第1章化工原理
- 格式:ppt
- 大小:3.34 MB
- 文档页数:79
化⼯原理第⼀章主要内容第⼀章流体流动流体:⽓体和液体统称流体。
流体的特点:具有流动性;其形状随容器形状⽽变化;受外⼒作⽤时内部产⽣相对运动。
质点:⼤量分⼦构成的集团。
第⼀节流体静⽌的基本⽅程静⽌流体的规律:流体在重⼒作⽤下内部压⼒的变化规律。
⼀、流体的密度ρ1. 定义:单位体积的流体所具有的质量,kg/m 3。
2. 影响ρ的主要因素液体:ρ=f(t),不可压缩流体⽓体:ρ=f(t ,p),可压缩流体3.⽓体密度的计算4.混合物的密度5.与密度相关的⼏个物理量⽐容υ⽐重(相对密度) d ⼆、压⼒p 的表⽰⽅法定义:垂直作⽤于流体单位⾯积上的⼒ 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm 2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg=9.807×105Pa =1kgf/cm 2 =10mH20 表压 = 绝对压⼒ - ⼤⽓压⼒真空度 = ⼤⽓压⼒ - 绝对压⼒三、流体静⼒学⽅程特点:各向相等性;内法线⽅向性;在重⼒场中,同⼀⽔平⾯上各点的静压⼒相等,但其值随着点的位置⾼低变化。
1、⽅程的推导 2、⽅程的讨论液体内部压强 P 随 P 0 和 h ⽽改变的; P ∝h ,静⽌的连通的同⼀种液体内同⼀⽔平⾯上各点的压强相等;当P 0改变时,液体内部的压⼒也随之发⽣相同的改变;⽅程成⽴条件为静⽌的、单⼀的、连续的不可压缩流体;h=(P-P 0)/ρg ,液柱⾼可表⽰压差,需指明何种液体。
3、静⼒学⽅程的应⽤ (1)压⼒与压差的测量 U 型管压差计微差压差计(2)液位的测定(3)液封⾼度的计算 m Vρ=(),f t p ρ=4.220M =ρ000T p p T ρρ=PM RT ρ=12121n m n a a a ρρρρ=+++1122......m n nρρ?ρ?ρ?=+++mm PM RTρ=1/νρ=41/,gh p p ρ+=0()12A C P P gR ρρ-=-() gz21A B A gR P P ρρρ+-=-第⼆节流体流动的基本⽅程⼀、基本概念(⼀)流量与流速1.流量:单位时间流过管道任⼀截⾯的流体量。
第一章流体流动一、流体静力学:压强,密度,静力学方程二、流体基本方程:流速流量,连续性方程,伯努利方程三、流体流动现象:牛顿粘性定律,雷诺数,速度分布四、摩擦阻力损失:直管,局部,总阻力,当量直径五、流量的测定:测速管,孔板流量计,文丘里流量计六、离心泵:概述,特性曲线,气蚀现象和安装高度8■绝对压力:以绝对真空为基准测得的压力。
■表压/真空度 :以大气压为基准测得的压力。
表 压 = 绝对压力 - 大气压力真空度 = 大气压力 - 绝对压力1.1流体静力学1.流体压力/压强表示方法绝对压力绝对压力绝对真空表压真空度1p 2p 大气压标准大气压:1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O112.流体的密度Vm =ρ①单组分密度),(T p f =ρ■液体:密度仅随温度变化(极高压力除外),其变化关系可从手册中查得。
■气体:当压力不太高、温度不太低时,可按理想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下之值,若条件不同,则需进行换算。
②混合物的密度■ 混合气体:各组分在混合前后质量不变,则有nn 2111m φρφρφρρ+++= RTpM m m=ρnn 2211m y M y M y M M +++= ■混合液体:假设各组分在混合前后体积不变,则有nmn12121w w w ρρρρ=+++①表达式—重力场中对液柱进行受力分析:液柱处于静止时,上述三力的合力为零:■下端面所受总压力 A p P 22=方向向上■上端面所受总压力 A p P 11=方向向下■液柱的重力)(21z z gA G -=ρ方向向下p 0p 2p 1z 1z 2G3.流体静力学基本方程式g z p g z p 2211+=+ρρ能量形式)(2112z z g p p -+=ρ压力形式②讨论:■适用范围:适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体;■物理意义:在同一静止流体中,处在不同位置流体的位能和静压能各不相同,但二者可以转换,其总和保持不变。
第一章流体流动1. 层流底层越薄,___c____。
A:近壁面速度梯度越小B:流动阻力越小C:流动阻力越大D:流体湍动程度越小2. 某物体的质量为1000kg,则其重量为___b____。
A:1000NB:9810NC:9810kgfD:1000/9.81kgf3. 因次分析法的目的在于___c____。
A:得到各变量间的确切定量关系B:得到各无因次数群的确切定时关系C:用无因次数群代替变量,使实验与关联工作简化D:用无因次数群代替变量,使实验结果更可靠4. 某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动,其平均流速为u0,当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时,则其流速为原来的___b____。
A:2倍B:4倍C:8倍D:16倍5. 若流动为完全湍流(阻力平方区),则压降ΔP是原来的___d____倍。
