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第一章

第一章. 流体流动. 辽阳化纤厂. 第一节 概述 一、流体的特性 1 、流动性； 2 、没有固定形状，形状随容器而变； 3 、流体流动 — 外力作用的结果； 4 、连续性（除高度真空情况） 。. 二、流体的宏观参数. 能宏观测定的平均参数 — 研究流体质点（微团） 三、可压缩性流体与不可压缩性流体 可压缩性流体 — 气体 不可压缩性流体 — 液体 四、研究内容 （ 1 ）流体流动的规律 （ 2 ）设备提供的能量 （ 3 ）压力、流速、流量的测定. 流体流动的典型流程. 计算内容：

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Presentation Transcript

  1. 第一章 流体流动

  2. 辽阳化纤厂

  3. 第一节 概述 一、流体的特性 1、流动性； 2、没有固定形状，形状随容器而变； 3、流体流动—外力作用的结果； 4、连续性（除高度真空情况）。

  4. 二、流体的宏观参数 能宏观测定的平均参数— 研究流体质点（微团） 三、可压缩性流体与不可压缩性流体 可压缩性流体—气体 不可压缩性流体—液体 四、研究内容 （1）流体流动的规律 （2）设备提供的能量 （3）压力、流速、流量的测定

  5. 流体流动的典型流程 计算内容： 流速、流量、压强、管径、扬程、功率 转子流量计 贮槽 阀门 离心泵 贮槽

  6. 第二节 流体静力学基本方程式 研究外力作用下的平衡规律 1-1 密度 一、密度 1.定义：单位体积流体所具有的质量。 ρ= m / V [ kg / m3] 2、影响因素：温度和压力 （1）液体 — 为不可压缩的流体，与压力无关，温度升 高，密度降低。

  7. （2）气体 — 为可压缩性的流体，通常（压力不太高，温 度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气 体状态方程处理。 3、混合物密度 （1）气体

  8. （2）液体混合物密度 a — 质量分率 应用条件： **混合物的体积应等于各组分单独存在时的体积之和。 二、比容 单位质量的流体所具有的体积。

  9. 1.相对密度d 2.重度 三、相对密度与比重 重度值=密度值 (值相同但意义不同)

  10. 1—2 压力 一、定义： 流体垂直作用于单位面积上的力。 二. 压力的单位 1. SI 单位[ N/m2 ] [Pa] 2. 工程单位 [ kg/m2 ] — [ at ] — [mmHg] — [ mmH20]— [mH20]

  11. 3.换算 1atm = 1.0133×105 [ N/m2 ] = 101.3 [ kPa ] = 10330[ kgf/m2 ] = 10.33 [ mH20 ] = 760 [mmHg ] 1at = 1 [ kgf/cm2 ] = 10 [ mH20 ] = 735.5 [ mmHg ]= 98.1[ kPa ]

  12. 三. 压力的基准及表示形式 1.以绝对真空为基准 2.以当时当地压力为基准 实测压力 表压 大气压 真空度 绝对压 实测压力 绝压（余压） 绝对零压 表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压

  13. 例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33kPa。例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33kPa。 解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对 压。 解: 绝压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]

  14. 一.相对静止状态流体受力情况 上表面作用力： F1=P1 A 下表面作用力： F2=P2 A 重力： G =  g A (Z1 - Z2) 1-3 流体静力学基本方程

  15. 二. 静力学方程及巴斯葛定律 F1 + G = F2 P1 A +  g A ( Z1 - Z2) = P2 A P2= P1 + g ( Z1 - Z2) 或 P2= P0+ g ( Z1 - Z2 ) = P0+ g h 或 F1＝ P1 A F2＝ P2 A G＝  g A( Z1 - Z2 )

  16. 三.讨论 P2= P0+  g h 1.流体某一深处的压力与深度和密度有关。 2.液面上方流体压力改变，液体内部压力随着改变且变化值相同（巴斯葛定律）。 3.静止的、连续的同一流体内、同一水平面处各点压力相等。( 等压面 ) 4.压力或压差可用液柱高度表示。 H =（P2 - P0）/ g

  17. 5.可用不同液柱高度表示压力，换算关系为： H’= H  / ’ 6.静压头与位压头之和为常数。 Z —表示把单位重量流体由基准面移至Z高度 后具有的位能。 — 静压头。

  18. 例: • P0 > P1 > P2 • P1= ? P2=?

