化工原理流体流动.pptx
《化工原理流体流动.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理流体流动.pptx(219页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2024/4/7 周日第一章第一章 流流 体体 流流 动动1.1.1流体的基本性质流体的基本性质1.1.2流体静力学方程流体静力学方程1.1.3流体静力学方程的应用流体静力学方程的应用第一节第一节第一节第一节 流体静止的基本方程流体静止的基本方程流体静止的基本方程流体静止的基本方程2024/4/7 周日一一 连续介质假定连续介质假定 假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的间隙的流体质点流体质点(或微团)所组成的(或微团)所组成的连续介质连续介质。质点:由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设备质点:由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设备 尺寸、远大于
2、分子自由程。尺寸、远大于分子自由程。工程意义:利用连续函数的数学工具,从宏观研究工程意义:利用连续函数的数学工具,从宏观研究 流体。流体。1.1.1 流体基本性质流体基本性质 2024/4/7 周日表面力:通过直接接触而作用于流体表面的力,表面力:通过直接接触而作用于流体表面的力,其大小与流体的表面积成正比。其大小与流体的表面积成正比。压压力:垂直于表面的法向力;力:垂直于表面的法向力;剪切力:平行于表面的切向力。剪切力:平行于表面的切向力。压力压力剪切力剪切力二二 作用在流体上的力作用在流体上的力质量力质量力:作用于流体每个质点上的力,其大小与流作用于流体每个质点上的力,其大小与流体的质量成
3、正比,如重力、离心力等。体的质量成正比,如重力、离心力等。2024/4/7 周日三三 流体的密度流体的密度1、密度、密度单位体积流体的质量。单位体积流体的质量。kg/m3 2、纯物质密度、纯物质密度液体液体密度基本上不随压力变化,仅随温度变化,密度基本上不随压力变化,仅随温度变化,其变化关系可从手册中查得。其变化关系可从手册中查得。2024/4/7 周日气体气体当压力不太高、温度不太低时,可按理想当压力不太高、温度不太低时,可按理想 气体状态方程计算:气体状态方程计算:注意:手册中查得的气体密度均为一定压力与温度注意:手册中查得的气体密度均为一定压力与温度下之值,若条件不同,则需进行换算。下之
4、值,若条件不同,则需进行换算。概念:概念:不可压缩流体不可压缩流体:可压缩流体可压缩流体:2024/4/7 周日3、混合物的密度、混合物的密度混合气体混合气体各组分在混合前后总体积总质量不变,各组分在混合前后总体积总质量不变,则有则有气体混合物中各组分的体积分数。气体混合物中各组分的体积分数。或或混合气体的平均摩尔质量;混合气体的平均摩尔质量;气体混合物中各组分的摩尔气体混合物中各组分的摩尔(体积体积)分数。分数。2024/4/7 周日混合液体混合液体假设各组分在混合前后体积不变假设各组分在混合前后体积不变,则有,则有液体混合物中各组分的质量分数。液体混合物中各组分的质量分数。4、比容比容单位
5、质量流体具有的体积,是密度的倒数。单位质量流体具有的体积,是密度的倒数。m3/kg2024/4/7 周日四四 压力压力 流流体体垂垂直直作作用用于于单单位位面面积积上上的的力力,称称为为流流体体的的静压强,习惯上又称为压力。静压强,习惯上又称为压力。1、压力的单位压力的单位SI制:制:N/m2或或Pa;或或以以流体柱高度流体柱高度表示表示:注意:用液柱高度表示压力时,必须指明流体的种类,注意:用液柱高度表示压力时,必须指明流体的种类,如如600mmHg,10mH2O等。等。2024/4/7 周日2、压力的表示方法压力的表示方法 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。以绝对真空为基准测得
6、的压力。表表压压或或真真空空度度以以大大气气压压为为基基准准由由压压力力表表和和真真空表测得的压力。空表测得的压力。表压、真空度与绝对压力的关系如下:表压、真空度与绝对压力的关系如下:标准大气压的换算关系:标准大气压的换算关系:1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O2024/4/7 周日表表压压=绝对压力绝对压力大气压力大气压力真空度真空度=大气压力大气压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对真空绝对真空表压表压真空度真空度大气压大气压2024/4/7 周日1、牛顿黏性定律牛顿黏性定律或或Fuududy式中:式中:F内摩擦力,内摩擦力,N;剪应力,剪