A:4B:8C:16D:326. 双液体U形差压计要求指示液的密度差_______。
A:大B:中等C:小D:越大越好7. 孔板流量计的孔流系数Co,当Re数增大时,其值_______。
A:总在增大B:先减小,当Re数增大到一定值时,Co保持为某定值C:总是减小D:不定8. 在完全湍流(阻力平方区)时,粗糙管的摩擦系数λ数值_______。
A:与光滑管一样B:只取决于ReC:只取决于相对粗糙度D:与粗糙度无关9. 层流与湍流的本质区别是:_______。
A:湍流流速>层流流速B:流道截面大的为湍流,截面小的为层流C:层流的雷诺数<湍流的雷诺数D:层流无径向脉动,而湍流有径向脉动10. 转子流量计的主要特点是_______。
A:恒截面、恒压差B:变截面、变压差C:恒流速、恒压差D:变流速、恒压差11. 有一并联管路,两段管路的流量,流速、管径、管长及流动阻力损失分别为V1,u1,d1,L1,及V2,u2,d2,L2,hf2。
若d1=2d2,L1=2L2,则:hf1/ hf2=_______。
《化工原理》内容提要第一章流体流动1. 基本概念1)稳定流动:流速以及其他和流动有关的物理量不随时间而变的流动。
2)不稳定流动:流速以及其他和流动有关的物理量随时间而变的流动。
3)采用欧拉法考察流体运动,流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向。
4)采用拉格朗日法考察流体运动,轨线是某一流体质点的流动轨迹,轨线上各点表示同一质点在不同时刻的空间位置。
5)轨线描述的是同一质点在不同时间的位置,而流线表示的则是同一瞬间不同质点的速度方向。
6)流体流动中的作用力有:表面力(压力、切力);体积力(质量力);剪应力。
7)流体中的能量包括:内能、机械能(位能、动能、压强能)。
8)层流:流体质点作直线运动,即流体分层流动,宏观上层次分明,彼此互不混杂。
9)湍流或紊流:流体不仅在总体上沿管道向前运动,同时还在各个方向作随机的脉动。
10)流型的判据—雷诺数Re:Re < 2000时,层流必定出现,为层流区;2000< Re < 4000时,为过渡流区;Re> 4000时,一般均出现湍流,为湍流区。
11)边界层:流体流动受固体壁面影响的区域称为流动边界层12)边界层发展:边界层厚度δ随流动距离增加而增加。
13)流动充分发展:边界层不再改变,管内流动状态也维持不变。
14)层流内(底)层:边界层内近壁面处一薄层,无论边界层内的流型为层流或湍流,其流动类型均为层流。
15)直管阻力损失:流体流经直管时,由于流体内摩擦力作用,沿管长产生的阻力损失。
16)局部阻力损失:流体流经管件阀件时,流道突变(流速的改变或流向的改变)产生的阻力损失。
阻力损失主要表现为流体势能的降低。
17)对非圆形管其当量直径:d e=4×流通截面积/润湿周边长;18)流体性质对流体输送管路最佳流速的选择:粘度较大的流体(如油类)流速应取低些;含有固体悬浮物的流体,为了防止管路的堵塞,流速则不能取得太低。
密度较大的液体,流速应取低些,而密度小的液体,流速则可取得比液体大得多。
化工原理第一章流体流动第一章 流体流动一、流体流动的数学描述在化工生产中,经常遇到流体通过管道流动这一最基本的流体流动现象。
当流体在管内作稳定流动时,遵循两个基本衡算关系式,即质量衡算方程式和机械能衡算方程式。
质量衡算方程式在稳定的流动系统中,对某一划定体积而言,进入该体积的流体的质量流量等于流出该体积的质量流量。
如图1—1所示,若取截面1—1′、2—2′及两截面间管壁所围成的体积为划定体积,则ρρρuA A u A u ==222111 (1-1a)对不可压缩、均质流体(密度ρ=常数)的圆管内流动,上式简化为2221211ud d u d u == (1-1b)机械能衡算方程式在没有外加功的情况下,流动系统中的流体总是从机械能较高处流向机械能较低处,两处机械能之差为流体克服流动阻力做功而消耗的机械能,以下简称为阻力损失。
如图1—1所示,截面1—1′与2—2′间单位质量流体的机械能衡算式为f 21w Et Et += (1-2)式中 221111u p gz Et ++=ρ,截面1—1′处单位质量流体的机械能,J /kg ;222222u p gz Et ++=ρ,截面2—2′处单位质量流体的机械能,J /kg ;∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑+∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=2)(222f u d l l u d l w e λζλ,单位质量流体在划定体积内流动时的总阻力损失,J /kg 。
其中,λ为雷诺数Re 和相对粗糙度ε / d 的函数,即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d du εμρφλ,。
上述方程式中,若将Et 1、Et 2、w f 、λ视为中间变量,则有z 1、z 2、p 1、p 2、u 1、u 2、d 1、d 2、d 、u 、l 、∑ζ(或∑l e )、ε、ρ、μ等15个变量,而独立方程仅有式(1-1)(含两个独立方程)、式(1-2)三个。
因此,当被输送流体的物性(ρ,μ)已知时,为使方程组有唯一解,还需确定另外的10个变量,其余3个变量才能确定。