第3章 流体的流动过程及流体输送设备精选.doc

第3章 流体的流动过程及流体输送设备3.1 基本的基本性质 研究流体的流动和输送主要解决以下问题: ①确定输送流体所需管径。管径由生产任务及被输送流体在流动过程的物料和能量衡算决定； ②确定输送流体所需能量和设备。根据流体的性质、输送的距离和管路阻力等，计算所需的能量，选择合适的输送设备； ③流体性能参数的测量和控制。监控生产过程，准确而及时地测量流体流动时的各参数，选用可靠而准确的测量和控制仪表； ④研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供依据。观察流动形态，选用合适设备； ⑤了解输送设备的工作原理和性能，正确使用输送设备。 1．密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，表达式为： ρ=m/V 流体的密度随温度和压力的变化而变化。压力对液体的密度影响很小，故常将液体称为不可压缩流体。 气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度有较大的变化。在温度不太低和压力不太高时，气体密度近似用理想气体状态方程计算，即： =pM/RT 在生产中遇到的流体，往往是混合物。对液体混合物，各组分的浓度用质量分数表示。设各组分在混合前后其体积不变，则混合物的体积应等于各组分单独存在时的体积之和，即 1/m＝w1／1＋w2／2＋…＋wn／n 2.压力 流体垂直作用于单位面积上的力称为压力，又称为流体的压力或压强，表达式为： P =F／A 压力的单位Pa(Pascal，帕)，即N·m-2， kg·m-1·S-2。 单位换算：l atm＝760mmHg＝1.01325×105Pa＝10.33mH2O＝1.033kgf·㎝-2 压力有两种不同的表达方式。一是绝对压力：以绝对零压为起点而计量的压力； 另一是表压或真空度：以大气压力为基准而计量的压力。 当被测容器的压力高于大气压时，所测压力称为表压，当测容器的压力低于大气压时(工程上称为负压)，所测压力称为真空度。 压力的换算关系：表压=绝对压力-大气压力 真空度＝大气压力-绝对压力 3．流量和流速 流量：单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体积流量，以符号qv表示，单位为m3·s-1； 若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号qm表示，其单位为kg·s-1。 若流体量用物质的量表示，称为摩尔流量，以符号qn表示，其单位为mol·s-1。 体积流量和质量流量的关系为： qm=qV 质量流量与摩尔流量的关系为： qm＝Mqn 流速：单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的距离，称为流体的流速，以u表示，单位为 m·s-1。 流速是指流道整个截面上的平均流速，以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值表示： u=qV／S 流速的分布：由于流体本身的粘滞性以及流体与管壁之间存在摩擦力，所以流体在管道内同一截面上各点的流速是不相同的。管道中心流速最大，离管中心越远，流速越小，在紧靠管壁处，流速为零。 工业上流速范围大致为：液体1.5—3.0m·s-1，高粘度液体0.5～1.0 m·s-1；气体10～20 m·s-1，高压气体15～25 m·s-1；饱和水蒸气20—40 m·s-1，过热水蒸气30—50 m·s-1。 ．粘度 粘性是流体内部摩擦力的表现，粘度是衡量流体粘性大小的物理量，是流体的重要参数之一。流体的粘度越大，其流动性就越小。 实验证明，对于一定的液体，内摩擦力F与两流体层间的速度差u呈正比，与两层间的接触面积A呈正比，而与两层间的垂直距离y呈反比，即： F ∝ (u/y)A 引入比例系数，则：F＝(u/y)A 内摩擦力F的方向与作用面平行。单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以τ表示，则有： ＝F／A＝(u/y) 当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是直线关系，而是曲线关系，则有： ＝(du/dy) du/dy——与流动方向相垂直的y方向上流体速度的变化率 ——比例系数，亦称为粘性系数，简称粘度。 上式称为牛顿粘性定律。凡符合牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，所有气体和大多数液体都属于牛顿型流体。反之，为非牛顿型流体，如某些高分子溶液、胶体溶液及泥浆等。 液体的粘度随着温度的升高而减小，气体的粘度随着温度的升高而增加。压力变化时，液体的粘度基本上不变，气体的粘度随压力的增加而增加得很少。 粘度的单位为： []=[/(du/dy)]=(N·m-2)/(