当前位置：文档之家 › 《化工原理》(化工基础)_流体流动2

《化工原理》(化工基础)_流体流动2

  • 格式：pdf
  • 大小：2.81 MB
  • 文档页数：44

下载文档原格式

  / 44

合集下载

2 化工原理_刘雪暖_第1章流体流动流体静力学

2 化工原理_刘雪暖_第1章流体流动流体静力学

⒉压力的单位及换算：
1atm=1.013105 Pa=10.33 mH2O=760mmHg 1at=9.81104Pa=10mH2O=735.6mmHg=1kgf/cm2 1atm=1.033at 1bar=1105Pa 1kgf/m2=1mmH2O
1.2 流体静力学 ⒊压力的表示方法：
以绝对真空（0atm）为基准：绝对压力，真实压力 以当地大气压为基准：表压或真空度 绝压＞大气压：压力表→表压力 表压=绝压－大气压力 绝压＜大气压：真空表→真空度 真空度=大气压力－绝压 注：①大气压力应从当地气压计上读得； ②对表压和真空度应予以注明。
整理后得：
P P1 P2 ( g ) gR gR
（ρ>>ρg）
1.2 流体静力学 ⒊斜管压差计（Inclined manometer）
采用倾斜 U 型管可在测量较小的压差 p 时， 得到较大的读数 R1 值。
压差计算式：
p 1 p 2 R 1 sin 0 g
1.2 流体静力学
（二）液面测量
• 解：
pa pb p a p o gh
h
p b p o o gR
2 . 72 m
o R

13600 1250 0 . 2
1.2 流体静力学
（三）液封高度的计算
如各种气液分离器的后面、 气体洗涤塔底以及气柜等, 为了防止气体泄漏和安全等 目的，都要采用液封(或称 水封)。
根据流体静力学基本方程式，可得：
P A P1 gZ 1
PB P2 gZ 2 0 gR
P1 gZ 1 P2 gZ
2
0 gR

化工原理 第二章 流体流动.

化工原理 第二章 流体流动.
内容提要
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：


0
p p0
T0 T

0
T0 p0
p T

Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m

a1
1

a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作

化工原理(华理)-流体流动- [考研大题]

化工原理(华理)-流体流动- [考研大题]
hf = ∆p l u2 = h1 − h2 = λ ρg d 2g Q u ↓⇒（h1 − h2 ) ↓
2、B阀关小，u↓，上游压力↑ 所以h1↑, h2↑
hf = ∆p l u2 = h1 − h2 = λ ρg d 2g Q u ↓⇒（h1 − h2 ) ↓
判断： 已知管道有阻塞 ①判断上游、下游？ ②判断阻塞位置？ 管道发生异常，应在P1 和P2之间。 管道阻塞，阻力增大， 上 游 P ↑ ,下 游 P ↓ 所以，流体流动从P1→P2
Pa + 65334.6 = Pa + ( 1.5 + 0.02 uB = 3.85 m / s
（1）阀门部分开，PB压力变化
35 + 1.5 1000 2 )× uB 0.1 2
ρ 2 u + ρΣh f1−2 2 2
p B '＝ Pa ＋13600 × 9 .81 × 0 . 4－1000 × 9 .81 × 1 .4＝ Pa ＋ 39632 . 4
判断：
ζ1 ↑ , qV__,qV1__, qV2__,qV3__ 阀门1关小，支管流量↓，总流量↓
平行管路h f 相等，h f 1 = h f 2 = h f 3 h f 1 ↑⇒ h f 2 = λ l u2 , h f 2 ↑⇒ u 2 ↑∴ qv 2 ↑ d 2
2
3
结论 ： 支路中 局部 阻 力 系数 ↑， 如 阀门 关 小 该 支 管内 流量↓， 总 管 流 量 ↓， 其余 支 路流 量 ↑， 阀门 上游 压力 ↑， 下 游压 力 ↓。 这个规 律具 有 普 遍性 。
流体在均匀直管内作定态流动，平均速度沿流程保持 定值，并不因内摩擦而减速
实际流体
He + z1 g +

化工原理--流体力学习题及答案 (2)

化工原理--流体力学习题及答案 (2)

