【精品】第一章 流体流动过程及 流体输送设备20.ppt

* * * * 第一章 流体流动过程及 流体输送设备 第一章 流体流动过程 第一节 概述 第二节 流体静力学基本方程式 第三节 流体流动的基本方程式 第四节 管内流体流动现象 第五节 管内流体流动的阻力 第六节 流量的测量 第七节 流体输送设备 * 本章主要内容： 1. 主要讨论流体处于相对静止和流动过程的基本原理和基本规律：流体静力学基本方程、连续性方程、机械能衡算方程、流动阻力及能量损失的计算； 2. 流体在输送系统中压强的变化与测量； 3. 输送管路设计与所需功率的计算； 4. 流量测量； 5. 输送设备的选型与操作； 6. 根据流体流动规律减小输送能耗，强化化工设备中传热、传质过程等。 * 第一节 概述 一. 流体质点与连续介质模型 流体 气体 液体 把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型。 流体微团（或流体质点）： 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质 * 二. 流体的特征 1．易流动性 当流体受到外部切向力作用时，易于变形而产生流动。 2．可压缩性 流体在外部温度和压力作用下，流体分子间的距离会发生一定的改变，表现为流体密度大小的变化。 工程上： 流体 可压缩流体 不可压缩流体 密度为常数 * 第二节 流体静力学基本方程式 一. 流体的热力学属性 二. 流体静力学基本方程式 三. 流体静力学基本方程式的讨论 四. 流体静力学基本方程式的应用 * 一. 流体的热力学属性 1．流体的密度 流体的密度—单位体积流体的质量。用?表示，属于物性。 获得方法：（1）查物性数据手册 影响因素：流体种类、浓度、温度、压力 （2）公式计算： 液体混合物： 气体： ----------理想气体状态方程 气体混合物： * 2．流体的压强及其表示方法 流体的压强—流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压力。 （1）压力单位 SI 制中， N/m2 = Pa，称为帕斯卡 （2）压力大小的两种表征方法 1 atm(标准大气压)＝1.013×105 Pa ＝760 mmHg ＝10.33 mH2O 表压＝绝对压力－当地大气压 真空度＝当地大气压－绝对压力 绝对压力 表压 * 二. 流体静力学基本方程式 流体所受到的力 质量力 表面力 如重力、离心力等，属于非接触性的力。 法向力 切向力 (剪力) (压力) 静止流体所受到的力 质量力 法向力 ---- 单位面积上的压力称为压强, 习惯上称为静压力。 ---- 重力场中单位质量流体所受 质量力,即为重力加速度。 * 图2-2 静力学基本 方程的推导 p1 p0 p2 G z2 z1 Z 0 z0 如图2-2所示：容器中盛有密度为?的静止液体。现从液体内部任意划出一底面积为A的垂直液柱。若以容器底部为基准水平面，液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别为z1和z2，以p1和p2分别表示高度为z1和z2处的压力，液面上方的压力为p0。 分析垂直方向上液柱的受力： 向上： p2A 向下： p1A G＝ ?gA (z1- z2) * 当液柱处于相对静止状态时，说明作用在此液柱上诸力的合力为零，即： p2A－ p1A － ?gA (z1- z2)＝0 化简得： p2 ＝ p1 ＋ ?g (z1- z2) (1) 或： p2－ p1 ?g = z1- z2 (2) 若液柱上表面取在液面上，令 z1- z2 = h，则上式可写为： p2 ＝ p0 ＋ ?g h (3) p2－ p0 ?g = h (4) 上述式子均称为流体静力学基本方程式。它反映了流体不受水平外力作用，只在重力作用下流体内部压力（压强）的变化规律。 * 1. 当容器液面上方的压力p0 一定时，静止液体内任一点压力的大小，与液体本身的密度 ?和该点距液面的深度 h 有关。因此，在静止的、连通的同一种液体内，处于同一水平面上的各点的压力都相等。此压力相等的面，称为等压面。 2. 当p0 改变时，液体内部各点的压力也将发生同样大小的改变— 帕斯卡原理。 3. 压力或压力差的大小可用液柱高度来表示。 4. 将(2)式移项整理得： = z1＋ z2＋ p1 ?g p2 ?g (5) 或 = z＋ 常数 p ?g 适用场合：绝对静止、连续、均质、不