化工基础-第二章 流体流动汇总
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化工原理流体流动知识点总结化工原理中的流体流动是指在化工过程中物质(气体、液体或固体颗粒)在管道、设备或反应器中的运动过程。
了解流体流动的知识对于化工工程师来说至关重要。
下面是关于流体流动的一些重要知识点的总结。
1.流体的物理性质:-流体可以是气体、液体或固体颗粒。
气体和液体的主要区别在于分子之间的相互作用力和分子间距。
-流体的物理性质包括密度、黏度、表面张力、压力和流速等。
2.流体的运动方式:- 流体的运动可以是层流(Laminar flow)或紊流(Turbulent flow)。
-在层流中,流体以平行且有序的方式流动,分子之间的相互作用力主导着流动。
-在紊流中,流体以非线性和混乱的方式运动,分子之间的相互作用力相对较小,惯性和湍流运动主导着流动。
3.流体的流动方程:-流体流动可以通过连续性方程、动量方程和能量方程来描述。
-连续性方程(质量守恒方程)描述了流体在空间和时间上的质量守恒关系。
-动量方程描述了流体中的力平衡关系,包括压力梯度、黏度和惯性力等因素。
-能量方程描述了流体中的能量守恒关系,包括热传导、辐射和机械能转化等因素。
4.管道流动:-管道中的流体流动可以是单相(单一组分)或多相(多个组分)。
-管道流动的主要参数包括流速、压力损失和摩阻系数等。
- 常用的管道流动方程包括Bernoulli方程、Navier-Stokes方程和Darcy-Weisbach方程等。
5.流体输送:-流体输送是指将流体从一个地点输送到另一个地点的过程。
-在流体输送中,常用的设备和装置包括泵、压缩机、阀门、流量计和管道系统等。
-输送过程中要考虑流体的性质、流速、压力损失以及设备的选型和操作条件等因素。
6.流体混合与分离:-流体混合和分离是化工过程中常见的操作。
-混合可以通过搅拌、喷淋、气体分散等方法实现。
-分离可以通过过滤、沉淀、蒸馏、萃取和膜分离等方法实现。
7.流体力学实验:-流体力学实验是研究流体流动和相应现象的方法之一-常用的流体力学实验包括流速测量、压力测量、流动可视化和摩擦系数测定等。
(完整版)化工原理各章节知识点总结第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况,如空间各点的速度、压强、密度等,即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p 不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线,是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线,是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零,而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小,因为液体分子间距离较小,以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大,因为气体分子间距离较大,以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体,无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性,即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
化工原理流体流动总结1. 引言流体流动是化工过程中一个非常重要的基本行为,对于化工工程师来说,了解流体的流动规律和特性是非常关键的。
本文将对化工原理中流体流动的一些基本原理进行总结和概述。
2. 流体的基本性质在研究流体流动之前,我们首先需要了解流体的基本性质。
流体是一种物质状态,具有两个基本特征:能够流动和没有固定形状。
流体可以分为液体和气体两种,液体的分子之间存在着较强的分子间吸引力,而气体的分子间距离较大,分子间作用力相对较弱。