欢迎共阅一、单选题1．层流与湍流的本质区别是（ ）。

DA 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。

2．以绝对零压作起点计算的压力，称为（ ）。

A A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

3 A4 A 5. 6. 7.8. A. C. 9.的（ 10.11. ）。

AA. 1/4；B. 1/2；C. 2倍。

12．柏努利方程式中的项表示单位质量流体所具有的（ ）。

BA 位能；B 动能；C 静压能；D 有效功。

13．流体在管内作（ ）流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。

A A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

14．流体在管内作（ ）流动时，其质点作不规则的杂乱运动。

BA 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

15.在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的倍。

CA. 2；B. 6；C. 4；D. 1。

二、填空题1. 雷诺准数的表达式为_____ Re=dｕρ/μ_____。

当密度ρ＝1000kg.m,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s,其雷诺准数等于__10____,其流动类型为__湍流__。

平均流速的__2倍__倍。

16.流体在管内作完全湍流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（ 4 ）倍；若为层流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（ 2 ）倍。

17、若要减小流体在管道内的流动阻力，可采取哪些措施？答：大直径管道、少拐弯、缩短管路长度、少用管件18、用内径为158mm的钢管输送运动粘度为9.0×10-5m2/s。

若保持油品在管内作层流流动，则最大流速不能超过 1.8 m/s。

19、在流体阻力实验中，以水作为工质所测得的λ=（Re,e/d）关系式不适用于非牛顿型流体在直管中的流动。

化工原理流体流动

化工原理流体流动

化工原理流体流动
化工原理中的流体流动是一个重要的研究领域，它涉及到各种物质在化工过程中的传输、混合、分离等关键过程。

在化工流体流动中，流体的性质和流动行为对化工过程的效率和产品质量具有重要影响。

在流体流动的研究中，我们通常会涉及到不同的流动模式，如层流、湍流等。

层流是指流体在管道中以规则的、层次分明的方式流动，其粘滞作用较强，流速均匀。

湍流则是一种不规则的、紊乱的流动方式，其粘滞作用较弱，流速不均匀。

在化工过程中，通常会通过控制流体的流动模式来达到更好的传输效果。

另外，在化工流体流动中，物质的输送也是一个重要的问题。

液体在管道中的流动主要通过压力差和重力来实现，而气体的流动则主要受到压力差和浓度差的影响。

我们可以通过调节管道的形状和尺寸，以及控制流体的流速和粘度来实现物质的有效输送。

此外，在化工过程中，流体的混合和分离也是一个重要的问题。

混合是指将不同的物质进行均匀混合，以达到一定的反应效果或产品质量。

分离则是将混合物中的不同组分分离出来，以达到对应的目的。

在化工过程中，我们通常会使用各种设备和技术来实现流体的混合和分离，如搅拌器、离心机等。

总之，化工原理中的流体流动是一个复杂而重要的研究领域。

通过深入了解流体的性质和流动行为，我们可以更好地控制化
工过程中的传输、混合和分离等关键环节，以提高生产效率和产品质量。

化工原理流体流动总结

化工原理流体流动总结

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。

化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）

化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）

化工原理第三版（陈敏恒）上、下册课后思考题答案（精心整理版）第一章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：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。

质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。

2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。

3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。

通常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，温度上升，热运动加剧，粘度上升。

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，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。

4、静压强有什么特性?①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。

7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?由静力学方程可以导出，所以H增加，压差增加，拔风量大。

8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。

9、伯努利方程的应用条件有哪些?重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。

12、层流与湍流的本质区别是什么?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。

13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。

14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。

15、何谓水力光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁面凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时，称为水力光滑管。

