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1、流体的流动及输送,你遇到过的流体问题,U型管压差计,虹吸问题,第一章 流体的流动及输送,第一节 流体的流动规律 第二节 流体输送过程 第三节 流体输送设备,第一章 流体的流动及输送,第一节 流体的流动规律,流体静力学方程 流体的连续性方程 流体动力学方程 牛顿粘滞性定律,第一节 流体的流动规律,流体静力学方程,条件：静止连续(联通)的一种流体,表压(gauge pressure)和真空度( vacuum ),压力大气压时 表压绝对压力大气压,压力B时,均为静力学方程的推论可直接使用,液封,流量 体积流量qV 、质量流量qm,第一节 流体的流动规律 流体的连续性方程,流体流动过程中，单位时间内流
2、过导管任意横截面的流体的体积称流量或体积流量（m3 s-1）； 质量流量： qm = qV（kg s-1）； 定态：体系内任意点处的相关性质均不随时间改变，这种状态称为定态（如稳定流动）。,(平均)流速,不可压缩流体,第一节 流体的流动规律 流体的连续性方程,圆形导管,条件：连续定态流动,衡算的方法,净流入体系的量=体系内的变化量,孤立体系：,体系内的变化量=0,定态流动： 净流入体系的量=0,守恒量的衡算通式,对划定的区域将出入的各股物流的某种容量性质分别计算并比较称为衡算。,第一节 流体的流动规律 伯努利(Bernoulli)方程,条件：连续定态流动，无摩擦损耗，无输送机械做功,如何证明,
3、伯努利方程的物理意义,动压头(dynamic head)：单位重量的流体所具有的动能； 静压头(static head): 单位重量流体的静压能(pressure energy)。 伯努利方程是用压头表示的能量守恒与转化。 压头损失Hf ：单位重量流体因摩擦损失的机械能，m； 扬程He：输送机械对单位重量的流体所补充的能量，m。,位压头,静压头,动压头,m,修正的伯努利方程,定义 压力降,以上均称为 流体动力学方程,流体动力学方程注意事项,1.根据题意画出流动系统示意图，明确流体的流动方向； 2.不可压缩流体，连续定态流动（无急变流动）； 3.无分支管路； 4.区分有无阻力和输送机械作功； 5
4、.截面的选取，垂直于流动方向。,化工中更多的流体问题,化工中更多的流体问题,例2 用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽和反应器均与大气连通，要求料液在管内以1m/s的速度流动。设料液在管内流动时的能量损失为2J/kg，试求高位槽的液面应比虹吸管的出口高出多少？,第一节 流体的流动规律 牛顿粘滞性定律,:称为剪应力，du/dy:速度梯度，:粘度(Pas),流体输送,第二节 流体输送过程,管内流体的流动型态 管内流体流动的沿程阻力 管件的局部阻力 管路计算,第二节 流体输送过程,管内流体的流动型态,第二节 流体输送过程,管内流体的流动型态 流动型态 层流 湍流物理图像速度分布,例1分析圆管中层流时
5、管壁处的剪应力0 。,湍流流体的速度分布,第二节 流体输送过程 管内流体的流动型态,流动型态的判据定义： 称雷诺(Reynolds)准数,当 Re2000时为稳定的层流 当 Re4000时为稳定的湍流 当 2000Re4000时为过渡状态,第二节 流体输送过程 管内流体流动的沿程阻力,圆管沿程阻力损失通式,其中 称为摩擦系数,第二节 流体输送过程 管内流体流动的沿程阻力,层流时的摩擦系数,层流时的沿程阻力与流速的一次方成正比,乌氏粘度计原理,湍流阻力损失与量纲分析 数学模型方法 量纲分析法雷莱(Rylegh)指数法 1.将各物理量的量纲代入原关系式中； 2.对各基本物理量的指数列方程并解之；
6、3.将结果代回原关系式中。,第二节 流体输送过程 管内流体流动的沿程阻力,其中： 称为粗糙度,湍流阻力损失与量纲分析 常用关联式 圆管层流圆管湍流 光滑管，Re=51032105,第二节 流体输送过程 管内流体流动的沿程阻力,非圆型管的计算,以当量直径de代替直径用圆管公式计算。套管环形截面流道,例1 如图所示，用压差计测量管路中水的流量。已知压差计中液柱高差 R 为 30mm，比重为1.60，与管路接口的间距l为1.8m，管道的内径为100mm ，水的密度为 1000kg/m3， 粘度为10-3Pas，求管中流量。,阻力系数法当量长度法：,第二节 流体输送过程 管件的局部阻力,对于各种管路系
7、统，运用流体流动的基本方程，根据要求和已知条件进行计算或设计的过程。 简单管路 简单管路：只有一条流路的管路系统。,第二节 流体输送过程 管路计算,简单管路示意图,认识输送设备,第三节 流体输送设备,叶轮式：离心泵，离心压缩机，旋涡风机 容积式：往复泵，往复压缩机，齿轮泵等 喷射式：喷射真空泵,第三节 流体输送设备 离心泵,离心泵的工作原理,泵轴带动叶轮高速旋转，充满叶轮的液体经叶片间的通道从叶轮外缘沿切线抛出，产生很高的动压头；高速流体在泵壳逐渐扩大的蜗形通道内逐渐减速，动压头部分转变为静压头；叶轮中心液体减少，出现负压（或称真空），外界大气压迫使液体吸人泵内。,第三节 流体输送设备 离心泵
8、,第三节 流体输送设备 离心泵,闭式叶轮 半闭式叶轮 敞式叶轮,磁力离心泵,多级离心泵,第三节 流体输送设备 离心泵,离心泵的主要性能参数 流量qV 扬程He 有效功率Ne 轴功率N 效率,第三节 流体输送设备 离心泵,离心泵的特性曲线,第三节 流体输送设备 离心泵,离心泵的安装高度,第三节 流体输送设备 离心泵,离心泵的安装高度 允许气蚀余量（最大）安装高度,p0为0液面处的压力；pv为饱和蒸汽压。,离心压缩机,第三节 流体输送设备 往复泵和往复压缩机,化工课的要求 (1)了解化学工程学的基本观点和方法； (2)理解化学工程学的基本概念和原理； (3)掌握各基本单元过程的主要计算； (4)了解各基本单元的设备的知识； (5)了解化工过程开发方法的概要。,
