化工原理流动精.ppt

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1、化工原理流动第1页，本讲稿共91页化工原理（单元操作）主讲：诸爱士第2页，本讲稿共91页课程介绍1.名称：化工原理名称：化工原理 B2.课时：食品、制药、生工课时：食品、制药、生工 B 54（46+8）+39（31+8）3.内容结构：理论内容结构：理论+实验实验+课程设计课程设计4.学习方式：听、理解、练习、动手、问学习方式：听、理解、练习、动手、问5.考核：考核：期末考试卷面期末考试卷面70%+实验实验20%+平时平时10%6.参考资料：教材参考资料：教材-陈敏恒陈敏恒、谭天恩、姚玉英等、谭天恩、姚玉英等 习题习题何朝洪、姚玉英等何朝洪、姚玉英等第3页，本讲稿共91页第4页，本讲稿共91页

2、工业实例工业实例 实习车间工艺实习车间工艺1物料、流体（固、液、气）的输送：泵、风机、真空泵、皮物料、流体（固、液、气）的输送：泵、风机、真空泵、皮 带带2溶液溶液结晶结晶3沉降、旋风分离沉降、旋风分离 除尘（气体）除尘（气体）4过滤过滤5吸收吸收脱吸脱吸6锻烧、蒸发、烘烤锻烧、蒸发、烘烤7传热传热 .废热锅炉废热锅炉.热交换器热交换器.8反应反应、发酵、菌种培养、发酵、菌种培养9流态化流态化制糖制糖 晒盐：晒盐：流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥等流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥等第5页，本讲稿共91页第6页，本讲稿共91页功能成分提取流程第7页，本讲稿共91页大豆分离蛋白第8页，本讲

3、稿共91页啤酒生产工艺第9页，本讲稿共91页球蛋白分离第10页，本讲稿共91页第11页，本讲稿共91页 化工原理（上册）序序一一 工业生产过程：工业生产过程：单元操作单元操作+反应反应 工艺制造过程工艺制造过程 P1单元操作特点：单元操作特点：物理性操作，物理性操作，只改状态和物性，不改化性。只改状态和物性，不改化性。共有，共有，但数目和次序不同但数目和次序不同 原理相同原理相同 设备通用，但可不一样大。设备通用，但可不一样大。分类：分类：流体力学流体力学 动量传递动量传递 热量传递热量传递 质量传递质量传递 P2二二 单位制单位制：单位单位 量纲量纲 单位制单位制 质量质量-物质量的多少，物

4、质量的多少，重量、重量、力力-地球引力的大小地球引力的大小 单位换算单位换算 例例 3 公式分类：公式分类：理论理论 经验经验 例例 4三三 概念概念 P3物料衡算物料衡算 质量守恒定律质量守恒定律 体系范围体系范围 基准基准 m入入=m出出+m积累积累 例例 1 热量衡算热量衡算-能量守恒定律能量守恒定律 边界边界 基准基准-温度温度 相态相态 例例 2平衡关系平衡关系-动态平衡动态平衡 过程速率过程速率=过程推动力过程推动力/阻力阻力第12页，本讲稿共91页教案教案1 1 例例1 1 物料衡算物料衡算 浓浓度度为为20%20%（质质量量）的的KNOKNO3 3水水溶溶液液以以1000100

5、0kg/hkg/h的的流流量量送送入入蒸蒸发发器器，在在149149温温度度下下蒸蒸出出一一部部分分水水而而得得到到浓浓度度为为50%50%的的水水溶溶液液，再再送送入入结结晶晶器器，冷冷却却至至3838后后，析析出出含含有有4%4%结结晶晶水水的的KNOKNO3 3晶晶体体并并不不断断取取走走，浓浓度度为为37.5%37.5%的的KNOKNO3 3饱饱和和母母液液则则返返回回蒸蒸发发器器循循环环处处理理。试试求求结结晶晶的的产产品品量量P P，水水分分蒸蒸发发量量W W，循循环环母液量母液量R R及浓缩溶液量及浓缩溶液量S S。解：首先根据题意，画出过程示意图：解：首先根据题意，画出过程示意

6、图：水水 W kgW kg 料液料液10001000kg/h 20%KNOkg/h 20%KNO3 3 蒸发器蒸发器 S kg/h 50%KNOS kg/h 50%KNO3 3 结晶器结晶器 结晶产品结晶产品P kg/h 4%P kg/h 4%水水 R kg/h 37.5%KNOR kg/h 37.5%KNO3 3 确定计算基准，以题给确定计算基准，以题给10001000kg/h KNOkg/h KNO3 3水溶液为准。水溶液为准。1）结晶产品量结晶产品量P P及水分蒸发量及水分蒸发量W W 划定范围划定范围-整个系统整个系统 对其进行衡算对其进行衡算 列出式列出式 总物料总物料 1000=1