  19. 例题:1.判断下面各式是否成立 PA=PA’ PB=PB’ PC=PC’ 2.细管液面高度。 1 = 800kg/m3 2 =1000kg/m3 H1= 0.7m H2= 0.6m 3.当细管水位下降多高时,槽内水将放净?

  20. 解:利用等压面原理求解 1. PA=PA’ PB=PB’ 2. 2 g h+p0= 1 gH1+ 2 gH2+p0 3. 2 g h’= 1 gH1

  21. 一.压力测定 1.U型管压差计 A-A’为等压面 PA=PA’ PA= P1+ g ( H+R ) PA’=P2+ ’ g R+  gH P1 - P2= R g (’- ) 如测量气体  0 P1 - P2= R g ’ 一臂通大气? 1-4 流体静力学基本方程的应用 P1 P2

  22. P1 P2 a R b 特点： （1）内装两种密度相近且不互溶的指示剂； （2）U型管两臂各装扩大室（水库）。 P1-P2=（a- b）Rg 2. 微差压差计 —放大读数

  23. 3.倾斜液柱压差计 R1=R/sin  R= R1 sin 

  24. 例题：用普通U型管压差计测量气体管路上两点压差，指示液为水，读数R为1.2cm，为扩大读数例题：用普通U型管压差计测量气体管路上两点压差，指示液为水，读数R为1.2cm，为扩大读数 改为微差计，一指示液密度为920kg/m3，另一 指示液密度为850kg/m3，读数可放大多少倍？ 解： （水- 气）gR =（ 1- 2）gR’ 新读数为原读数的171/12＝14.3倍

  25. P1= P1’ P2= P2’ Pa= P1’+水 g x P1’= 汞 g R+ P2 Pb= 水 g x +水 g R + P2’ Pa- Pb= R g ( 汞 - 水 ) = 0.19.81(13600 -1000) = 1.24  103 Pa 例题：常温水在管道中流动，用双U型管测两点压差，指示液为汞，其高度差为100mmHg，计算两处压力差如图：

  26. 二.液位的测量

  27. PA= PB PA= gh + P0 PB= Hg g R+P0 h = 13600  0.1 / 1250 如接另一稍短X米 的管子可测料液的 密度? 例题：远距离测液位装置如下，U型管指示液为汞，高度差100mm,料液密度为1250kg/m3，求贮槽内料液深。 A

  28. 三.液封 气 p 水 R 气 真空表 p 气体 R R

  29. P0= P +  g R P为装置内的绝对压 P0 R 已知：抽真空装置的真空表读数为80kPa，求气压管中水上升的高度。 P = P0 - 真空度

  30. 1-5 流量与流速 一.流量 1.体积流量 VS[m3/s] 2.质量流量 G =VS [ kg/s ] 二.流速 1.平均流速 u = V / A [ m / s ] 2.质量流速 W= G /A=  u[kg/m2.s] 3.管径 第三节：管内流体流动的基本方程 液体: 0.5—3m/s 气体：10—30m/s # 管径应进行园整

  31. 例:安装一根输水量为30m3/h的管道,试选择合适的管道。例:安装一根输水量为30m3/h的管道,试选择合适的管道。 解：选择管内水的经验流速u = 1.8m/s 查书中附录20 (P323) (2)普通无缝钢管① 外径 = 89mm 壁厚 = 4mm 即 φ89×4的管子 内径为 d = 81mm = 0.081m 实际流速为:

  32. 1-6 稳定流动与不稳定流动 一.稳定流动—流体流动过程中，在任意截面，流 体的参数不随时间改变。 二.不稳定流动—流体流动过程中，在任意截面, 流体的任一参数随时间而改变。

  33. 1-7 连续性方程 12 1’2’ G1 = G2 G =V = u A  u1A11= u2A22=常数 对于不可压缩性流体,密度可视为不变 u1A1=u2A2u1/u2= (d2/d1)2

  34. 1 2 3 D1= 2.5cm D2=10cm D3= 5cm (1)当流量为4升/秒时,各段流速? (2)当流量为8升/秒时,各段流速? 例题:如下图的变径管路

