流体输送技术1讲解

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1、流体输送技术 （一） 流体输送技术 概 述 1、了解流体的基本性质、液体与气体的异 同、流体静止与流动的特性、流体输送机 械的结构与工作原理等。 2、理解流体各物理量的概念及影响、流体 基本方程的意义。 3、掌握流体力学基本计算方法、化工管路 拆装方法等。 学习目标 一、一、流体力学基础 流体输送技术 概 述 二、二、 液体输送机械 内容内容 三、三、 气体的压缩和输送机械 1、什么是流体？ 2、你理解的流体是如何从低处送到高处的？ 或者是从甲地送到乙地的？比如自来水等 。 问题 任务一、 流体力学基础 一、流体的主要物理量 二、流体静力学 三、流体动力学 流体 液体和气体无一定形状，具有流动

2、 性，统称为流体。 液体力学 气体力学 从 研 究 对 象 分 流体静力学 流体动力学 从 研 究 内 容 分 从 研 究 方 法 分 理论流体力学 实验流体力学 流体力学研究流体平衡和运动规律的科学 任务一、流体力学基础 密度：单位体积流体的质量 符号“”， 单位：kg/m3 均质流体： 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 1).液体的密度 液体温度升高，其体积变大，则密度变小，因此， 选用和计算密度时，要注明温度。 例如查表P305表一，水在摄氏0度、20度和100度 时的密度。 相对密度：指物质在一定温度

3、下的密度与参考物质 密度之比，用符号d表示 d = / 0 0为纯水在277K时的密度(1000kg/m3) 故若知道d, 则 = d 0 = 1000 d 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 1).液体的密度 相对密度d的测定工业上经常用密度计，将其放入液体所 示的读数就是它的相对密度。P24例2-1。 常见液体密度可通过查表得到。 若不考虑液体体积的变化，混合液体的密度的近似值为： i混合液体中各种液体的质量百分比，% i气体或液体混合物中各组分的密度，m3 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 1).液体的密度 练习： 子任务二、流体的主要物

4、理量 1.密度 2).气体的密度 气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随温度和压力的变 化而变化，因此气体的密度是限定了温度和压强下的密度 。常见气体密度可从手册查到。 气体的相对密度是在标准状态下（温度273K, 压强 101.3kPa), 该气体密度与干燥空气密度之比。 干燥空气标况下密度为1.293kg/m3。 若氨气的相对密度为0.596, 则其密度为多少？ 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 1).气体的密度 在通常温度和压力下（温度不太高，压力不太大）气体密 度可近似用理想气体状态方程求得： pV = nRT = (m/M)RT 整理得：= pM/RT P 气

5、体压力，kPa; T气体温度，K; M气体的摩尔质量，kg/kmol; R摩尔气体常数，8.314kJ/(kmolK) 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 1).气体的密度 混合气体的密度 = pM均/RT M均 = M1y1 + M2y2 + M3y3 + + Mnyn Mn气体各组分的摩尔质量， kg/kmol K; yn气体各组分的摩尔分数(体积分数); 例题2-2 练习：P74页9题。 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 1.密度 1).气体的密度 混合气体的密度 任务一、流体力学基础 i混合气体中各种气体的体积百分比,%； i气体或混合物中各组分

6、的密度，m3； 子任务二、流体的主要物理量 2.比体积(比容) 单位质量流体的体积, 符号，单位m3/kg 流体的比体积， m3/kg; V 流体的体积; m 流体的质量; 流体的比体积与密度互为倒数。 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 3.粘度 定义：粘性：流体在运动中，由于分子间的动量交换和分子 间的作用力会引起内摩擦阻力，这种性质称为流体的粘性 。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。用符号表示。 单位：法定单位制中，单位为帕秒，符号Pa s。 1 Pa s =1 Ns/m2; 特性：粘度是流体的物理性质之一。黏度的大小实际上反映 了流体流动时内摩擦力的大小，流体的黏度越大

7、，流体流 动时内摩擦力越大，流体的流动阻力越大。 任务一、流体力学基础 子任务二、流体的主要物理量 3.粘度 液体的黏度随温度升高而减小，气体的黏度则随温度 升高而增大。 压强变化时，液体的黏度基本不变；气体的黏度随压 强的增加而增加的很少，故可忽略。 任务一、流体力学基础 在物理单位制中常用P(泊)或cP（厘泊）表示，它们 的换算关系为 1Pas =10P=1000cP=1000mPas 或 1cP=1mPas 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 定义：流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的静压强， 简称为压强或压力，以符号p表示。若以F（N）表示 流体垂直作用在面积A(m2)上的力，则

8、任务一、流体力学基础 单位：压强的单位是m，也称为帕斯卡(a)。其他 倍数单位，如：a（兆帕）、ka(千帕)、ma(毫帕 )，它们的换算关系为 1a103ka106a109ma 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 工程上压强的大小也常以流体柱高度表示，如米水柱 （mH2O）和毫米汞柱（mmHg）等。若流体的密度 为，则夜柱高度h与压强p的关系为： P = gh 或 h = P /g 任务一、流体力学基础 用液柱高度表示压强时，必须注明流体的名称， 如10mH2O、760mmHg等。 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 流体静压强的单位，除采用法定计量单位制中规定的 压强单位a外，有时还采用