7、000=W+P W+P 溶质溶质 1000(0.2)=1000(0.2)=W(0)+P(1-0.04)W(0)+P(1-0.04)解得解得 P=208.3kg/h W=791.7kg/hP=208.3kg/h W=791.7kg/h2）循环母液量循环母液量R R及浓缩液量及浓缩液量S S 划定小范围划定小范围-结晶器，作总物料衡算及结晶器，作总物料衡算及KNOKNO3 3衡算衡算 S=R+P=R+208.3 S(0.50)=R(0.375)+P(1-0.04)S=R+P=R+208.3 S(0.50)=R(0.375)+P(1-0.04)解得解得 R=766.6 kg/h S=974.9 kg

8、/h R=766.6 kg/h S=974.9 kg/h 基准基准 联系物联系物 单位单位第13页，本讲稿共91页教案教案1 1 例例2 2热量衡算热量衡算 设在一管壳加热器中，用压力为设在一管壳加热器中，用压力为136136KN/mKN/m2 2的饱和蒸汽加热空气（的饱和蒸汽加热空气（297297K K），），蒸汽流量蒸汽流量是是0.010.01kg/skg/s，空气流量是空气流量是1 1kg/skg/s，冷凝液在饱和温度（冷凝液在饱和温度（361361K K）下排出，若在这温度范下排出，若在这温度范围内，空气的平均比热是围内，空气的平均比热是1.0051.005kJ/kg.KkJ/kg.K

9、，试计算空的出口温度。（忽略热损失）试计算空的出口温度。（忽略热损失）解：取一秒为计算基准，由蒸汽表查出，解：取一秒为计算基准，由蒸汽表查出，136136KN/mKN/m2 2饱和蒸汽的焓是饱和蒸汽的焓是26892689kJ/kg kJ/kg，361K 361K水的焓是水的焓是368368kJ/kg.kJ/kg.蒸汽放出的热蒸汽放出的热=0.01(2689-368)=0.01=0.01(2689-368)=0.01 2321 2321 kJ/s=23.2 kWkJ/s=23.2 kW 设空气的出口温度为设空气的出口温度为T T，可列出热量衡算，取基准温度为可列出热量衡算，取基准温度为29729

10、7K K，于是进口于是进口 空空气的焓气的焓 为为0 0。出口空气的焓出口空气的焓=1.005(=1.005(T-297)kJ/kgT-297)kJ/kg 空气获得的热空气获得的热=1=1 1.005(1.005(T-297)kJ/s =(1.005T-298.5)kWT-297)kJ/s =(1.005T-298.5)kW 热量衡算，蒸汽放出的热热量衡算，蒸汽放出的热=空气获得的热空气获得的热+热损失热损失 23.2=1.005 23.2=1.005T-98.5+0 T-98.5+0 所以所以 T=321.7/1.005=320 KT=321.7/1.005=320 K教案教案1 1 例例3

11、 3 单位换算单位换算 已知，已知，1 1atm=1.033 kg/cmatm=1.033 kg/cm2 2,试用国家法定单位（试用国家法定单位（Pa=N/mPa=N/m2 2）表示压强。表示压强。解：先列出有关各量不同单位的关系解：先列出有关各量不同单位的关系 1 1kgf=9.81N 1 cmkgf=9.81N 1 cm2 2=10=10-4-4 m m2 2因此因此 1 1atm=1.033 kg/cmatm=1.033 kg/cm2 2=1.033=1.033(kgf(kgf 9.81N/kgf)/(cm9.81N/kgf)/(cm2 2 1010-4-4m m2 2/cm/cm2 2

12、)=1.033 =1.033 9.819.81 10104 4 N/m N/m2 2=1.0133=1.0133 10105 5 N/m N/m2 2=1.0133=1.0133 10105 5PaPa第14页，本讲稿共91页教案教案1 1 例例4 4 公式换算公式换算 水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算 D=(1.46D=(1.46 1010-4-4/p)/p)TT5/25/2/(T+441)/(T+441)式中式中 D-D-扩散系数扩散系数 英尺英尺2 2/h;ph;p压强压强atmatm，T T绝对温度，绝对温度，0 0R.R.因上述

13、单位均属应当废除的单位，需经变换，使式中各符号的单位为：因上述单位均属应当废除的单位，需经变换，使式中各符号的单位为：D-mD-m2 2/s,p-Pa,T/s,p-Pa,TK.K.解：先列出有关各量不同单位之间的关系：解：先列出有关各量不同单位之间的关系：11英尺英尺=0.3048=0.3048 m,1 h=3600 s,1 atm=1.0133m,1 h=3600 s,1 atm=1.0133 10105 5 N/m N/m2 2,1,10 0R=1/1.8 KR=1/1.8 K以以D D,p,p,T,T分别代表扩散系数，压强，温度等三个物理量，则原式可写成：分别代表扩散系数，压强，温度等三