化工原理(南京理工大学)01流体流动(2)_流体动力学

化工原理(南京理工大学)01流体流动(2)_流体动力学

(1) 以单位质量流体为基准
U qe hf
Σ hf：1kg流体损失的机械能为（J/kg） 假设 流体不可压缩，则 1 2 （9）
1 2 p1 1 2 p2 z1 g u1 We z2 g u2 hf 2 2
式中各项单位为J/kg。
南京理工大学化工学院化学工程系
（12） （13）
——柏努利方程式
南京理工大学化工学院化学工程系
四、柏努利方程的讨论
（1）若流体处于静止，u=0，Σhf=0，We=0，则柏 努利方程变为
z1 g
p1

z2 g
p2

说明柏努利方程即表示流体的运动规律，也表 示流体静止状态的规律 。
南京理工大学化工学院化学工程系
（2）理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、 总压头为常数，即
南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系化工原理上化工原理上第一章流体流动2流体动力学南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系1212流体动力学流体动力学121流体的流量与流速122稳定流动与不稳定流动123稳定流动系统的质量守恒连续性方程124稳定流动系统的能量守恒柏努利方程南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系121121流体的流量与流速流体的流量与流速一流量1
管内径的平方成反比 。
2
（7）
即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与
南京理工大学化工学院化学工程系
例1
如附图所示，管路由一段φ 89×4.5mm的
管 1 、 一 段 φ 108×4mm 的 管 2 和 两 段
φ 57×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水

化工原理课件第2章：流体输送

化工原理课件第2章：流体输送
3. 离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入管路的弯头、 阀门等管件，以减少吸入管路的阻力损失。
4. 当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现[Hg]为负的情况， 此时应将离心泵安装于贮槽液面以下。
化工原理——流体输送机械
2.2.6 离心泵的类型与选用 1. 类型 ① 清水泵——单级、多级、双吸 ②耐腐蚀泵——用耐腐蚀材料 ③油泵——密封良好 ④液下泵——轴封要求不高 ⑤屏蔽泵——无密封、无泄漏
qV' D' qV D
H
' e
He

D' D
2
Pa' Pa


D' D
3
——切割定律
化工原理——流体输送机械
2.2.4 离心泵的工作点与流量调节 1. 管路特性曲线
K：由管路特性决定， 一般为高度湍流，与流 量无关
化工原理——流体输送机械
管路特性的影响因素 化工原理——流体输送机械
7. 效率：有效功率与轴功率之比，即
Pe
Pa
化工原理——流体输送机械
8. 泵内的能量损失 a. 容积损失
高压液体泄漏到低压处，qV
b. 水力损失 液体内摩擦及液体与泵壳的碰撞，He c. 机械损失 轴与轴承，轴封的摩擦
化工原理——流体输送机械
轴功率：电机提供给泵轴的功率，W
Pa

Pe
H串 2 A 2BoqV2串
并联时的特性曲线为：
H并

A
Bo

qV并 2
2
H串＜2H单 qV串＞qV单
qV 并＜2qV 单 H并＞H单
化工原理——流体输送机械

化工原理 流体流动 湖北大学 郭立

化工原理 流体流动 湖北大学 郭立
用力。（低压气体）
4

理想气体标准状态密度： 0 22.4
M


已知ρ0求任意P、T下的该气体密度：
混合气体的密度： 混合液体的密度： 1
0
m 1 y1 1 y2 n ynm w1Fra bibliotekT0 P TP0
1

w2
2

wn
n
（2）比容（比体积）： 单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。
p2 p1 g( z1 z 2 )
p p0 gh
压力形式
——静力学基本方程
9
注意：
p p0 gh
1、适用于重力场中静止流体； 2、适用于不可压缩的流体。 置于容器中的气体，可视为不可压缩流体。 3、液体上方的压力一定时，静止液体内某一点的 静压强的大小与液体本身的密度与该点的位置有关。 4、在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平 面上各点的压强处处相等。压强相等的面称为等压 面。 5、压力具有传递性（巴斯加定律）：液面上方压 力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变 化。
例1-7 某厂要求安装一根输水量为30 m3/h的管 路，试选择合适的管径。
26
二
稳定流动与不稳定流动
稳定流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量 仅随位置变化，而不随时间变化； 不稳定流动：流体在各截面上的有关物理量既随位 置变化，也随时间变化。
27
三 连续性方程（质量衡算）
对于稳定流动系统，在
10
第一章、流体流动
3、压强用柱高表示：
p p0 h g
11
三、流体静力学基本方程式的应用
1、静压强的计算(举例）： 例题 流力（周谟仁）p19 2-2

