[工学]化工原理流体流动1.ppt

例1：如图，一管路由两部分组成，一部分管内径为 40mm，另一部分管内径为80mm，流体为水。在管路 中的流量为13.57m3/h，两部分管上均有一测压点，测 压管之间连一个倒U型管 压差计，其间充以一定量 的空气。若两测压点所在 截面间的摩擦损失为 260mm水柱。求倒U型管 压差计中水柱的高度R为多少为mm? 4、管道内流体的内压强 求R 1、2两点间的压强差 伯努利方程式 解：取两测压点处分别为截面1-1’和截面2-2’，管道中心线为基准水平面。在截面1-1’和2-2’间列单位重量流体的伯努利方程。 式中： z1=0，z2=0 u已知 分析： 代入伯努利方程式： 因倒U型管中为空气，若不计空气质量，p3=p4=p 例2：水在本题附图所示的虹 吸管内作定态流动，管路直径没有 变化，水流经管路的能量损失可以 忽略不计，计算管内截面2-2’ ，3-3’ , 4-4’和5-5’处的压强，大气压强为 760mmHg，图中所标注的尺寸均以mm计。 分析： 求P 求u 柏努利方程 某截面的总机械能 理想流体 求各截面p 2 2’ 解：在水槽水面1－1’及管出口内侧截面6－6’间列柏努 利方程式，并以6－6’截面为基准水平面 式中： P1=P6=0（表压） u1≈0 代入柏努利方程式 2 2’ u6=4.43m/s u2=u3=……=u6=4.43m/s 取截面2-2’基准水平面 , z1=3m ，P1=760mmHg=101330Pa 对于各截面压强的计算，仍以2-2’为基准水平面，Z2=0， Z3=3m ，Z4=3.5m，Z5=3m （1）截面2-2’压强 （2）截面3-3’压强 （3）截面4-4’ 压强 （4）截面5-5’ 压强 从计算结果可见：P2P3P4 ，而P4P5P6，这是由于流 体在管内流动时，位能和静压能相互转换的结果。 2 2’ 在φ45×3mm的管路上装一文丘里管，文丘里管上游接一压强表，其读数为137.5kPa，管内水的流速u1=1.3m/s，文丘里管的喉径为10mm，文丘里管喉部一内径为15mm的玻璃管，玻璃管下端插入水池中，池内水面到管中心线的垂直距离为3m，若将水视为理想流体，试判断池中水能否被吸入管中？ 若能吸入，再求每小时吸入的 水量为多少m3/h？ 5、流向的判断 分析： 判断流向 求p ？ 伯努利方程 解：在管路上选1-1’和2-2’截 面，并取3-3’截面为基准水平面 设支管中水为静止状态。在1-1’截面和2-2’截面间列伯努利方程： 比较总机械能 式中： ∴2-2’截面的总机械能为 3-3’截面的总机械能为 ∴3-3’截面的总机械能大于2-2’截面的总机械能，水能被吸入管路中。 求每小时从池中吸入的水量 求管中流速u 在池面与玻璃管出口内侧间列伯努利方程式： 伯努利方程 式中： 代入伯努利方程中 ： * * 1.4.2 能量守恒——柏努利方程Bernoulli’s Equation 一、总能量衡算(Overall Energy Balance) 定态流动系统，流体从1-1′截面流入，2-2′截面流出 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 （1）热力学能(intrinsic energy) 贮存于物质内部的能量 设1kg流体具有的热力学能为U，单位J/kg （2）位能 (Potential energy) 流体受重力作用在不同高度所具有的能量 将质量为m kg的流体自基准水平面0-0′升举到z处所做的功，即为位能 位能=mgz 1kg的流体所具有的位能为zg，单位J/kg 1kg的流体所具有的动能为 ，单位J/kg （3）动能(Kinetic energy) 流体以一定速度流动，便具有动能，由静止加速到u所需的功 动能= 流体静压力的示意图 在静止流体内部和流动着的流体内部，任一处都有静压力 上升的液柱高度即是管内该截面处液体静压力的表现 （4）静压能( Statical pressure energy） l A V 质量m、体积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为： 1kg的流体所具有的静压能为 单位：J/kg （5）热(heat) 若管路中有加热器、冷却器等，流体通过时必与之换热。设换热器向1kg流体提供的热量为Qe，单位J/kg 流体吸入热量时Qe为正，放出热量时Qe为负 （6）功(work) 　　在流动系统中，还