流体流动与输送ok解析课件.ppt
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1、第二章 流体流动与输送掌握:掌握:1、流体的密度、黏度和压强的定义、单位和换算、流体的密度、黏度和压强的定义、单位和换算2、流体静力学基本方程式、流量方程式、连续性方程式、柏、流体静力学基本方程式、流量方程式、连续性方程式、柏努利方程式及其应用努利方程式及其应用3、流体的流动类型及其判定,雷诺数及其计算、流体的流动类型及其判定,雷诺数及其计算4、流体在圆形直管内阻力及其计算、流体在圆形直管内阻力及其计算了解:了解:1、圆形直管内流体流动的速度分布,边界层的基本概念、圆形直管内流体流动的速度分布,边界层的基本概念2、非圆形管内流体阻力的计算,当量直径,局部阻力的计算、非圆形管内流体阻力的计算,当
2、量直径,局部阻力的计算3、孔板流量计、转子流量计的基本结构、测量原理、孔板流量计、转子流量计的基本结构、测量原理4、了解典型流体输送设备、了解典型流体输送设备离心泵离心泵5、准数的概念及其应用,为传热、传质的学习打下基础、准数的概念及其应用,为传热、传质的学习打下基础 第一节第一节 流体静力学流体静力学一、基本名词一、基本名词(一)流体:(一)流体:承受任何微小切向应力都会发生连续承受任何微小切向应力都会发生连续变形的物质。变形的物质。n所有气体和绝大多数液体都是流体一般把液体所有气体和绝大多数液体都是流体一般把液体看成是不可压缩流体,把气体看成是可压缩流看成是不可压缩流体,把气体看成是可压缩
3、流体体 n连续性假设连续性假设-假设流体是由大量质点所组成的,彼此假设流体是由大量质点所组成的,彼此之间没有空隙,完全充满所占空间的连续介质。在流之间没有空隙,完全充满所占空间的连续介质。在流动过程中不间断,不滑脱而连续地流动。动过程中不间断,不滑脱而连续地流动。(二)密度n1、定义:单位体积流体所具有的质量,称为流体的密度。、定义:单位体积流体所具有的质量,称为流体的密度。n2、影响因素:压强、温度、影响因素:压强、温度n3、求取方法:、求取方法:液体混合物:液体混合物:气体混合物:气体混合物:n4、相对密度(比重)、相对密度(比重)n5、比体积(比容)、比体积(比容)3mkgVm1v【例例
4、2-1】假如苯和甲苯在混合时没有体假如苯和甲苯在混合时没有体积效应。求在积效应。求在20时,时,600kg苯和苯和200kg甲苯混合后混合物的密度。甲苯混合后混合物的密度。(三)(三)压强压强 n 绝对压强 n 表压 n真空度PaAFP 表压表压=绝压绝压-当地大气压当地大气压 真空度真空度=当地大气压当地大气压-绝压绝压 单位面积上所受流体单位面积上所受流体垂直方向的作用力垂直方向的作用力 常用压强单位之间的换算关系常用压强单位之间的换算关系 n1atm=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/cm2 =1.013105N/m2=1.013bar=1.013105Pan1at=
5、735.6mmHg=10mH2O=1kgf/cm2 =9.807104N/m2=0.9807bar=9.807104Pa【例例2-22-2】:在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为顶真空表读数为8080kPa,在天津操作时,真空表,在天津操作时,真空表读数应为多少?已知兰州地区的平均大气压读数应为多少?已知兰州地区的平均大气压85.385.3kPa,天津地区为,天津地区为101.33101.33kPa。分析:维持操作的正常进行,应保持相同的绝对压,分析:维持操作的正常进行,应保持相同的绝对压,根据兰州地区的压强条件,可求得操作时的绝对压。根据兰州地区的压强条