化工原理2

化工原理2

或容器的内壁面、截面1-1与2-2组成的封闭体系。根据
质量守恒原理可得:
对于定态流动系统，dM/d0=0,在管路中流体没 有增加和漏失的情况下：
qm1 qm2
1u1 A1 2 u 2 A2
推广至任意截面
qs 1u1 A1 2u2 A2 uA 常数
qs 1u1 A1 2u2 A2 uA 常数
流量qv一般由生产任务决定。 流速选择：
u ↑→ d ↓ →设备费用↓
流动阻力↑ →动力消耗↑ →操作费↑
u ↓ → d ↑ →设备费用↑
均衡 考虑
流动阻力↓ →动力消耗↓ →操作费↓
常用流体适宜流速范围：
水及一般液体
粘度较大的液体 低压气体 压力较高的气体
1~3
m/s
0.5~1 m/s 8~15 m/s 15～25 m/s
定态流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量 仅随位置变化，而不随时间变化；
T , p, u f ( x, y, z)
非定态流动：体在各截面上的有关物理量既随位 置变化，也随时间变化。
T , p, u f ( x, y, z, )
1.2.4、 定态流动系统的质量守恒——连续性方程
如图，选择一段管路或容器作为所研究的控制体，选择 一段管路或容器作为研究对象，该对象的恒算范围为管
U q e pdv
' v2 v1
q
' e
流体与环境所交换的热
阻力损失 h f
即：qe qe h f
'
U qe h f pdv
v2 v1
u2 代入U gZ pv qe We中，得： 2

化工原理期末复习重点

化工原理期末复习重点

化工原理期末复习重点第1章 流体流动1.1标准大气压(atm)=1.013×105Pa=1.033kgf/cm 2=10.33m H 2O=760mm Hg 1(at)=1kgf/cm 2 =9.81×104Pa 表压＝绝对压力－大气压力 真空度＝大气压力－绝对压力＝－表压2.静力学基本方程式 2a p p gh ρ=+（1）当液面上方的压力一定时，在静止液体内任一点压力的大小，与液体本身的密度和该点距液面的深度有关。

因此，在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点，因其深度相同，其压力亦相等。

压力相等的水平面，称为等压面。

（2）当液面的上方压力p a 有变化时，必将引起液体内部各点压力发生同样大小的变化。

3. q v :体积流量 m 3/s m 3/h q m :质量流量 kg/s kg/h u:流速（平均速度） m/sm v q q ρ=22//44V V m q q q u m s A d d ρππ===4.流体在管道中的流动状态可分为两种类型。

（1）层流：若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间互相不混合，充满整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动，这种流动状态称为层流或滞流。

（2）湍流：当流体流速增大时，若有色液体与水迅速混合，则表明流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点还做剧烈的径向脉动，这种流动状态称为湍流或絮流。

（3）区别：有无径向脉动。

5.雷诺数Re du ρμ=Re≤2000 流动类型为层流 Re ≥4000 流动类型为湍流2000<Re<4000 流动类型不稳定，可能是层流，也可能是湍流，或者两者交替出现，与外界干扰情况有关。

这一范围称为过渡区。

6.（1）流体在圆管中层流时，其平均速度为最大速度的一半，max 1u =。

（2）在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流体作层流流动，称这一极薄流体层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。

922化工原理二

922化工原理二

922化工原理二
922化工原理二是一门课程，主要涉及化学工程领域的基本理论和实践。

这门课程的重点包括流体流动、热量传递、物质传递、化学反应等方面的基本原理。

在学习这门课程时，学生需要掌握以下几个关键知识点：
1. 流体流动：主要包括流体的基本性质、流体流动的规律、流速与压强的关系等。

此外，还需要了解流量计、泵、压缩机等设备的工作原理。

2. 热量传递：涉及热传导、对流传热和辐射传热等基本方式，以及换热器、冷却塔等热交换设备的设计和计算。

3. 物质传递：主要包括物料输送设备（如输送泵、压缩机等）的工作原理和选用，以及固体颗粒的输送和干燥原理。

4. 化学反应：涉及化学反应速率、反应器类型、反应动力学等内容。

学生需要了解不同类型的反应器（如釜式反应器、管式反应器等）及其设计方法。

5. 单元操作：主要包括分离技术（如蒸馏、萃取、离子交换等）、蒸
发、结晶等单元操作的基本原理和设备。

6. 化工工艺设计：涉及工艺流程的优化、设备选型、操作参数的确定等。

通过学习这门课程，学生将具备化学工程领域的基本理论知识，为后续的专业课程和实践环节打下基础。

在实际应用中，这些知识将有助于分析和解决化学工程领域的问题，为我国化工行业的发展作出贡献。

化工原理课后习题答案(全)

