化工原理-流体静力学方程
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孔板流量计泵水封填料塔水池把流体视为由无数个流体微团(或流体质所组成,这些流体微团紧密接触,彼此没有间隙。
这就是连续介质模型。
流体微团(或流体质点):宏观上足够小,以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点;同时微观上足够大,它里面包含着许许多多的分子,其行为已经表现出大量分子的统计学性质。
一.连续介质模型§1.1 概述第一节流体静力学基本方程式静止:流体在重力和压力作用下达到平衡。
静止流体的规律:实际上是流体在重力作用下内部压力的变化规律。
一、流体的密度1.定义:单位体积流体所具有的质量。
ρ= m / V [ kg / m 3]获得方法:(1)查物性数据手册(附录2,3,5,6)(2)公式计算:2、影响ρ的主要因素:m pMV RTρ==()p t f ,=ρ液体:()t f =ρ——不可压缩流体气体:()p t f ,=ρ——可压缩流体3. 气体密度的计算压力不高时气体的密度可按理想气体方程进行计算:,wn wB wA x x x 、、、⋯总其中m m x iwi =假设混合后总体积不变,4、混合物的密度1)液体混合物的密度ρm (原则:混合前后总体积不变)取1kg 液体,令液体混合物中各组分的质量分率分别为:iwi m x kg m == 1时,当总mnwnwBwAm x x x V ρρρρ总总=+++=21nwnwBwAmx x x ρρρρ+++=∴211——液体混合物密度计算式2)气体混合物的密度(原则:混合前后总质量不变)取1m 3 的气体为基准,令各组分的体积分率为:x vA,x vB ,…,x Vn , 其中:混合物中各组分的质量为:Vn n VB VA x x x ρρρ,......,,21知,由Vm=ρiVi V x =当V 总=1m 3时,若混合前后, 气体的质量不变,总总V x x x m m n n ρρρρ=+++=.......2211当V 总=1m 3时,nn m x x x ρρρρ+++=......2211——气体混合物密度计算式ivi V x V =总在数值上:ρν1=1)比容:单位质量的流体所具有的体积,用υ表示,单位为m 3/kg 。
第一章流体静力学基本方程: )(2112z z g p p -+=ρ或ghp p ρ+=0双液位U 型压差计的指示::)21(21ρρ-=-Rg p p ) R 高度差 液封高度:h=p /ρg质量流量qm=ρqv ;流速:u=qv /A ;质量流速:ω= qm /A=ρu ;管路直径:d=连续性方程:常数=uA理想流体的伯努力方程:ρρ222212112121p u g z p u g z ++=++ 实际流体机械能衡算方程:f e h p u g z W p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121不可压缩流体定态流动的柏努利方程式:––––能量衡算式牛顿粘性定律:dyduμτ= 雷诺数:μρdu =Re哈根-泊谡叶方程:232dlup f μ=∆ 范宁公式:ρρμλfp dlu u d l Wf ∆==⋅⋅=22322 摩擦阻力损失22u d l h f λ= 层流 Re64=λ非圆管当量直径 ∏=Ad e 4 局部阻力:2'2'22u h u d l h f e f ⋅=⋅⋅=ξλ或;流道突然扩大:2211⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ;突然缩小:22115.0⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ孔板流量计 ρP∆=200A C q V , g R i )(ρρ-=∆P第二章 扬程泵的有效功率 e V e H gq P ρ=泵效率 aeP P =η流体输送机械的效率:NN e=η管路特性曲线:∑+=Hf H H e ,其中gpz H ρ∆+∆=,g u d l l H e f 2))((2ξλ∑++∑=∑ 离心泵的汽蚀余量:gp g u g p NPSH vρρ-+=2211 离心泵的允许安装高度:10,0)(----=f r vg H NPSH gp p H ρ,10,212'---=f s g H g u H H 最大允许安装高度 100][-∑--=f Vg H gp g p H ρρ]5.0)[(+-r NPSH第三章层流区重力沉降速度:()μρρ182gd u s t -=斯托克斯沉降公式 