化工原理总结培训教材实用PPT(118页)

（近似） u=0.82umax 层流底层：δ，在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流 体作层流流动，称为层流内层或层流底层。流体的湍 流程度越大，层流底层越薄。层流底层的存在，对传 质、传热有重要影响。 u↑,湍动程度↑， δ↓。
1.5 流体在管内的流动阻力
流动阻力产生的内因是流体的粘性，外因是流动。 流体在管内流动的总阻力=直管阻力+局部阻力 直管阻力：指流体流经直管时，由于流体流动产生 的内摩擦力而产生的阻力。
1Pa•s=10P=1000cP （重点） 粘度与密度之比称为运动粘度，以ν表示
混合气体和液体的黏度用P14 1-8 、1-9计算
（1）压力的单位 在SI制中，压力的单位是N/m2，称为帕斯卡，以Pa表 示。也可用其它单位表示：atm（标准大气压）、at （工程大气压），某流体柱高度或kgf/cm2等。
表压＝绝对压力－大气压力 真空度＝大气压力－绝对压力
一、压强与压强差的测量 （1）U形压差计 在正U形管中要求指示剂密度大于工作介质密度
p0 p1Z1g
p0p2Z 2gR0g
p p1 p2
Rg(0 )
1.3 流体流动的基本方程
1.3.1 流量与流速 (一) 流量
（1）体积流量： 单位时间内流体流经管道任一截 面的流体的体积，称为体积流量，以 V S 表示，其 单位为m3/s或m3/h。 （2）质量流量 : 单位时间内流体流经管道任一截面 的流体的质量，称为质量流量，以 W S 表示，其单 位为kg/s或kg/h。 体积流量与质量流量之间的关系为
混合气体的密度：
m
pMm RT
M m M A y A M B y B M n y n
（2）流体的粘度
液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升 高而增大。
压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强 增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。
国际单位制中粘度的单位为Pa•s 物理单位制的粘度单位 为P（泊）和cP（厘泊），它们的换算关系如下：
1.3.3 连续性方程式
• 根据质量守恒定律，从截面1-1进入的流体质量流量 应等于从截面2-2流出的流体质量流量，即 Ws1＝Ws2
• ρ1A1u1＝ρ2A2u2 此关系可推广到管道的任一截面， • 即 ρAu＝常数 。若液体不可压缩，ρ＝常数，则上
式可简化为 Au＝常数 。
• 对于圆形管道，可得 •
WS VS
（二） 流速 (1) 平均流速：流速是指单位时间内液体质点在流
动方向上所流经的距离。 流量与流速关系为： u＝Vs/A（重点） (2)质量流速：单位时间内流体流经管道单位截面
的质量称为质量流速（mass velocity），G表示， 单位为kg/m2·s。
G＝Ws/A=ρAu/A=ρu （重点） 例1-3 用内径105mm的钢管输送压力为2atm、温度为 120℃的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为 630m3/h，试求此空气在管内的流速和质量流速（取 空气的平均分子量为Mm=28.9）。
（1）流量、流速；
（2）容器的相对位置；
（3）管路中的流体压强；
（4）管路中所需的外加能量。
Re≤2000时，流动类型为层流； Re≥4000时，流动类型为湍流； 2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。
层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运 动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层 的同心圆筒在平行地流动。（滞流） 湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质 点还作剧烈的径向脉动。（紊流）
（2）单位换算 1at=9.81×104Pa=1.0kgf/cm2=10.0mH2O=735.6mmHg 1atm=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg （3）压力的基准
压力可以有不同的计量基准 绝对压力:以绝对真空(即零大气压）为基准。 表压：以当地大气压为基准。
局部阻力：指流体流经管件、阀门等由于改变方向 产生旋涡而产生的阻力。
hf hf hf
1.5.1 流体在直管中的流动阻力
（1）计算圆形直管阻力的通式（范宁公式）
第1章 流体流动
●本章主要内容：
(1)静力学方程及其应用； (2)柏努力方程及其应用； (3)流动阻力及管路的计算； (4)流速及流量的测量。 ●本章重点： 流体流动中的连续性方程及柏努力方程。并运用这 些基本理论去分析和解决流体的输送问题。
混合液体的密度：
1 xwAxwBxwn
m A B
n
x wA x wB x wn ——液体混合物中各组分的质量分数
u2 ( d1 )2
u1
d 2 （重点）
H称为压头或扬程，其物理意义为单位重量流体流经 泵所获得的能量，单位为m 。
z1gp 1u 2 12W ez2gp2u 2 22 hf
（非常重要） 实际流体的柏努利方程式（单位质量）
We为单位质量流体流经泵所获得的能量，也称为有 效功，单位为J/kg。
公式应用条件：混合前后体积不变，则1kg混合液的体积 等于各组分单独存在时的体积之和。
（3）气体密度的计算 气体的密度随温度和压强而变化
当气体的压强不太高、温度不太低时，气体密度可按 理想气体状态方程 来计算。
m pM
V RT
0
T0 p Tp 0
上式中的ρ0为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准 状态下气体的绝对温度和绝对压强。
有效功率：单位时间输送设备所作的有效功。以Ne
表示： Ne WeWS
Ws的单位必须是kg/s 离心泵的轴功率用N表示：
N
Ne
（重点）
z 1 g p 1 u 2 1 2 W e z 2 g p 2 u 2 2 2 h f
实际流体的柏努利方程式（单位体积）,单位为Pa
1.3.5 柏努力方程式的应用
层流与湍流的区别：层流只有轴向运动，而湍流不仅 有轴向运动，而且还有径向运动。
1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布
层流流动时的速度分布为抛物线形状。管中心 的流速最大，向管壁的方向渐减，靠管壁的流速为 零。平均速度为最大速度的一半。
湍流速度分布：类似抛物线，顶部宽阔而平坦，管壁 较陡。Re↑，顶部越平坦，管壁越陡。