化工原理课后习题答案(全)

绪论1解：换算因数： 1.010********/==⋅=⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅sm kg s m s cm g sN m scm g spa scm g∴1g ⋅cm -1⋅s -1=0.1pa ⋅s 2.解：51001325.1Paatm ⨯= 1m N Pa 2=⋅- 1m N J =⋅ 3310m L -= ∴2321001325.1m J m N m N atm L ⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅-∴21001325.1J atm L ⨯=⋅以J ·mol -1·K -1表示R 的值R =0.08206×1.01325×102 J ﹒mol -1﹒K -1=8.315 J ﹒mol -1﹒K -1第一章 流体流动1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa2.解：设右侧水面到B ′点高为h 3，根据流体静力学基本方程可知P B =P B ′ 则ρ油gh 2=ρ水gh 3mm mkg mmm kg h 4921000600820h 3323=⋅⨯⋅==--水油ρρ h=h 1+h 3=892mm5解:以图中截面a-a ′为等压面，则P 啊=Pa ′ρ油g(h 1+h 0)=ρ油g(h 2-R+h 0) + ρ水银gR （h 0为水银压差计高液面与容器底部的高度差） ∴ h 2=h 1 + R - ρ水银R/ρ油 = 4 +0.2-13600*0.2/860 = 1.04m6解：h=P(表压)/ ρ水g =81.9*10001000*10 =1.02 m7.解：由公式AVsu =可得 Vs=uA=u πd 2/4=0.8×π×(57-3.5×2)2×10-6/4=1.57×10-3m 3/sWs=Vs ρ=1.57×10-3×1840=2.89kg/ss m kg u AWsG ⋅=⨯===2/147218408.0ρ 9解：以地面以下的水管所在的平面为基准水平面，则：fh Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z 1=9m, u 1=0, P 1=P 2=P 0 ,Z 2=4m,u 2=u∴9.81*9=9.81*4+222u +40*222u∴u=1.55m/s,Vs=uA=1.55*3.1415926*0.0252=10.95m3/h 若Vs'=Vs*(1+25%)=1.25Vs,则u'=1.25u=1.9375m/s ∴Z 1-Z 2=7.86m,即将水箱再升高7.86-5=2.86m 10解:Vs=8m3/h 时，该系统管路中水的流速为u 1=4Vs/3600πd 2=4*8/3600*3.1415926*0.0532=1.008m/s以压力表处为截面1-1'，水箱液面为截面2-2'，并以截面1-1'为基准水平面，则：f h Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z2-Z1=24m P2=0 u2=0∴P1=(234.93+∑h f )*1000而3424.5001.01000*008.1*053.0Re===μρduε/d=0.2/53=0.00377查表得λ=0.0282 ∴∑h f = （h f + ξ）﹒u 12/2 =（0.0282*100/0.053 + 1）* 1.0082/2 =27.54J/Kg ∴P 1=(234.93+27.54)*1000=0.262MPa即压力表的读数为0.262MPa 时才能满足进水量为8m3/h 的需要。

化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解

化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解
密度 1 800kg / m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