6、件,可求得操作时的绝对压。解解:绝压绝压=大气压大气压-真空度真空度 =85300 80000=5300Pa 真空度真空度=大气压大气压-绝压绝压 =101330-5300=96030Pa二、流体静力学基本方程式 1 1、形式形式:p2=p1+(z1-z2)g 或或 p2=p1+gh 或或2 2、适用条件:适用于适用条件:适用于静止静止的、的、连通连通着的着的同一种同一种连续流体。连续流体。3、方程式的意义:、方程式的意义:1)反映了静止流体内部任意两个截面压强之间的关系;)反映了静止流体内部任意两个截面压强之间的关系;2)在静止、连续、均质的流体中,处在同一水平面上)在静止、连续、均质的流体
7、中,处在同一水平面上 各点的压强相等;各点的压强相等;3)可以用流体柱高度表示压强大小,但是必须注明流体种类。)可以用流体柱高度表示压强大小,但是必须注明流体种类。三、流体静力学基本方程式的应用液体静压强的测量(液体静压强的测量(U型管压差计)型管压差计)1、构成:、构成:U型玻璃管、指示液、标尺型玻璃管、指示液、标尺 指示液要求:不互溶、不反应、密度大于被测流体的密度。常用指示液:汞、水、四氯化碳、液体石蜡 2、测、测两点之间两点之间压强差压强差 3、测气体系统某一点的表压强、测气体系统某一点的表压强 p表表=0 gR 4、测某一点的真空度、测某一点的真空度p真真=0 gR n【例题例题2-
8、3】:水在附图所示的水平管内流动,:水在附图所示的水平管内流动,在管壁在管壁A处连接一处连接一U形管压差计,指示液为汞,形管压差计,指示液为汞,密度为密度为13600kg/m3,U形管开口右支管的汞形管开口右支管的汞面上注入一小段水(此小段水的压强可忽略不面上注入一小段水(此小段水的压强可忽略不计),当地大气压计),当地大气压Pa为为101.33KPa,水的密,水的密度取度取1000kg/m3,其它数据见附图,求,其它数据见附图,求A处处的绝对压强为多少的绝对压强为多少Pa?PB=PC=PD【例例2-42-4】某流化床反应器上装有两个某流化床反应器上装有两个U U型管压差计,测得型管压差计,测
9、得R R1 1=400mm=400mm,R R2 2=50mm=50mm,指示液为水银。为防止水,指示液为水银。为防止水银蒸气向空中扩散,于右侧的银蒸气向空中扩散,于右侧的U U型管型管与大气连通的玻璃管中灌入一段水,与大气连通的玻璃管中灌入一段水,其高度其高度R R3 3=50mm=50mm,试求,试求ABAB两处的表两处的表压强。压强。应用静力学基本方程式时应注意:应用静力学基本方程式时应注意:1)正确选择等压面:)正确选择等压面:等压面必须在连续、静止的同一种流体的同一水平面上;等压面必须在连续、静止的同一种流体的同一水平面上;2)方程式中各项物理量的单位必须一致。)方程式中各项物理量的
10、单位必须一致。液位测量液位测量化工生产中为了了解容器里物料的储存量,化工生产中为了了解容器里物料的储存量,需要使用液位计进行液位的测量。需要使用液位计进行液位的测量。气体气体hhp pp p液封液封装置装置液封,也称水封,是一种利用液体的静压来封闭液封,也称水封,是一种利用液体的静压来封闭气体的装置。气体的装置。p p0 0p p0 0乙炔发生器水封乙炔发生器水封第二节 流体在管内的流动一、一、流量和流速流量和流速n体积流量体积流量 qv单位时间流过导管任一截面单位时间流过导管任一截面的流体体积,的流体体积,;n 质量流量质量流量q qm m单位时间流过导管任一截面单位时间流过导管任一截面的流
11、体质量,的流体质量,n流速流速nqm =qv=uA13sm1skg Aquv导管截面积体积流量1sm流体种类及状况流体种类及状况常用流速范围常用流速范围m/s流体种类及状况流体种类及状况常用流速范围常用流速范围m/s水及一般液体水及一般液体13压力较高的气体压力较高的气体1525黏度较大的液体黏度较大的液体0.518大气压以下饱和水蒸汽大气压以下饱和水蒸汽4060低压气体低压气体8153大气压以下饱和水蒸气大气压以下饱和水蒸气2040易燃、易爆的低压气体易燃、易爆的低压气体(如乙炔等)(如乙炔等)此时管壁粗糙度对于的影响与层流相同。当b此时壁面粗糙度对影响成为重要因素。摩擦因数计算方法n圆管层