μρρ18)(2gd u p p t -=, 2Re <p过滤速率基本方程 )(22e V V KA d dV +=τ , 其中 φμ012r K S -∆=P 恒速过滤 τ222KA VV V e =+ 恒压过滤 τ222KA VV V e =+第四章傅立叶定律:n t dAdQ ϑϑλ-=,dx dt A Q λ-=热导率与温度的线性关系:)1(0t αλλ+= 单层壁的定态热导率:bt t AQ 21-=λ,或mA b tQ λ∆=单层圆筒壁的定态热传导方程: )ln1(21221r r t t l Q λπ-=或m A b t t Q λ21-=牛顿冷却定律:)(t t A Q w -=α,)(T T A Q w -=α流体在圆管内强制对流传热:10000Re >,1600Pr 6.0<<,50/>d ln Nu Pr Re 023.08.0=,或nCp du d ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λμμρλα8.0023.0,其中当流体被加热时,n=0.4,当流体被冷却时n=0.3普朗克数 λμp C =Pr 努塞尔数 λαlNu =传热速率方程式 m t KA Q ∆= 2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆热量衡算式:无相变时: )()(21222111t t C q T T C q Q p m p m -=-= 或 若为饱和蒸气冷凝:)(12221t t c q r q Q p m m -==若冷凝液出口温度T2低于饱和温度Ts 。
流体流动知识点一、 流体静力学基本方程式或 注意:1、应用条件:静止的连通着的同一种连续的流体。
2、压强的表示方法: 绝压—大气压=表压 表压常由压强表来测量;大气压—绝压=真空度 真空度常由真空表来测量。
3、压强单位的换算:1atm=760mmHg=10.33mH 2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at4、应用:水平管路上两点间压强差与U 型管压差计读数R 的关系:处于同一水平面的液体,维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体 二、定态流动系统的连续性方程式––––物料衡算式二、 定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式以单位质量流体(1kg 流体)为基准的伯努利方程:讨论点:1、流体的流动满足连续性假设。
)(2112z z g p p -+=ρgh p p ρ+=0gRp p A )(21ρρ-=-常数常数=====≠ρρρρuA A u A u w s A ΛΛ222111,常数常数======uA A u A u V s A ΛΛ2211,ρ21221221///圆形管中流动,常数d d A A u u A ===ρf h u P gZ We u P gZ ∑+++=+++2222222111ρρ2、理想流体,无外功输入时,机械能守恒式:3、可压缩流体,当Δp/p 1<20%,仍可用上式,且ρ=ρm 。
4、注意运用柏努利方程式解题时的一般步骤,截面与基准面选取的原则。
5、流体密度ρ的计算:理想气体 ρ=PM/RT混合气体混合液体上式中:x vi ––––体积分率;x wi ––––质量分率。
6、gz 、u 2/2、p/ρ三项表示流体本身具有的能量,即位能、动能和静压能。
∑h f 为流经系统的能量损失。
We 为流体在两截面间所获得的有效功,是决定流体输送设备重要参数。
输送设备有效功率Ne=We·w s ,轴功率N=Ne/η(W )7、以单位重量流体为基准的伯努利方程, 各项的单位为m : [m] 22112212g 22f P u P u Z He Z H g g gρρ+++=+++ 以单位体积流体为基准的伯努利方程,各项的单位为Pa :[]22e f a f f u W gh p h p p h ρρρρρ∆=+∆++∑∆=∑而2222222111u P gZ u P gZ ++=++ρρvn n v v m x x x ρρρρ+++=Λ2211f e H gu g p Z H +∆+∆+∆=22ρnwn w m w m x x x ρρρρ+++=Λ22112212112222f u u gZ P We gZ P h ρρρρρρ+++=+++∑3、流型的比较:①质点的运动方式;②速度分布,层流:抛物线型,平均速度为最大速度的0.5倍;湍流:碰撞和混和使速度平均化。