化工原理1.3-1.4流体流动概述及流动规律课件解读.ppt

定态流动(steady state): 一、流体定态流动过程的物料衡算 ——连续性方程 依据：质量守恒定律 前提：1、充满导管作定态流动 2、没有累积或泄漏 导出： 例: 如附图所示，管路由一段φ89×4mm 的管1、一段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm 的分支管3a及3b连接而成。若水以9×10-3m/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。 二、流体定态流动过程的能量衡算 流体流动时所具有的机械能： 2、实际流体流动过程的能量衡算 实际流体的Bernoulli方程 3、Bernoulli方程的应用 Bernoulli方程在工程上用以计算流体的流速或流量、流体输送所需的压头和功率以及有关流体流动方面的问题。 例1 设备间相对位置的计算 习题 流体输送设备所需功率的计算 例1-12 计算输送机械的有效功率 计算流体的输送量 Bernoulli方程的应用举例 * * 教学目的： 重点难点： 课 型： 1.3-1.4 流体流动概述及流动规律 根据物料衡算和能量衡算推导出连续性方程和柏努利方程，进一步理解绪论中提出的化工中的基本规律，并讨论它们在实际生产中的应用。 连续性方程和柏努利方程及其应用 理论知识课 流体流动的系统中，任一截面上流体的流速、压力、密度等有关物理量仅随位置而改变，但 进水 溢流 υ =υ NOTE：连续操作的化工生产中大多数流动属于定态流动。 恒位槽 不 随时间而改变。 空白 空白 1.3 流体流动的基本规律 非定态流动(non-steady state) =f(t) 流动过程中任一 截面上流体的性质（如密度、粘度等）和流动参数（如流速、压强等）随时间而改变。 NOTE:非定态流动时，若流动参数随时间呈规律性的变化，在求算时用微分式子表达，用积分法求解。 υ 截面1 截面2 qm1=qm2 （连续性方程） 分支管路：总管中的质量流量为各支管质量流量之和。 q m=q v ? ? =S ? u ?? S1 ? u1 ? ?1 =S2 ?u2 ? ?2 对不可压缩性流体： ?1 = ?2 总管 支管1 支管2 （圆管） 1 2 3b 3a 附图 解： 管1的内径为 则水在管1中的流速为 管2的内径为 则水在管2中的流速为 又水在分支管路3a、3b中的流量相等，则有 即水在管3a和3b中的流速为 管3a及3b的内径为 E动=1/2 m?u2 E位=mgZ 位能(potential energy): [J] 动能(energy of motion): [J] 压力能(static energy): [J] 质量为m、体积为V1的流体，通过1截面所需的作用力F1=P1A1，流体推入管内所走的距离V1/A1，故与此功相当的压力能 压力能 = 1kg的流体所具有的静压能为 ，其单位为J/kg。 1 内能(internal energy): 是流体内部大量分子运动所具有的内动能和分子间相互作用力而形成的内位能的总和。 内能数值的大小随流体的温度和比容的变化而变化。 设1kg流体具有的内能为U，其单位为J/kg 理想流体(ideal fluid)： 是指不具有粘度，因而流动时不产生摩擦阻力的流体。 理想液体：不可压缩、受热不膨胀 理想气体：符合理想气体方程 pV=nRT 1、理想流体能量衡算 若流动过程中没有热量输入，其温度和内能没有变化，则理想流体流动时的能量衡算可以只考虑机械能之间的相互转换。 截面1 截面2 依据：能量守恒定律 E1=E2 根据连续性方程： m1 = m2 理想流体的柏努利(Bernoulli)公式 理想流体 [J] [J?kg-1] [m液柱] 空 对于不可压缩性流体： ?1= ?2 理想流体能量衡算 工程上将单位重力的流体所具有的各种形式的能量统称 为压头(head)。 Z 位压头(potential head)； u2/2g 动压头(dynamic head)； p/?g 压力头(static head) Bernoulli方程的物理意义 1、理想流体在导管中作定态流动时，导管任一截面的总能量或总压头为 一常数。 2、能量在不同形式间可以相互转化，当某一形式的压头的数值因条件而发生变化时，相应地引起其他压头的数值的变化。 结论：流体的流动过程实质上是能量的转化过程。 流体得以流动的必要条件是系统两端有压强差