3. 流动的基本原理流动涉及到流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理。
3.1 流量和流速流量是指单位时间内流体通过某一横截面的体积或质量的多少,通常用符号Q表示。
流速是指单位时间内流体通过一个给定横截面的速度,通常用符号v表示。
流量和流速之间的关系可以用以下公式表示:Q = Av其中,A表示横截面积。
3.2 流体的连续性方程流体的连续性方程是质量守恒的基本原理,它表明流体在任意给定的流管截面上,流入该截面的质量等于流出该截面的质量。
连续性方程可以用以下公式表示:ρ1A1v1 = ρ2A2v2其中,ρ是流体的密度,A是截面积,v是流速。
3.3 流体的动量方程流体的动量方程描述了流体内部压力、速度和力的关系。
动量方程可以用以下公式表示:Δp + ρgΔh + 1/2ρv1^2 - 1/2ρv2^2 = ∑F其中,Δp是压力变化,ρ是流体的密度,g是重力加速度,Δh是高度变化,v1和v2是流体在不同位置的速度,∑F表示所有外力的合力。
3.4 流体的能量方程流体的能量方程描述了流体内部压力、速度和能量的关系。
能量方程可以用以下公式表示:Δp + ρgΔh + 1/2ρv1^2 + P1 - 1/2ρv2^2 - P2 = ∑H其中,P是流体单位体积的压力,Δp是压力变化,ρ是流体的密度,g是重力加速度,Δh是高度变化,v1和v2是流体在不同位置的速度,∑H表示所有外力对流体做的工作。
第二章 流体流动与输送§1、流体静力学一、流体的密度 (一)、密度和相对密度 1、密度单位体积流体的质量称为流体的密度,单位为 kg/m -3对于液体:V m =ρ对于气体:当压力不太高,温度不太低时,其密度可以近似地用理想气体状态方程式计算。
即:RTMm nRT pV ==RTM V m ρρ==式中,p —气体的压(绝对压力),kPaM —气体的摩尔质量,kmol kgT —气体的热力学温度,K R —摩尔气体常数,K kmol kJ ⋅314.8n —气体的物质的量,kmol2、相对密度相对密度为物质密度与C ︒4时纯水密度之比,用符号d 表示其量纲为一OH d 2ρρ=(二)、混合气体的密度混合气体的密度为各组分的密度与其在混合物中的摩尔分数的乘积的和。
即:()∑=ii m y ρρ(三)、混合液体的密度(参考谭天恩编《化工原理》上册 P10 页,1984 年第一版)液体混合时,其体积常常发生变化,对于理想溶液,混合液的体积等于各组分的体积之和,利用这一性质得:∑==ni iimw 11ρρ,式中i w 为组分i 的质量分数。
各组分的质量分数之和为 1。
二、流体静力学方程 (一)靜力学方程在静止流体内部,取一流体柱,其底面积为 A ,设底面以上高度为 Z 的水平面上,压强为 p,流体的密度为ρ,在此水平面上取高度为dZ 的流体薄层,分析该流体薄层所的力:1、向上用于流体薄层下底的总压力,pA2、向下作用于流体薄层上底的总压力,A dp p)(+3、流体薄层的重力,gAdZ ρ由于流体处于静止状态,三力之和应为 0,设以向上的力为正,则有:0)(=-+-gAdZ A dp p pA ρ化简得:0gdZ dp =+ρ对于不可压缩流体,ρ 为常数,分离变量并积分得:⎰⎰-=2121Z Z p p dzg dp ρ2112)(z z g p p -=-ρ (1)gp z g p z ρρ2211+=+(单位为m 液柱)(2)ρρ2211gz pgz p +=+ (3)(由式(1)两边同除以 ρ 而得,单位为kg J ))(2112z z g p p -+=ρ (4)上述式(1)-(4)均为静力学方程式。
第一章、流体流动一、 流体静力学 二、 流体动力学 三、 流体流动现象四、流动阻力、复杂管路、流量计一、流体静力学:● 压力的表征:静止流体中,在某一点单位面积上所受的压力,称为静压力,简称压力,俗称压强。
表压强(力)=绝对压强(力)-大气压强(力) 真空度=大气压强-绝对压大气压力、绝对压力、表压力(或真空度)之间的关系 ● 流体静力学方程式及应用:压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 备注:1)在静止的、连续的同一液体内,处于同一 能量形式g z p g z p 2211+=+ρρ水平面上各点压力都相等。
