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化工原理第一章管内流体流动的基本方程式2008
第一章
流体流动;【定义】单位时间内流过管道任一截面的流体量,称为流量。
【体积流量】若流量用体积来计量,称为体积流量qv;单位为:m3/s。
【质量流量】若流量用质量来计量,称为质量流量qm;单位:kg/s。
体积流量和质量流量的关系:;2、流速; 在工程计算中,为简便起见,常常希望用平均流速表征流体在该截面的流速。定义平均流速为流体的体积流量与管道截面积之比,即:;(3)质量流速 ;3、管径的估算 ;d;Date;(2)管径的确定;管材规格的三种表示方法;(3)公称直径( Dg )——近似内径的名义尺寸;公称直径的特点;(3)流速u的选定;管径的选择步骤;【例】今用一台水泵将水池中的水输送到一高位槽内,要求每小时输送10000kg,水的密度近似为1000kg/m3,试确定输水管的规格。;4、定态流动与非定态流动;Date;(2)非定态流动;Date;【定态与稳定态的区别】;在定态流动系统中,对直径不同的管段做物料衡算:;如果把这一关系推广到管路系统的任一截面,有: ;对于圆形管道:;1、流体流动的总能量衡算 ; 质量为m流体的位能 ;(4)静压能;水平、管径不变的管路;u1; 对于流动系统,由于在某一截面处流体具有一定的静压力,流体要通过该截面进入系统,就需要对流体做一定的功,以克服这个静压力。换句话说,进入截面后的流体,也就具有与此功相当的能量,这种能量称为静压能或流动功。 ; 质量为m、体积为V1的流体,通过1-1′截面所需的作用力F1=p1A1,流体推入管内所走的距离V1/A1,故与此功相当的静压能:;2、流体稳定流动过程中的机械能衡算式 ;丹尼尔.伯努力(Daniel Bernoulli)简介;(1)柏努利方程式表明理想流体在管内做稳定流动,没有外功加入时,任意截面上单位质量流体的总机械能即动能、位能、静压能之和为一常数。
即:1kg理想流体在各截面上的总机械能相等,但各种形式的机械能却不一定相等,可以相互转换。;H;(2)对于实际流体,在管路内流动时,应满足:
上游截面处的总机械能大于下游截面处的总机械能。 ;(4)当体系处于静止状态时: ;Date;(6)柏努利方程的不同形式;[m];(7)计算过程中,静压强项P可以用绝对压强值代入,也可以用表压强值代入。 ;四、柏努力方程的应用;(2)截面的选取; ①基准水平面的位置可以任意选取,但必须与地面平行;
②为了计算方便,通常取基准水平面通过衡算范围的两个截面中的任意一个截面;
③如衡算范围为水平管道,则基准水平面通过管道中心线,ΔZ=0。;(4)单位必须一致;【例】水平通风管道某处直径自300mm渐缩到200mm,在锥形接头两端各引出一个测压口与U型管压差计相通。用水作指示液,测得读数R=40mm。设空气流过锥形接头的阻力可以忽略,求锥形接头两端的空气流速分别是多少?(空气的密度为1.2kg/m3);(1)确定流体的流量
例:20℃的空气在直径为800mm的水平管流过,现于管路中接一文丘里管,如本题附图所示,文丘里管的上游接一水银U管压差计,在直径为20mm的喉径处接一细管,其下部插入水槽中。空气流入文丘里管的能量损失可忽略不计,当U管压差计读数R=25mm,h=0.5m时,试求此时空气的流量为多少m3/h?
当地大气压强为101.33×103Pa。;Date; 2)确定容器间的相对位置
例:如本题附图所示,密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中,高位槽中的液面维持恒定,塔内表压强为9.81×103Pa,进料量为5m3/h,连接
管直径为φ38×2.5mm,料液在连接
管??流动时的能量损失为30J/kg(不包
括出口的能量损失),试求高位槽内
液面应为比塔内的进料口高出多少?; 3)确定输送设备的有效功率
例:如图所示,用泵将河水打入洗涤塔中,喷淋下来后流入下水道,已知道管道内径均为0.1m,流量为84.82m3/h,水在塔前管路中流动的总摩擦损失(从管子口至喷头进入管子的阻力忽略不计)为10J/kg,喷头处的压强较塔内压强高0.02MPa,水从塔中流到下水道的阻力损失可忽略不计,泵的效率为65%,求泵所需的功率。
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