例1-3
2
2’
1
1’
为什么？
例1-4
伯努利方程：
连续性方程：
对非等截面管道,结合连续性方程求解是这类问题处理的普遍方法。
1.4 流动阻力的计算 • 柏努利方程中的能量损失项
u12 p1 u2 2 p2 gZ1 We gZ 2 Wf 2 2 u12 p1 u2 2 p2 Z1 He Z2 hf 2g g 2g g
1
l
2 (1-13)
(1-12)
1.4.1 圆形直管阻力公式
1 u p1 F’ 2 p2 d
1
l
2 (1-13) 范宁(Fanning)公式
单位：m
层流，湍流均适用
1.4.2 层流时摩擦因数λ计算(1)
(1-13) (1-14) (1-11) 范宁公式 哈根-泊谡叶方程 由伯努利方程得到
层流时的摩 擦因数λ计 (1-15) 算公式
1.4.4 量纲分析法 因次的一致性原则： 即每一个物理方程式的两边，不仅数值 相等，而且因次也必须相同。 白金汉（Buckinghan）π 定理
设影响某一物理现象的独立变量数为 n 个，这些变量的基本量纲数为m个，则该物理 现象可用N＝（n－m）个独立的量纲为一的量 之间的关系式表示。
1.4.4 量纲分析法 湍流时摩擦阻力系数的影响因素： 流体性质：， 流动的几何尺寸：d，（管壁粗糙度） 流动条件：u
1.4.2 层流时摩擦因数λ计算(2)
(1-14) 哈根-泊谡叶方程
(1-14a)
(1-14b) 流量与单位长度上的压力降成正比，与管径 的四次方成正比。
乌氏粘度计的原理 (1)
l hf
(1-15)
乌氏粘度计的原理 (2)
乌氏粘度计的原理 (3)
校验Re是否在层流范围
在层流范围，计算结果成立。
u p gZ 常数 J/kg 2
2
gz为单位质量液体所具有的位能，
p/ρ为单位质量液体所具有的静压能。
u2/2为单位质量流体所具有的动能.
注: u2/2, gZ, P/ρ, m2/s2 =kgm2/kgs2=N m/kg =J/kg
位能、静压能及动能均属于机械能，三者之和称 为总机械能或总能量。
中山大学《化工原理》(化工基础)
流体流动
主讲：莫冬传
Modongch#(将#改为@)
1.3.1 伯努利方程的导出
1-1截面具有的能量 +由泵获得的能量 =2-2截面具有的能量 +摩擦损耗
2 mu12 m1 mu2 m 2 mgz1 mWe mgz2 mW f (J) 2 2
(1-9)
原始的伯努利方程，也称为流体动力学方程，是柏努利 （Bernouli）首先从理论上导出的。
1.3.1 伯努利方程的导出
当u = 0, 伯努利方程变成静力学方程。 静止是流动的特殊形式！
对于静止的、不 可压缩的流体
(J/kg)
(Pa)
1.3.1 伯努利方程的导出：意义
理想流体伯努利方 程式的物理意义
6
1.3.1 伯努利方程的导出：讨论
在没有能 量损失的情况 下(理想流体), 任何一个截面 上总机械能守 恒. 相互转化！
u p gZ 常数 (J/kg) 2
2
1.3.1 伯努利方程的导出：讨论
柏努力方程的其他形式:
Z+ P/ρg + u2/2g = 常数 单位:米,或J/N.指单位重量流体具有的能量. 位压头, 静压头, 动压头, 总压头守衡. ρgZ + P +ρu2/2 = 常数
1.4 流动阻力的计算 2．流动阻力分类
h
f
直管阻力 局部阻力 hf h
直管摩擦损失
' f
(m)
直管(等径或不等径) 管路输送系统 管件或阀门
局部摩擦损失
1.4.1 圆形直管阻力公式
1 u 2 (1-11) d
1
l
2Leabharlann 2 u12 p1 u2 p2 z1 H e z2 hf 2g g 2g g
单位:J/m3,或Pa, 指单位体积流体具有的能量.
8
1.3.1 伯努利方程的导出：讨论 a.以单位质量流体为基准 , J/kg
u p1 u p2 gz1 We gz2 Wf 2 2
b.以单位重量流体为基准, J/N = m
2 u12 p1 u2 p2 z1 H e z2 hf 2g g 2g g
(m)
1.4.1 圆形直管阻力公式
1 u p1 F’ 2 (1-11) p2 d
1
l
2
1.4.1 圆形直管阻力公式
1 u p1 F’ 2 (1-11) p2 d
1
l
2
(1-12)