9、历史上沿用的atm（标准 大气压）、at（工程大气压）、kgfcm2等压强单 位，它们之间的换算关系为： 任务一、流体力学基础 1atm1.033kgf/cm2760mmHg10.33mH2O 1.0133105Pa 1at1kgfcm2735.6mmHg10mH2O 9.807104Pa 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 工业上测量压力的仪表成为压力计或压力表。压力表 上的压力数值并不是流体的真实压力，而是流体的真 实压力与大气压力之差。 任务一、流体力学基础 以绝对真空为基准测得的压强称为绝对压强，简称绝 压，它是流体的真实压力。 从压力表读出的压力值称为表压力，简称表压。 绝对压强=

10、大气压强表压强 或 表压强=绝对压强大气压强 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 若所测压力低于大气压力，则用真空表测量。真空表 的读数为真空度。而是大气压力与流体的真实压力之 差。 任务一、流体力学基础 绝对压强=大气压强真空度 或 真空度=大气压强绝对压强 显然,设备内流体的绝对压强愈低，则它的真空度就 愈高，真空度的最大值等于大气压。 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 绝对压强、表压强与真空度之间的关系，可以用图表示： 任务一、流体力学基础 压力高于 大气压时 压力低于 大气压时 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 任务一、流体力学基础 应当指出，大气压强不是固定不变的，它随大气

11、的温度 、湿度和海拔高度而变化，计算时应以当时当地气压计 上的读数为准。 另外为了避免绝对压强、表压强和真空度三者相互混淆 ，对表压强和真空度均加以标注，如200kPa(表压)、 53kPa(真空度)。 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 练习 任务一、流体力学基础 1、压力计读数为200kPa，若大气压力为00kPa， 则设备内流体的绝对压力为（ ）kPa。 2、所测真空度为60kPa，若大气压力101kPa， 则设备内流体的绝对压力为（ ）kPa。 子任务二、流体的主要物理量 4.压力 练习 任务一、流体力学基础 某精馏塔塔顶操作压强须保持5332Pa绝对压强。试 求塔顶真空计应控制在多

12、少Pa？若（1）当时当地气 压计读数为1atm；（2）当时当地气压计读数为 102.6kPa。 作业：P74页5、6、7题 二、流体静力学 1.流体静力学基本方程式 静止的流体在重力和压力作用下达到静力平衡，在静止的 流体中，任取一个垂直于容器底的长方形液柱分析： 任务一、流体力学基础 压力平衡得 ： 化简得 ： 将液柱上端面取 在液面上 它表明了静止流体内部压强变化的规律。 二、流体静力学 1.流体静力学基本方程式 任务一、流体力学基础 讨论： （1）在静止的液体中，液体任一点的压强与液体的密度和深度有关 。液体密度越大，深度越大，则该点的压强越大。 （2）在静止的、连续的同一种液体内，处于

13、同一水平面上各点的压 强均相等。此压强相等的面称为等压面。 （3）当液面上方的压强或液体内部任一点的压强有变化时，液体内 部各点的压强也发生同样大小的变化。 静力学基本方程式是以液体为例推导出来的，也适用于气体。 静力学基本方程式只能用于静止的连通着的同一种流体内部，因为 他们是根据静止的同一种连续的液柱导出的 二、流体静力学 1.流体静力学基本方程式 任务一、流体力学基础 练习： 储罐内装有相对密度为0.88的液体，深度为3m，假设液面 上的压力为100kPa，问距离液面1.5m处及储罐底的压力各 是多少？ 练习：P27页看图回答问题 P75页13-17题 二、流体静力学 1.流体静力学基本

14、方程式 任务一、流体力学基础 练习： 附图所示的开口容器内盛有油 和水。油层高度h1=0.7m、密度 1=800kg/m3 ，水层高度（指 油水分界面与小孔的距离） h2=0.6m密度2=1000kg/m3。 (1)判断下列两关系是否成立， 即pA=pA, pB= pB；(2)计算水在 玻璃管内的高度h。 解：(1) 判断下列两关系是否 成立：因为及两点在静止 的连通着的同一流体内，并在 同一水平线上，所以pA=pA关 系可以成立。因为B和B两点 虽在静止流体的同一水平面上 ，但不是连通的同一流体，所 以pB=pB的关系不能成立。 二、流体静力学 1.流体静力学基本方程式 任务一、流体力学基础

15、 二、流体静力学 1.流体静力学基本方程式 任务一、流体力学基础 解： (2) 计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知pA=pA 而pA与pA都可以用流体静力学方程计 算,即 pA=p大气压+1gh1+2gh2 pA=p大气压+2gh 于是: p大气压+1gh1+2gh2=p大气压2gh 简化上式并将已知值代入，得： 8000.710000.6=1000h 解得: h=1.16 m 二、流体静力学 2.流体静力学基本方程式的应用 任务一、流体力学基础 流体静力学基本方程应用广泛如：水压机、油压千斤顶等，尤其在以下 几方面： 1).测量流体压强 U形管压差计是液柱式测 压计中最普通的一种，其 结构如图所示。 二、流体静力学 2.流体静力学基本方程式的应用 任务一、流体力学基础 1).测量流体压强 U形管测压计的工作原理 据 静 力 学 方 程 式 若被测流体是气体， 由于气体的密度要比 液体的密度小得多: 二、流体静力学 2.流体静力学基本方程式的应用 任务一、流体力学基础 1).测量流体压强 由上式可看出：所测 压差与液柱高度(h)、 指示液和所测液的密 度有关。 液体 气体 二、流体静力学 2.流体静力学基本方程式的应用 任务一、流体力学基础 1).测量流体压强 表压强真空度 U形管测压计经常用于测定表压强和真空度 练习：如图，若被