  35. 1 2 3 D1=2.5cm D2=10cm D3=5cm (1)当流量为4升/秒时,各段流速? (2)当流量为8升/秒时,各段流速? ＝2.04 m/s V’ = 2V u’ = 2u u1 = 2u u1’= 16.3m/s 例题:如下图的变径管路例题:

  36. # 稳定流动，单位时间， 质量为M的流体 截面1——截面2 位能：流体因处于地球 重力场中而具有能量， 其值等于把质量为M的 流体由基准水平面升举 到某高度Z所做的功。 位能 =力距离= m g Z 单位质量流体的位能： m g Z / m = g Z [ J/kg ] 1-8 柏努力方程 一.柏努力方程

  37. 一公斤流体的静压能为 PA.V/A /m = P/ [ J/kg ] 当流体为理想流体时，两界面上的上述三种 能量之和相等。即： 各截面上的三种能量之和为常数 ——柏努力方程

  38. 二. 柏努利方程讨论 1.柏努利方程表示理想流体在管道内作稳定流动,无外加能量,在任一截面上单位质量流体所具有的位能、动能、静压能（称为机械能）之和为常数，称为总机械能，各种形式的机械能可互相转换。 2.各项机械能的单位皆为J/kg。 3.当（P1-P2）/ P2< 20%,密度用平均值,不稳定系统的瞬间亦可用。 4.流体静止,此方程即为静力学方程;

  39. 5.亦可用单位重量和单位体积流体为基准: 各项单位为m：表示单位重量流体具有的机械 能,相当把单位重量流体升举的高度。 各项称为压头。

  40. 1-9 实际流体的机械能衡算 H—扬程； Z2-Z1—升杨高度； 压力差——压力降 (*何时两者相等)

  41. 能量的转换 连通变径管 h1 h3 h2 h4

  42. 解题要点 1.作图并确定能量衡算范围; 2.截面的选取； (1)截面应与流体的流动方向垂直； (2)两截面之间的流体是连续的；所求未知量应在截面上或截面之间； 二.柏努利方程的应用

  43. Z1=1.5m, Z2=16m P1 (表) = 0 P2= 0.3atm = 0.3101330pa u1= 0 ∑hf = 29.43J/kg 16m 1.5m 例题：如图，碱液(d=1.1)，塔内压力为0.3atm,管径603.5, 送液量25T/h,能量损失为29.43J/kg, 求外界输送的能量。

  44. VS=W/ρ =25000 / 3600 / 1100 = 0.0063 m3/s u2 =Vs/A =0.0063/(0.785×0.0532) =0.86m/s Z1+ We=Z2+P2/ρ+u22/2+∑hf =203 J / kg

  45. Z1= 0 Z2= 7m P1= 0 P2= 0.2×98100 Pa u1= 0 hf = 40 J/kg u2 = u0 ( d0 / d2 )2 =1.5 ×( 82 / 71 )2 =2 m/s 例题:泵进口管φ89×3.5，出口管径φ76×2.5流速1.5 m/s，压力0.2 kg f /cm2(表),能量损失40 J/kg，密度1100 kg/m3, 求外加的能量。

  46. 1 Z 2 P1= P2= 0 (表) u1= 0 u2= 0.5 m/s Z1= Z Z2=0 Z1= u22/ 2g + Hf = 0.52/ (2×9.81) +1.2 =1.21m 例:管内流体流速为0.5m/s,压头损失1.2m,求高位槽的液面应比塔入口高出多少米?

  47. 解: 1. PA= P +ρg H P =ρHg g R = 13600 ×9.81×76/1000 =10133Pa (真空度) PA= -10133+1000 ×9.81 ×2 = 9487 Pa(表压) 1. A阀不开 ,求A处的表压强; 2. 阀开,求A处的流速,(阻力不计); 3. A阀开,流量为零,压力计读数? P 1m 76mmHg 1m A

  48. 2. 根据柏努力方程Z1=1+1=2m Z2=0 P1 = - 10133 Pa P0=0 u1= 0 hf = 0 2×9.81 - 10133 / 1000 = u22/ 2 u2 = 4.35 m/s 3. u2 = 0 2 ×9.81 – P x /1000 = 0 P x = 19620 Pa 19620 / 101330 ×760 =147mmHg 

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