第二章流体的流动和输送.pptVIP

§1 一些基本概念 流体：气态或液态下的物料称为流体。 流体的密度 密度（ρ）：在均质流体中，单位体积流体的质量。 相对密度（d） 给定条件下某一物质的密度ρ1与另一参考物质的密度p2之比。当参考物质是水时，其值相当于以往使用的物理量“比重” 流体的压强(P) 力的SI单位：1N＝1kg·m·s-2 压强的表示 表压＝绝对压强－大气压强 P表＝P绝－P大 流量 流量（q）：单位时间内流过导管任一截面的流体的量。 体积流量(qv)：m3·s-1，m3·min-1，m3·h-1 质量流量(qm)：Kg·s-1，kg·min-1，kg·h-1 摩尔流量(qn): kmol·s-1 ， kmol·min-1，kmol·h-1 转换： qm =qv*ρ qm =qn*M 流速(u) 在单位时间内流体质点在导管中流过的距离。 通常所说的流速是指整个管道横截面积上流体的平均流速。单位：m·s-1。 管径的初选 一般情况下可根据常用的流体流速来选择管径。 稳态（稳定，定常态）流动和非稳态（不稳定，非定常态）流动 流体流动中若任一截面上流体的性质和流动参数不随时间而改变，则此种流动称为稳态流动（稳定流动，定常态流动）。 §2 流体静力学 向下的力： 薄层顶面的总压力+薄层流体的重力 (p+dp) S+ρgSdz ρgSdz+(p+dp)×S＝p×S 化简，得： dp =－ρg dz 积分（密度看成常数，）： 讨论 1、液面上方压强大小一定时，静止液体内部任一点压强的大小与流体本身的密度和该点距液面的深度有关。因此在静止的流通的同一液体处，处于同一水平面上各点的压强都相等。 2、液面上方的压强变化时，液体内部各点的压强也发生同样大小的改变。 3、压强差的大小可以用一定高度差的液体柱来表示。必须注明液体种类。 流体静力学方程的应用 同一流体内，ZA＝ZA‘时，PA＝PA’， 因此：PA＝P1+（Z+R）ρg ＝PA’＝P2+Zρg+Rρ0g P1-P2＝（ρ0－ρ）Rg 当ρ很小时ρ0ρ 则有： P1-P2 ＝ρ0Rg 微差压差计 P1-P2＝（ρA－ρC）gR §3 流体稳态流动的衡算 qm,1=qm,2=常数 ρ1u1S1=ρ2u2S2=常数 不可压缩性流体： u1S1=u2S2=常数 qV,1=qV,2=常数 圆形管道 2 柏努利方程 (Bernoulli) 位能：mgZ（J，kg·m2·s-2） 动能：mu2/2(J) 静压能： F×L=(P×S)(V/S)=PV (J) 内能：mU（J） 流体流动的能量衡算 理想液体（内能不变） : E1＝E2 (∵ V＝m/ρ, ∴ V1=V2 ) E1＝mgZ1+1/2 mu12+ P1V →qmgZ1+1/2 qmu12+ P1qV E2＝mgZ2+1/2 mu22+ P2V →qmgZ2+1/2 qmu22+ P2qV 说明 几点说明： 压头 ：工程上将单位重量流体所具有的能量形式 ，Z－位压头，u2/2g－动压头，P/ρg－静压头。 理想气体，在压强差不大，气体密度变化不大时，可用柏努利方程进行近似计算，气体的密度为平均密度。 当外界有能量输入时，如在1－2之间有泵对流体施加能量时，有： Σhf—单位重量流体在流动过程中因克服摩擦阻力而消耗的功，压头损失，m。 Σhf’—单位质量流体在流动过程中因克服摩擦阻力而消耗的功，J·kg-1 。 截面的选取：垂直于流体流动方向 ，流体在两截面间连续，两截面应在机、泵的两侧；截面上的已知条件充分。 基准面的选取：一般以最低面为基准面，标高为0 。 两截面的面积相差很大时，（S1S2）则S1处的动压头项（流速）可以忽略。 两截面间若有支管，则不能直接应用柏努利方程。 两截面间允许有急变流，但截面处不允许有急变流。 例题： 某化工厂用泵将地面上储液槽中的碱液输送至吸收塔顶，经喷嘴喷出。泵的进口管为Φ108mm×4.5mm的钢管，碱液在泵的进口管中的流速为1.5m/s。出口管为Φ76mm×2.5mm的钢管。储液槽中碱液深度为1.5m。槽底到塔顶喷嘴的垂直距离为20m。碱液流经所有管路的总摩擦阻力为29.43 J/kg，喷嘴处的压强为3.04×104Pa（表压），碱液的密度为1100kg/m3。试求单位质量流体从输送机械所获得的有效功和泵所做的有效功率。 解： u2=u1’(d1/d2)2 =1.5× Ne＝He’qm＝He’qVρ＝He’· ·d12u1’ρ ＝242.8×0.785×0.0992×1.5×1100 ＝3.083(KW) 柏努利方程的应用 确定容器的相对位置 确定送料用压缩空气的压力