7、应力,Pa;法向速度梯度,法向速度梯度,1/s;比例系数,称为流体的黏度,比例系数,称为流体的黏度,Pas 。五五 剪应力与黏度剪应力与黏度2024/4/7 周日牛顿型流体:剪应力与速度梯度的关系符合牛顿牛顿型流体:剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 黏性定律的流体;黏性定律的流体;非牛顿型流体:不符合牛顿黏性定律的流体。非牛顿型流体:不符合牛顿黏性定律的流体。2、流体的黏度流体的黏度 流体物性之一流体物性之一a.a.黏度的物理意义黏度的物理意义流流体体流流动动时时在在与与流流动动方方向向垂垂直直的的方方向向上上产产生生单位速度梯度所需的剪应力。单位速度梯度所需的剪应力。2024/4/7 周日液体
8、液体:T 气体气体:一般一般T 黏度的物理本质黏度的物理本质:分子间的引力和分子的运动与碰撞。分子间的引力和分子的运动与碰撞。b.黏度的单位黏度的单位SI制:制:Pas或或kg/(ms)物理制:物理制:cP(厘泊)厘泊)换算关系换算关系1cP10-3Pas=1mPas流体的黏度一般不随压力而变化。流体的黏度一般不随压力而变化。2024/4/7 周日c.c.运动黏度运动黏度黏度黏度与密度与密度之比。之比。m2/s3、理想流体与实际流体、理想流体与实际流体理想流体:黏度为零的流体;理想流体:黏度为零的流体;实际流体或黏性流体:具有黏性的流体。实际流体或黏性流体:具有黏性的流体。2024/4/7 周
9、日1.1.2流体静力学方程流体静力学方程一一静压力的特性静压力的特性流体压力与作用面垂直,并指向该作用面;流体压力与作用面垂直,并指向该作用面;任意界面两侧所受压力,大小相等、方向相反;任意界面两侧所受压力,大小相等、方向相反;作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。2024/4/7 周日二二流体静力学方程流体静力学方程1、方程的推导、方程的推导在在1-1截面受到垂直向下的压力截面受到垂直向下的压力 在在2-2 截面受到垂直向上的压力:截面受到垂直向上的压力:小液柱本身所受的重力:小液柱本身所受的重力:因为小液柱处于静止状态因为小液柱处于静止状态
10、,2024/4/7 周日两边同时除两边同时除A令令 则得:则得:若取液柱的上底面在液面上,并设液面上方的压强为若取液柱的上底面在液面上,并设液面上方的压强为P0,取下底面在距离液面取下底面在距离液面h处,作用在它上面的压强为处,作用在它上面的压强为P P 2024/4/7 周日流体的静力学方程流体的静力学方程 表明在表明在重力作用下重力作用下,静止液体内部压强的变化规律静止液体内部压强的变化规律。2、方程的讨论、方程的讨论 1 1)液体内部压强)液体内部压强P是随是随P0和和h的改变而改变的,即:的改变而改变的,即:2 2)当容器液面上方压强)当容器液面上方压强P0一定时,静止液体内部的一定时
11、,静止液体内部的 压强压强P仅与垂直距离仅与垂直距离h有关,即:有关,即:处于同一水平面上各点的压强相等处于同一水平面上各点的压强相等。2024/4/7 周日 3 3)当液面上方的压强改变时,液体内部的压强也随之)当液面上方的压强改变时,液体内部的压强也随之 改变,即改变,即:液面上所受的压强能以同样大小传递到液面上所受的压强能以同样大小传递到 液体内部的任一点。液体内部的任一点。4 4)从流体静力学的推导可以看出)从流体静力学的推导可以看出,它们它们只能用于静止的只能用于静止的 连通着的同一种流体的内部连通着的同一种流体的内部,对于间断的并非单一,对于间断的并非单一 流体的内部则不满足这一关
12、系。流体的内部则不满足这一关系。5)可以改写成可以改写成 压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示,这就压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示,这就 是液体压强计的根据,在使用液柱高度来表示压强是液体压强计的根据,在使用液柱高度来表示压强 或压强差时,需指明何种液体。或压强差时,需指明何种液体。2024/4/7 周日 6)6)方程是以不可压缩流体推导出来的,对于可压缩性的方程是以不可压缩流体推导出来的,对于可压缩性的 气体,只适用于压强变化不大的情况。气体,只适用于压强变化不大的情况。例:图中开口的容器内盛有油和水,油层高度例:图中开口的容器内盛有油和水,油层高度h h1 1=0.7m,=0
