3.2流体流动的基本规律.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 容器间相对位置的计算 习题 流体输送设备所需功率的计算 Bernoulli方程的应用举例 Bernoulli方程的应用举例 * * 化 工 基 础 An Introduction to Chemical Industry and Engineering 流体静力学基本方程 根据用液柱表示压强的方法，p=h ?g，则在静止液面下面深度h处的压强为： （流体静力学方程） 描述静止流体内部压强的变化规律 ? h A B PB=PA+?gH PA=PB-?gH 在重力场中，静止流体内任一点的静压力的大小与液体的密度及该点的深度有关，与该点所在的水平位置及容器的形状无关。 在连续、静止的同一流体中，在同一水平面上，流体的静压力相等，这样的水平面称为等压面。 0 A B C D h ？ 液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部,此规律即物理学中的巴斯噶原理. 练 习 水 水 水 Q1:A1、A2、A3的压力是否相同？ 他们的大小顺序如何？ A1 A2 A3 B1 B2 B3 Q2:B1、B2、B3的压力是否相同？ C1 C2 C3 Q3:C1、C2、C3的压力是否相同？ Q4:D1、D2、D3的压力是否相同？ D1 D2 D3 A: A3A2A1 A: B3B2B1 A: C1C2=C3 A: D1=D2=D3 练 习 离H0为0.5m，油的密度?0为800 kg?m-3 ，水的密度?为1000 kg?m-3。如果要求油水分界面位于观察孔中心，则倒U型管顶部至观察孔中心的垂直距离H应为多少？设液体在器内的流动缓慢，可按静力学处理。而且油水易于分层，没有乳化界面。 H0 H 溢流 混合物 水 油和水的混合物在分离器内利用密度差异进行分离。油由上部的侧管溢流排走，水由底部的倒U型管排出。倒U型管顶部有平衡管与分离器顶部连通，使两处压力相等。油面至观察孔中心的距 练 习 乙炔发生器装有水封管,当器内压力过大时通过水封排气至安全处。要控制发生器内压力不超过12kPa（表压）。求水封管应插入水的深度H。 乙 炔 发 生 器 H 教学目的： 重点难点： 课 型： 3.2 流体流动的基本规律 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基础中的基本规律，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 3.2 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 m