研究发现，除了流速影响运动情况外，管子的直径、流体的黏度和密度也都对流动状态有影响。把这四个物理量组成一个无因次数群即 （1-40） 式中 d——管道的内径，m； ρ——流体的密度，kg/m3； u——流体的平均流速，m/s； μ——流体的动力黏度，Pa·s； ν——流体的运动黏度，m2/s。 * 流体动力学 单位时间内流过管道任一截面的流体数量称为流量.常用的流量表示方法有:体积流量和质量流量. 1 体积流量:单位时间内流过管道任一截面的流体体积.用Vs表示,单位 m3/s. 2 质量流量:单位时间内流过管道任一截面的流体质量.用ws表示,单位 kg/s. 质量流量与体积流量的关系为: 式中:A-与流动方向相垂直的管道截面积,m2. 2 质量流速：单位面积上的质量流量.常用G表示,单位 kg/m2·s. 流 速 单位时间内流体在流动方向上流过的距离. 实际上流体在管道任一截面沿径向各点上的速度都不同,管道中心处速度最大,越接近管壁处流速越小,管壁处流速为零. 为了计算方便常采用平均流速和质量流速表示. 1 平均流速：单位面积上的体积流量.常用u表示,单位 m/s。 上式是确定输送流体的管道直径的最基本公式. 流体的体积流量一般由生产任务所决定，平均流速则需要综合考虑各种因素后进行合理地选择。 流速选择的过高,管径可以减小,但流体流经管道的阻力增大,动力消耗大,操作费用随之增加.反之,流速选择的过低,操作费用可相应的减少,但管径增大,管路的投资费用随之增加.因此,适宜的流速需根据经济权衡决定. 化工管道以圆形截面居多,若以d表示管道内径,则: 质量流速与平均流速的关系为 或. 右图所示,设作用在上表面上的压力为P1（N）作用在下表面上的压力为P2（N）,液柱的重力为W,则得: 上式称为流体静力学基本方程式,表示静止流体内部压强的变化规律. 备注： 1.当液体内任一点z1上的压强p1有任何大小改变时,液体内部z2上的压强p2也有同样的改变.因此说当作用于液面上方的压强有任何大小改变时，液体内部各点上的压强也有同样的改变. 2.若z1 z2,则有p1 p2.因此,在静止的同一种连续液体内,处于同一水平面上各点的压强都相等. 备注: 连续流体中,流速与截面积成反比 连续性方程 即流速与管径的平方成反比. 若管路中有支管存在,则流体仍有连续性现象,总管内流体的质量流量应该是各支管内质量流量之和. 流体稳定流动时的能量衡算——柏努利方程 按照能量守恒及转