13、.7m,密度密度 ,水层高度,水层高度h2=0.6m,密度为密度为 1)判断下列两关系是否成立)判断下列两关系是否成立 PAPA,PBPB。2)计算玻璃管内水的高度计算玻璃管内水的高度h。2024/4/7 周日解:(解:(1)判断题给两关系是否成立)判断题给两关系是否成立 A,A在在静止的连通着的同一种液体的同一水平面静止的连通着的同一种液体的同一水平面上上 因因B,B虽在同一水平面上,但不是连通着的同一种液虽在同一水平面上,但不是连通着的同一种液 体,即截面体,即截面B-B不是等压面,故不是等压面,故(2)计算水在玻璃管内的高度)计算水在玻璃管内的高度hPA和和PA又分别可用流体静力学方程表
14、示又分别可用流体静力学方程表示 设大气压为设大气压为P Pa a 2024/4/7 周日2024/4/7 周日1.1.3静力学方程的应用静力学方程的应用一、压力与压力差的测量一、压力与压力差的测量1)U型管压差计型管压差计根据流体静力学方程根据流体静力学方程2024/4/7 周日当被测的流体为气体时,当被测的流体为气体时,可忽略可忽略,则则,两点间压差计算公式两点间压差计算公式 若若U型型管管的的一一端端与与被被测测流流体体相相连连接接,另另一一端端与与大大气气相相通通,那那么么读读数数R就就反反映映了了被被测测流流体体的的绝绝对对压压力力与与大大气气压压之之差差,也也就是被测流体的表压。就是
15、被测流体的表压。当当P P1 1-P-P2 2值值较较小小时时,R R值值也也较较小小,若若希希望望读读数数R R清清晰晰,可可采采取取三三种种措措施施:两两种种指指示示液液的的密密度度差差尽尽可可能能减减小小、采采用用倾倾斜斜U型管压差计、型管压差计、采用微差压差计。采用微差压差计。当管子平放时:当管子平放时:2024/4/7 周日2 2)倾斜)倾斜U型管压差计型管压差计 假假设设垂垂直直方方向向上上的的高高度度为为Rm,读读数数为为R1,与水平倾斜角度与水平倾斜角度 3)微差压差计微差压差计U型型管管的的两两侧侧管管的的顶顶端端增增设设两两个个小小扩扩大大室室,其其内内径径远远大大于于U型
16、型管管的的内内径径,装装入入两两种种密密度度接接近近且且互互不不相相溶溶的的指指示示液液A和和C,且指示液且指示液C与被测流体与被测流体B亦不互溶。亦不互溶。2024/4/7 周日根据流体静力学方程可以导出:根据流体静力学方程可以导出:微差压差计两点间压差计算公式微差压差计两点间压差计算公式2024/4/7 周日2)用倾斜)用倾斜U型管压差计,型管压差计,=30=30,指示液为苯,其读指示液为苯,其读 数数R为多少?为多少?3)若用微差压差计,其中加入苯和水两种指示液,扩大)若用微差压差计,其中加入苯和水两种指示液,扩大 室截面积远远大于室截面积远远大于U型管截面积,此时读数型管截面积,此时读
17、数R为多少?为多少?R为为R的多少倍?的多少倍?已知:苯的密度已知:苯的密度 水的密度水的密度 计算时可忽略气体密度的影响。计算时可忽略气体密度的影响。试问:试问:1)用普通压差计,以苯为指示液,其读数)用普通压差计,以苯为指示液,其读数R为多少?为多少?例:用例:用3种压差计测量气体的微小压差种压差计测量气体的微小压差 2024/4/7 周日2)倾斜)倾斜U型管压差计型管压差计 3)微差压差计)微差压差计 故:故:解:解:1)普通管)普通管U型管压差计型管压差计2024/4/7 周日二、液位的测定二、液位的测定 液液位位计计的的原原理理遵遵循循静静止止液液体体内内部部压压力力变变化化的的规规
18、律律,是静力学基本方程的一种应用。是静力学基本方程的一种应用。液柱压差计测量液位的方法:液柱压差计测量液位的方法:由由压压差差计计指指示示液液的的读读数数R可可以以计算出容器内液面的高度。计算出容器内液面的高度。当当R0时时,容容器器内内的的液液面面高高度度将将达达到到允允许许的的最最大大高高度度,容容器器内内液面愈低,压差计读数液面愈低,压差计读数R越大。越大。2024/4/7 周日远距离控制液位的方法:远距离控制液位的方法:压缩氮气自管口压缩氮气自管口经调节阀通入,调经调节阀通入,调节气体的流量使气节气体的流量使气流速度极小,只要流速度极小,只要在鼓泡观察室内看在鼓泡观察室内看出有气泡缓慢
19、逸出出有气泡缓慢逸出即可。即可。压差计读数压差计读数R的大小,反映出贮罐内液面的高度的大小,反映出贮罐内液面的高度。2024/4/7 周日例:利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两例:利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两相界面位置,已知两吹气管出口的间距为相界面位置,已知两吹气管出口的间距为H1m,压差计中压差计中指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、1000kg/m3、13600kg/m3。求当压差计指示求当压差计指示R67mm时,界时,界面距离上吹气管出口端距离面距离上吹气管出口端距离h。解:忽略吹气管出口端到解
