[工学]化工原理南京理工大学01流体流动2_流体动力学.ppt

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[工学]化工原理南京理工大学01流体流动2_流体动力学

化工原理(上) 第一章 流体流动 ——(2)流体动力学 1.2 流体动力学 1.2.1 流体的流量与流速 1.2.2 稳定流动与不稳定流动 1.2.3 稳定流动系统的质量守恒 ——连续性方程 1.2.4 稳定流动系统的能量守恒 ——柏努利方程 1.2.1 流体的流量与流速 一、流量 1. 体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。 VS = V/t —— m3/s 或 Vh = V/t ——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。 wS = w/t ——kg/s或kg/h。 两流量间关系: 二、流速 1. 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。 2. 质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。 三、管径的估算 1.2.2 稳定流动与不稳定流动 不稳定流动: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。 稳定流动: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; 1.2.3 稳定流动系统的质量守恒 ——连续性方程 1.2.4 稳定流动系统的能量守恒 ——柏努利方程 一、总能量衡算 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 二、实际流体的机械能衡算 (2)理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数,即 五、柏努利方程的应用 南京理工大学化工学院化学工程系 南京理工大学化工学院化学工程系 (1) m/s (2) kg/(m2·s) 流量与流速的关系: (3) (4) 对于圆形管道: 流量VS由生产确定。 流速选择: ↑→ 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 稳定流动系统 任意截面 ——连续性方程 1 1? 2? 2 (5) 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 。 (6) (7) 例1 如附图所示,管路由一段φ89×4.5mm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9×10-3m3/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)内能 贮存于物质内部的能量。 1kg流体具有的内能为U(J/kg)。 (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 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 qe (J/kg)。 (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)。 能量守恒 (8) 假设 流体不可压缩,则 (1) 以单位质量流体为基准 Σhf:1kg流体损失的机械能为(J/kg) 式中各项单位为J/kg。 (9) (2)以单位重量流体为基准 (10) 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 式中各项单位为 (11) ——压强损失 理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。 (12) (13) ——柏努利方程式 三、理想流体的机械能衡算 (1)若流体处于静止,u=0,Σhf=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 。 四、柏努利方程的讨论 We、ΣWf ——在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量。 (3)zg、 、 ——某截面上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能 ; 有效功率 : 轴功率 : (4)柏努利方程式适用于不可压缩性流体。 对于可压缩性流体,当 时,仍可用该方程计算,但

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