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石油化工工程基础知识 ——系列清洗技术培训课程 化工原理 一、流体力学基本理论 （1）基本概念 ①流体的密度 ρ=m/v ﹙kg/m3﹚ ②流体的压力 р=F/A ﹙N/m2﹚ 压力对流体的密度影响很小，可忽略不计，故液体可视为不可压缩流体；温度对液体的密度有一定影响，在查阅密度时要注明温度条件。 ③流量：单位时间内流过管道任意界面的流体量。 流量常以体积流量Q和质量流量G表示。 ④流速：单位时间内流过的距离。 ⑤平均流速：在管截面中心处最大，越靠近管壁流速越小，在管壁处的流速为零。 （2）流体静力学基本方程 静止液体内任意两点满足静力学方程： H1 + P1/ρg= + P2/ρg P2 = P0 + ρg H H1 （3）管径的确定 对于圆形管道，管径可以由下式 d= 4Q πν 通常，由于流速的大小体现了操作费用的高低，而管径d的大小则体现了设备投资费用的多少，所以，对于较长的管道，两者要权衡考虑，以总费用最低为目标。 （4）管子壁厚的选择 管径确定后，管壁厚度应根据以下因素确定： ◇承受的压力 ◇材质 ◇操作温度 ◇输送介质 ◇使用周期 ◇工作压力 （5）稳态流动和不稳态流动 任一截面处的流速、流量和压力等物理参数是否随时间变化，确定流动状态。 对于圆形管道： v1 / v2 = (d2/d1)2 (6)伯努利方程式 mU1+mgH1+mv22+P1Q1+wm+qm =MU2+mgH2+mv2/2+P2Q2 H1+v2/2g+P1/ρg + He= H2+v2/2g+P2/ρg + Hf He-外加功 Hf-压头损失 注意： 总能量衡算中，动能、位能、压力能、外加功属于机械能；内能和热是非机械能。机械能和非机械能的区别是前者在流动过程中可以相互转化，既可以用于流体输送，也可以转变成热和内能；而后者不能直接转化为机械能用于流体的输送。 （7）圆管内流体压力损失的计算 雷诺数 测量管内流体流量时往往必须了解其流动状态、流速分布等。雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数。 流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。Re是一个无因次量。 式中的动力粘度η用运动粘度υ来代替，因η＝ρυ，则 式中： υ——流体的平均速度； l——流束的定型尺寸； ρ、η一一在工作状态；流体的运动粘度和动力粘度 ρ——被测流体密度； 由上式可知，雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。 ??? 用圆管传输流体，计算雷诺数时，定型尺寸一般取管道直径(D)，则 对于任意截面形状管道 用当量直径，都可按截面积的四倍和截面周长之比计算，因此，雷诺数的计算公式为： 数学模型为：Re=d·v·ρ/ μ或 Re=d·v/λ流速：v，管径d、密度ρ、黏度μ或λ 实验表明： 对于流体在管内的流动: （1）当Re 2000时，流动形态为层流； （2）当2000 Re 4000时，为过渡流； （3）当Re 4000时，为湍流状态。 雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。 在不同的流动状态下，流速的分布等都是不同的 因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。 因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。 光滑管道的雷诺数ReD与速度比V/Vmax的关系 1）沿程流动阻力损失 产生原因： 流体流经一定管径的直管时，由于摩擦力的作用而产生的阻力，造成沿程流动损失： Σhf = λ·ι/d ·v2/2g 式中： Σhf ——沿程流动损失(m) λ——摩阻系数，与雷诺数、管壁粗糙度有关，可通过实验测定，也可以计算求得，当流体处于层流时， λ= 64/Re ι——直管段长度（m) d ——管内径（m) v ——流体在管内的