20、:忽略吹气管出口端到U型管两侧的气体流动阻型管两侧的气体流动阻力造成的压强差,则:力造成的压强差,则:2024/4/7 周日(表)(表)(表)表)2024/4/7 周日三、液封高度的计算三、液封高度的计算 液封的作用:液封的作用:若若设设备备内内要要求求气气体体的的压压力力不不超超过过某某种种限限度度时时,液液封封的的作作用用就是:就是:当气体压力超过这个限度时,气体冲破液封流出,又称当气体压力超过这个限度时,气体冲破液封流出,又称为安全性液封。为安全性液封。若设备内为负压操作,其作用是:若设备内为负压操作,其作用是:液封需有一定的液位,其高度的确定就是根据流体静力学液封需有一定的液位,其高度
21、的确定就是根据流体静力学基本方程式。基本方程式。防止外界空气进入设备内防止外界空气进入设备内2024/4/7 周日例例1:如图所示,某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过:如图所示,某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7103Pa(表压),需在炉外装有安全液封,其作用是表压),需在炉外装有安全液封,其作用是当炉内压强超过规定,气体就从液封管口排出,试求此炉当炉内压强超过规定,气体就从液封管口排出,试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。解:过液封管口作基准水平面解:过液封管口作基准水平面o-o,在其上取在其上取1,2两点。两点。2024/4/7 周日
22、例例2:真空蒸发器操作中产生的水蒸气,往往送入本题附图:真空蒸发器操作中产生的水蒸气,往往送入本题附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度,冷凝器的上方与真空泵相通,不时将器内的不凝的真空度,冷凝器的上方与真空泵相通,不时将器内的不凝气体(空气)抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入,气体(空气)抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入,致使设备内真空度降低,因此,气压管必须插入液封槽中,致使设备内真空度降低,因此,气压管必须插入液封槽中,水即在管内上升一定高度水即在管内上升一定高度h,这种措施称为液封。若真空表这种措施
23、称为液封。若真空表读数为读数为 80104Pa,试求气压管内水上升的高度试求气压管内水上升的高度h。2024/4/7 周日解:设气压管内水面上方的绝对压强为解:设气压管内水面上方的绝对压强为P,作用于液封作用于液封槽内水面的压强为大气压强槽内水面的压强为大气压强Pa,根据流体静力学基本方程根据流体静力学基本方程式知:式知:2024/4/7 周日第一章第一章 流体流动流体流动一、流量与流速一、流量与流速二、定态流动与非定态流动二、定态流动与非定态流动三、连续性方程式三、连续性方程式四、能量衡算方程式四、能量衡算方程式五、柏努利方程式的应用五、柏努利方程式的应用第二节第二节 流体流动的基本方程流体
24、流动的基本方程2024/4/7 周日 1.2.11.2.1、流量与流速、流量与流速 1、流量、流量单位时间内流过管道任一截面的流体量,称为流量。单位时间内流过管道任一截面的流体量,称为流量。若流量用体积来计量,称为体积流量若流量用体积来计量,称为体积流量VS;单位为:;单位为:m3/s。若流量用质量来计量,称为质量流量若流量用质量来计量,称为质量流量mS;单位:;单位:kg/s。体积流量和质量流量的关系是:体积流量和质量流量的关系是:2、流速、流速单位时间内流体在流动方向上流过的距离,称为流速单位时间内流体在流动方向上流过的距离,称为流速u。单位为:单位为:m/s。数学表达式为:数学表达式为:
25、2024/4/7 周日流量与流速的关系为:流量与流速的关系为:质质量量流流速速:单单位位时时间间内内流流体体流流过过管管道道单单位位面面积积的的质质量量流流量量用用G表示,单位为表示,单位为kg/(m2.s)。数学表达式为:数学表达式为:对于圆形管道,对于圆形管道,管道直径的计算式管道直径的计算式生产实际中,管道直径应如何确定?生产实际中,管道直径应如何确定?2024/4/7 周日1.2.2、定态流动与非定态流动、定态流动与非定态流动2024/4/7 周日流动系统流动系统定态流动定态流动流动系统中流体的流速、压强、流动系统中流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而改密度等有关物理量仅随位置
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工 原理 流体 流动
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。