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水及一般液体 1~3 m/s * 返回 北京化工大学化工原理电子课件 返回 北京化工大学化工原理电子课件 * 1.2 流体动力学 1.2.1 流体的流量与流速 1.2.2 定态流动与非定态流动 1.2.3 定态流动系统的质量守恒 ——连续性方程 1.2.4 定态流动系统的能量守恒 ——柏努利方程 * 1.2 流体动力学 1. 体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。 VS——m3/s或m3/h 2.质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。 mS——kg/s或kg/h。 二者关系： 一、流量 1.2.1 流体的流量与流速 * 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/（m2·s） 流量与流速的关系： m/s * 对于圆形管道： 流量VS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 * 1.2.2 定态流动与非定态流动 定态流动：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； 非定态流动：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。 * 1.2.3 定态流动系统的质量守恒——连续性方程 对于定态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下： 推广至任意截面 ——连续性方程 1 1? 2? 2 * 不可压缩性流体， 圆形管道 ： 即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比 。 * 例1-3 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。 3a 1 2 3b * 1.2.4 定态流动系统的能量守恒——柏努利方程 一、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′截面以及管内壁所围成 的空间 衡算基准：1kg流体 基准面：0-0′水平面 （2）位能 流体受重力作用在不同高度所具有的能量。 1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。 * （3）动能 1kg的流体所具有的动能为 (J/kg) （4）静压能 静压能= 1kg的流体所具有的静压能为 (J/kg) （5）热 设换热器向1kg流体提供的热量为 (J/kg)。 l A V * （6）外功(有效功) 1kg流体从流体输送机械所获得的能量为We (J/kg)。 以上能量形式可分为两类： 机械能：位能、动能、静压能及外功，可用于输 送流体； 内能与热：不能直接转变为输送流体的能量。 * 2．实际流体的机械能衡算 假设 流体不可压缩， 则 流动系统无热交换，则 流体温度不变， 则 (1) 以单位质量流体为基准 设1kg流体损失的能量为ΣWf（J/kg），有： (1) 式中各项单位为J/kg。 并且实际流体流动时有能量损失。 * （2）以单位重量流体为基准 将(1)式各项同除重力加速度g : 令 则 （2） 式中各项单位为 * z ——位压头 ——动压头 He——外加压头或有效压头。 ——静压头 总压头 Σhf——压头损失 * （3）以单位体积流体为基准 将(1)式各项同乘以 : 式中各项单位为 （3） ——压力损失 * 3．理想流体的机械能衡算 理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。 （4） （5） ——柏努利方程式 * 4. 柏努利方程的讨论 （1）若流体处于静止，u=0，ΣWf=0，We=0，则柏努利方程变为 说明柏努利方程即表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律 。 （2）理想流体在流动过程