12、流:解析法圆管层流:解析法n圆管湍流:圆管湍流:因次分析因次分析 其它其它(类似律、唯象理论类似律、唯象理论)n粗糙情况的影响粗糙情况的影响n研究结果:经验关联式研究结果:经验关联式 算图算图n局部阻力局部阻力光滑管22232328dluplpdulpRubbbHagen-Poiseuille公式:公式:Fanning公式公式gudlHudlhudlpff222222比较比较Hagen-Poiseuille公式和公式和Fanning公式,得:公式,得:圆管层流的摩擦因数:圆管层流的摩擦因数:Re6464du2、滞流时、滞流时 计算公式计算公式gPPHf21【例例2-8】20的甘油在的甘油在1管
13、中以管中以0.2m/s流速流动,求流速流动,求流过每米管长时的摩擦阻力。流过每米管长时的摩擦阻力。20时甘油的粘度为时甘油的粘度为1499厘泊,比重为厘泊,比重为1.26,1管的规格为管的规格为33.53.25解:当流速为0.2m/s时,求得:Re=du/=(0.0270.21260)/(149910-3)=4.54流动型态为层流,流过每米管长时的阻力损失为:kgJudlhf/44.1022.0027.0154.4642Re64223、湍流时 的计算 n注意公式适用范围(雷诺数、粗糙度)注意公式适用范围(雷诺数、粗糙度)25.0Re3164.01000003000Re 光滑管光滑管 柏拉修斯柏
14、拉修斯(Blasius)式:式:过渡区过渡区/d=5.6610-3 Re=1.2 105 =0.032 例例 20的水在直径为的水在直径为60mm3.5mm的镀锌铁管中的镀锌铁管中以以1ms-1的流速流动,试求水通过的流速流动,试求水通过100m长度管子的压长度管子的压头损失为多少。镀锌铁管绝对粗糙度头损失为多少。镀锌铁管绝对粗糙度0.2mm解:解:查手册得查手册得20水水,=998.2kgm-3,=1.005103Pas 已知已知 d60-3.5253mm,l=100m,u1ms-1 所以所以 Re=du/=0.0531998.2/1.00510-3=5.26 104(湍流)(湍流)0.2m
15、m,则则/d0.2/530.004在莫狄图中找到在莫狄图中找到 Re5.26104,再在右边找到,再在右边找到/d0.004的线,通过的线,通过两者的交点在左边读出两者的交点在左边读出值值0.031。压头损失为:压头损失为:=0.031(100m/0.053m)(12m2s-2/29.807ms-2)=2.98 m水柱水柱 gudlHf22非圆形非圆形直管阻力损失直管阻力损失非圆形截面管道流体流动的阻力损失可采用圆形管道的公式非圆形截面管道流体流动的阻力损失可采用圆形管道的公式来计算,只需用当量直径来计算,只需用当量直径 de 来代替圆管直径来代替圆管直径 d当量直径定义:当量直径定义:流体浸
16、润周边即同一流通截面上流体与固体壁面接触的周长流体浸润周边即同一流通截面上流体与固体壁面接触的周长非圆形截面管道的当量直径 Ade44流体浸润周边流通截面积baabbaabde224ddddddde1212212244abr2r1导致局部阻力的部分管件阀门倒流 分离点u0 D ACCBxAB:流道缩小,顺压强梯度,加速减压:流道缩小,顺压强梯度,加速减压BC:流道增加,逆压强梯度,减速增压:流道增加,逆压强梯度,减速增压CC以上:分离的边界层以上:分离的边界层CC以下:在逆压强梯度的推动下形成倒流,产生大量旋涡以下:在逆压强梯度的推动下形成倒流,产生大量旋涡局部阻力损失计算局部阻力损失计算 局
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