此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。
应用:U 型压差计 gR p p )(021ρρ-=- 倾斜液柱压差计微差压差计二、流体动力学● 流量质量流量 m S kg/sm S =V S ρ体积流量 V S m 3/s质量流速 G kg/m 2s(平均)流速 u m/s G=u ρ ● 连续性方程及重要引论:22112)(d d u u = ● 一实际流体的柏努利方程及应用(例题作业题) 以单位质量流体为基准:f e W pu g z W p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121 J/kg 以单位重量流体为基准:f e h gp u g z H g p u g z ∑+++=+++ρρ222212112121 J/N=m 输送机械的有效功率: e s e W m N = 输送机械的轴功率: ηeN N =(运算效率进行简单数学变换)应用解题要点:1、 作图与确定衡算范围:指明流体流动方向,定出上、下游界面;2、 截面的选取:两截面均应与流动方向垂直;3、 基准水平面的选取:任意选取,必须与地面平行,用于确定流体位能的大小;4、 两截面上的压力:单位一致、表示方法一致;5、 单位必须一致:有关物理量的单位必须一致相匹配。
三、流体流动现象:流体流动类型及雷诺准数:(1)层流区 Re<2000 (2)过渡区 2000< Re<4000 (3)湍流区 Re>4000本质区别:(质点运动及能量损失区别)层流与端流的区分不仅在于各有不同的Re 值,更重要的是两种流型的质点运动方式有本质区别。
化工流体流动知识点总结一、流体动力学基础知识1. 流体的性质流体是一种物态,它可以分为液体和气体两种状态。
流体的特点有流动性、变形性和连续性。
2. 流体的力学性质流体的力学性质受到流体的粘性、密度、压强、速度和流体流动的稳定性等多种因素的影响。
3. 流体运动的描述流体运动可以通过流线、流量、速度、压力、流态和流体力学来描述。
4. 流场的描述流场是流体在空间中取得的分布特性,包括速度场、压力场和温度场。
流场的描述可以通过流线、流面和流管来描述。
5. 流体的动力学分析流体的动力学分析包括质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
这些定律可以用来分析流体的流动状态和特性。
6. 流体的黏性流体的黏性是流体流动性质的重要参数之一,它可以通过流体的雷诺数来描述。
7. 流体的湍流与层流流体的流动状态可以分为湍流和层流两种状态,它们在不同流动条件下具有不同的特性和稳定性。
二、常见流体流动现象分析1. 管道流动管道流动是化工领域常见的流体流动现象,它受到管道的材料、直径、长度、粗糙度和流速等因素的影响。
2. 混合流动混合流动是流体在管道中受到驱动力的作用而产生的流动现象,它在管道的转弯处、分支处和合流处表现出不同的特性。
3. 泵的运行原理泵是用来提供流体压力的装置,它基于流体的压力动力学原理进行设计和运行。
4. 喷射流动喷射流动是一种通过一个流体射流对另一个流体进行加速混合的流动现象,它可用于混合、冷却和清洗等工艺中。
5. 涡旋流动涡旋流动是一种流体在管道中产生的旋涡运动,它通常表现为流体的渦流和旋转。
6. 空气动力学空气动力学是研究空气在空间中运动和传热特性的学科,它包括空气流动、气动噪声、通风和换热等内容。
7. 风扇和风机的原理风扇和风机是用来产生气流和输送气体的机械设备,它们基于空气动力学原理进行设计和运行。
三、流体流动模拟及应用1. 流体流动模拟流体流动模拟是通过计算机模拟流体的流动状态和参数,以达到优化工艺设计、减少能耗、优化设备性能和降低生产成本的目的。
第二章1. 流体流动时有哪些流动形态?如何判别?答:流体充满导管作定态流动时基本上有两种流动形态:滞流(也称为层流)和湍流。
判别流动形态的依据是雷诺数(Re)。
Re<2000 为滞流;Re>4000为湍流;2000<Re<4000 过渡态2. 分别说明滞流和湍流时影响流体流动阻力的因素,并说明两者区别。