流体只有在流动情况下才产生阻力，阻力与流 速u有关。并且与u2成正比，与管长l成正比。
1.4.1 圆形直管阻力公式
1 u p1 F’ 2 (1-11) p2 d
例1-3
1.作图; 2.选截面; 3.确定基准面 2 2’
h
1 1’
为什么？
例1-3
进入系统的能量，应该与 机械输送的能量相加
2
2’
h
1 1’
离开系统的能 量，应该与能 量损失相加
• 上游截面与下游截面的确定！！ • 柏努利方程更确切的表达式为：
上游截面的三项能量+从输送机械获得的能量
= 下游截面的三项能量+管道中的摩擦损失能量
f d , u, , ,
1.4.4 量纲分析法 摩擦系数λ与管径d、流速u、密度ρ、粘 度μ、管壁粗糙度ε有关。 将λ写成幂指数形式得：
Kd u
a b c d
dim λ = M0T0L0 dim d = L dim u = LT-1 dim μ = MT-1L-1
2 u12 1 u2 gz1 We gz2 2 Wf 2 2
(J/kg)
(1-7)
1.3.1 伯努利方程的导出
若无输送机械，是理想流体，忽略摩擦损失：
2 u12 1 u2 gz1 gz2 2 2 2 2 u12 1 u2 z1 z2 2 2g g 2g g
1.3 伯努利方程的应用：注意事项 1、作图：
根据题意画示意图，注明有关参数，指出流动方向，使问 题直观化。
2、选截面：★
在连续系统中选两截面，以确定衡算范围。两截面均应与 流体流动方向垂直，且在已知条件最多的面上（如系统的起 点和终点），还要包含所求的未知量。
3、确定基准面： ★
基准面用以衡量位能的大小的基准，通常选用两截面中较 低的或与两截面中心线重合的一个水平面为基准面。
dim ρ = ML-3 dim ε = L
e
1.4.4 量纲分析法
LM T
0 0 0
K ( L) ( LT ) ( ML ) ( MT L ) L
a
1 b
3 c
1 1 d
e
1.4.4 量纲分析法
通过实验确定
λ与两个无量纲数组有关。
duρ Re μ
待续
例1-1
1.作图 2.选截面 3.确定 基准面
例1-1
1.3.4 伯努利方程应用举例 【例 1-3】用虹吸管从高位槽向反应器加料 ，高位槽和反应器均与大气连通，要求料液 在管内以 1 m/s的速度流动。设料液在管内 流动时的能量损失为 20 J/kg（不包括出口 的能量损失），试求高位槽的液面应比虹吸 管的出口高出多少？
36
• 层流时的摩擦阻力系数λ计算公式
(1-15)
如何计算 湍流时的摩擦阻力系数λ？
1.4.4 量纲分析法 摩擦阻力的计算，关键是寻求摩擦阻力系 数λ的计算。 问题:湍流时影响因素的复杂性,难以通过 数学方程式直接求解. 解决方法:须通过实验建立经验关联式—— 因次分析方法。 优点:借助因次分析方法规则组织试验，以 减少试验工作量，并使试验结果整理成便 于推广应用的经验关联式。
(J/kg)
单位质量流体流动时损失的机械能
(m)
单位重量流体流动时损失的机械能
u12 u2 2 g Z1 p1 We g Z 2 p2 p f 2 2
(Pa)
单位体积流体流动时损失的机械能
24
1.4 流动阻力的计算 1．流动阻力产生的原因 a.流体有粘性，流动时产生内摩擦—— 阻力产生根源 b.固体表面促使流动流体内部发生相对 运动——阻力产生的条件 c.流动阻力大小与流体本身物性（主要 为,）,壁面形状及流动状况等因素有关。
1.3 伯努利方程的应用：注意事项 4、注意单位：
统一使用SI单位，其中压强除要求单位一 致，表示方法也要一致，可用绝对压强， 也可用表压，但必须统一。
例1-1 例 1-1： 1.作图 2.选截面 3.确定 基准面
例1-1
1.作图 2.选截面 3.确定 基准面
例1-1
1.作图 2.选截面 3.确定 基准面
2 1
2 2
c.以单位体积流体为基准,
J/m3 = Pa
2 u2
gZ 1
u12
2
P1 We gZ 2
2
P 2 p f
1.3 伯努利方程的应用 1)确定管道中流体的流量
对非等截面管道,要结合连续性方程求解,这是这 类问题处理的普遍方法。
2)确定设备间的相对位置 3)确定输送设备的有效功率 4)确定管路中流体的压强
5
1.3.1 伯努利方程的导出：讨论
u1 p1 u2 p2 gZ1 gZ 2 2 2