第一章
流体流动
第一章
流体流动
第三节
流体流动的基本方程一、流量与流速
二、稳态流动与非稳态流动
三、连续性方程式
四、柏努利方程式五、柏努利方程式的应用
1.3.1 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。
体积流量V
S:若流量用体积来计量，单位为：m3/s
质量流量W
S:若流量用质量来计量，单位：kg/s。
体积流量和质量流量的关系是：ρ
SSVW=
2、流速
流速u: 单位时间内流体在流动方向上流过的距离,单位为：m/s
数学表达式为：
AV
uS
=流量与流速的关系为：uAVS=ρuAW
S=
对于圆形管道，2
4dAπ
=
2
4dV
uS
π=
uVdSπ4=
——管道直径的计算式
质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量
用G表示，单位为kg/(m2.s)。
数学表达式为：
AW
Gs=
AV
Sρ
=ρu=1.3.2 稳态流动与非稳态流动
稳定流动：描述流动的物理量与时间无关的流动
稳定流动
u=f(x，y，z)非稳定流动
u=f(x，y，z，θ )
1.3.2 稳态流动与非稳态流动
流动系统稳态流动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
变，而不随时间而改变
非稳态流动上述物理量不仅随位置而且随时间变化的流动。1.3.3 连续性方程
在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算
衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段。
衡算基准：1s
对于连续稳定系统：
21
SSWW
=
ρuAW
s=222111ρρAuAu=
如果把这一关系推广到管路系统的任一截面，有：
常数=====ρρρuAAuAuW
SL
222111
若流体为不可压缩流体
常数======uAAuAuW
VS
SL
2211ρ
——一维稳定流动的连续性方程
对于圆形管道，2
222
11
44duduππ
=
2
12
21
⎟⎟
⎠⎞
⎜⎜
⎝⎛
=∴
dd
uu
表明：当体积流量V
S一定时，管内流体的流速与管道直径
的平方成反比。1.3.4 柏努利方程式
柏努利方程式是流体流动中机械能守恒和转化
原理的体现。
一、填空题：
1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散相是指______；分散介质是指 __________。
2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
3.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。
4.（3分）气体的净制按操作原理可分为________， _______， ______.旋风分离器属_____________ 。
5.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。
6.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是__________________ __________________。
7.（2分） 过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。
8.（3分）某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=810×810×25 mm，若该机有10块框，其过滤面积约为_______________ m2。
9.（3分）转鼓真空过滤机，转鼓每旋转一周，过滤面积，的任一部分都顺次经历___________________________________等五个阶段。
10.（3分） 离心分离因数是指_________________________________。 为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的___________增高，而将它的________减少。
1、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。
第三章 非均相物系的分离
第一节 概 述
一、 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：
第一类是均相物系—如混合气体、溶液，
特征：物系内各处性质相同，无分界面。须用吸收、蒸馏等方法分离。
第二类是非均相体系—
1．液态非均相物系
固体颗粒与液体构成的悬浮液；
不互溶液体构成的乳浊液；
2．气态非均相物系
固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）；
气泡与液体所组成的泡沫液等。
特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。
（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒，µm。
（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。
连续相若为液体，则为液相非均相物系。
二、 非均相物系分离的目的：
1）净制参与工艺过程的原料气或原料液。
2）回收母液中的固体成品或半成品。
3）分离生产中的废气和废液中所含的有害物质。
4）回收烟道气中的固体燃料及回收反应气中的固体触媒等。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。
常用分离方法：
1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。
2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。
3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分离。
4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。
5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
本章主要讨论：利用机械方法分离非均相物系，按其涉及的流动方式不同，可大致分为沉降和过滤两种操作方式。
三、 颗粒和流体相对运动时所受到的阻力
流体以一定的速度绕过静止颗粒时
或者固体颗粒在静止流体中移动时 流体对颗粒的作用力——ye力Fd
22uAFd [N]
式中，A—颗粒在运动方向上的投影，dp2 u—相对运动速度
1 试题：
球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。
沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。
答案与评分标准
加速运动 等速运动 等速运动
（每个空1分，共3分）
试题：
在滞留区，球形颗粒的沉降速度tu与其直径的______次方成正比；而在湍流区，tu与其直径的______次方成正比。
答案与评分标准
2 1/2
（每个空1分，共2分）
试题：
降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。
答案与评分标准
气体在室内的停留时间应≥颗粒的沉降时间t。(2分)
滞流 （1分）
（共3分）
试题：
在规定的沉降速度tu 条件下，降尘室的生产能力只取决于_____________而与其__________________无关。
答案与评分标准
降尘室底面积 (2分)
高度 （1分）
（共3分）
试题：
过滤常数K是由__________及___________决定的常数；而介质常数eq与e是反映________________的常数。 2 答案与评分标准
物料特性 过滤压强差 过滤介质阻力大小
试题：
过滤操作有________和___________两种典型方式。
答案与评分标准
恒压过滤 恒速过滤
试题：
在重力场中，固体颗粒在静止流体中的沉降速度与下列因素无关的是（ ）。
（A）颗粒几何形状 （B）颗粒几何尺寸
（C）颗粒与流体密度 （D）流体的流速
答案与评分标准
(D)
试题：
含尘气体通过长4m，宽3m，高1m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s，则降尘室的生产能力为（ ）。
（A）3m3/s （B）1m3/s