滞流也称为层流,其特征是:当流体在圆管中作滞流流动时,流体的质点作一层滑过一层的位移,层与层之间没有明显的干扰。
各层间分子只因扩散而转移。
流体的流速沿断面按抛物线分布;紧靠管壁的流体流速等于零,管中央的流速最大,管中流体的平均流速为最大流速的1/2.湍流的特征是:流体在流动时,流体的质点有剧烈的骚扰涡动,一层滑过一层的粘性流动情况基本消失,只是靠近管壁处还保留滞流的形态。
湍流时,靠近管壁一定距离的流体,其流速沿管壁至管心方向逐步增大,接近管中央相当大范围内的流体流速接近于最大流速;管内流体的平均流速为管中央最大流速的0.8 左右。
3. 离心泵有什么特点?有哪些主要指标?离心泵是利用快速旋转的叶轮向液体作功使液体获得离心力并转化成静压能和动能,从而使液体能克服流动时的摩擦阻力及外压力而被输送。
离心泵的特点是输出液的压头不高,但有较大的输送量。
有很大的操作机动性,能在相当广泛的流量范围内操作,流量可用排出口的阀门控制。
离心泵的主要性能参数有转速n、流量qv、扬程H、功率P 和效率η。
离心泵的主要性能参数①流量qv (m3·s-1或m3·h-1)称排液量或输送能力,指在单位时间内泵所排送的液体数量。
②扬程或压头H(米液柱) 泵对单位重力的流体所提供的有效能量,③轴功率P(W) :轴功率P:电动机传递给泵轴的功率。
有效功率pe:单位时间内泵对所输送液体所做的功④效率η表示能量损失,离心泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和物性等因素有关。
一般小泵的η为50%~70%,大型泵的可达90%。
化工原理课程综合复习提纲化工原理重要单元主要公式汇总第1章 流体流动一、机械能衡算方程式 本章内容的核心公式是机械能衡算方程式:g2ud L g 2u g P Z H g 2u g P Z 22222e 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++∑ζλρρ (单位:J/N=m ) (1-1) 应用公式(1-1)注意以下几点:(1) 稳定流动、不可压缩性流体、自1-1至2-2的控制体内流体连续。
(2) Z 1、Z 2选择同一水平基准面,通常选择地平面或控制体1-1、2-2中的较低的一个。
(3) P 1、P 2同时以绝对压计或同时以表压计,并且注意单位均统一到N/m 2 。
(4) 自高位槽或高压容器向其他地方输送流体时一般不需要流体输送机械,此时,H e =0 。
(5) 公式中的每一项均是单位流体的能量,每牛顿流体的能量焦耳,形式上的单位是米。
H e 是流体输送机械加给每牛顿流体的能量焦耳数,阻力损失项亦是每牛顿流体的能量损失焦耳数。
(6) 根据所取的1-1、2-2截面的性质,灵活地确定u 1、u 2的数值。
(7) 阻力损失项中的流速取产生阻力损失的管段上的流速,有时管段不止一段。
(8) 若控制体内的阀门关闭,1-1、2-2截面上的流体能量便不再有任何关系。
(9) 若在等直径的管段,无流体输送机械,阻力损失可以忽略,(1-1)式变成流体静力学的形式。
应用公式(1-1)可解决以下方面的问题:(1) 在确定的控制体中,达到一定的流量,确定流体输送机械加给每牛顿流体的能量焦耳数及功率。
(2) 在确定的控制体中,达到一定的流量,确定起始截面1-1的高度或压强。
(3) 在确定的控制体中,可达到的流量(流速)。
(4) 在确定的控制体中,达到一定的流量,确定管径。
公式(1-1)的另两种形式:2udL2u P g Z w 2u P g Z 22222e 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++∑ζλρρ (单位:J/kg ) (1-2) ρζλρρρρρ2ud L 2u P g Z g H 2u P g Z 22222e 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++∑ (单位:J/m 3=N/m 2) (1-3)因为机械能衡算式中的每一项均是单位流体的能量,故计算流体输送机械的功率时应注意流体的总流量V q (单位:m 3/s)。