14、个物理量，则原式可写成：D D/英尺英尺2 2/h=1.46h=1.46 1010-4-4/(p/(p/atm)/atm)(T(T/0 0R)R)5/2 5/2/(T/(T/0 0R+441)R+441)引入各换算系数进行单位变换引入各换算系数进行单位变换 D D/英尺英尺2 2/h h (0.3048m/(0.3048m/英英)2 2(1/3600(1/3600h/s)=1.46h/s)=1.46 1010-4-4/pp/(atm/(atm 1.01331.0133 10105 5Pa/atm)Pa/atm)TT/0 0RR(1/1.8)K/(1/1.8)K/0 0RR5/25/2/TT/0

15、 0RR(1/1.8)K/(1/1.8)K/0 0R+441 R+441 D D/2.581/2.581 1010-5-5mm2 2/s=/s=1.461.46 1010-4-4/(p/(p/1.0133/1.0133 10105 5Pa)Pa)(1.8T(1.8T/K)/K)5/25/2/(1.8T/(1.8T/K+441)/K+441)整理得整理得 D D/m/m2 2/s=1.659/s=1.659 1010-3-3/(p/(p/Pa)/Pa)(T(T/K)/K)5/2 5/2/(1.8T/(1.8T/K+441)/K+441)所以单位变换后的经验公式应为：所以单位变换后的经验公式应为：

16、D=(1.659D=(1.659 1010-3-3/p)/p)TT5/25/2/(1.8T+441)=(9.217/(1.8T+441)=(9.217 1010-4-4/p)/p)TT5/25/2/(T+245)/(T+245)物理量物理量=数字数字 单位单位第15页，本讲稿共91页绪论重点：单元操作特点 P1单元操作分类 P2物料衡算、热量衡算，依据、方法 P3第16页，本讲稿共91页 1 流体流动流体流动流体：流体：抗剪与抗张小抗剪与抗张小.无定形无定形.可分为不可压缩与可压缩性流体可分为不可压缩与可压缩性流体P6流动：流动：外力作用外力作用 变形变形 P6质质点点：大大量量分分子子构构成

17、成的的集集团团，相相对对容容器器与与管管道道很很小小，质质点点运运动动的的总总和和-流动流动 P6研研究究：流流体体流流动动和和输输送送；内内容容：通通过过管管路路系系统统的的压压力力变变化化，输输送送所所需需功功率率，流量测量，输送设备的选择与操作；流量测量，输送设备的选择与操作；应用应用：流体的输送，压强、流速和流量的测量。：流体的输送，压强、流速和流量的测量。1.1 1.1 静止基本方程静止基本方程 重力与压力作用重力与压力作用.平衡平衡1.1.1 密度密度 l T;g T.P 0 760mmHg l T;g T.P 0 760mmHg 第17页，本讲稿共91页1.1.2 压强压强 P8

18、 单位单位 atm,Pa,mmHg,mH2 2O,kgf/cm2 1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133 10105 Pa=0.101MPa1ata(工程大气压工程大气压)=1kgf/cm2=735.6mmHg=10.0mH2O=0.9807bar=9.807 10104 Pa表压强表压强=绝压绝压 大气压大气压 真空度真空度=大气压大气压 绝压绝压 注明注明 表压表压or 真空度真空度 未注明为未注明为绝压绝压！p0与温、湿、地位及海拔有关。与温、湿、地位及海拔有关。绝对零压线大气压线表压强真空度绝对压强第18页，本讲稿共91

19、页P1WP2Z1Z2P0P2=W+P1=g(Zg(Z2-Z-Z1)A+P)A+P1,除除A A后得后得 p p2=g(Z=g(Z2-Z-Z1)+p)+p1p p2-p-p1=g(Z=g(Z2-Z-Z1)面面1 1上移至液面面上移至液面面2 2离液面距离为离液面距离为h h则得则得 p=pp=p0+g h+g h 1.1.3 静力学方程推导静力学方程推导 在连续的同一种流体内在连续的同一种流体内静压力三特点：静压力三特点：.垂直垂直 .相等相等 .同一水平面上相等同一水平面上相等第19页，本讲稿共91页液柱受力分析并推导液柱受力分析并推导 p=p0+gh h=gh h=（p-p0）/gg说说明明

20、：1.1.证证明明了了同同一一水水平平面面各各处处压压强强相相等等，2.2.压压强强与与流流体体上上方方（大大气气压或设备内压强）压强有关，压或设备内压强）压强有关，3.3.压强可用液柱高度表示。压强可用液柱高度表示。p=pa a+1 1g h1 1+2 2g h2 2 例例 1 11.1.4 方程应用方程应用 P11-13 例题例题：压强与压差的测量：压强与压差的测量 U U 形管差压计原理形管差压计原理 微差压计原理介绍微差压计原理介绍 D D测压测压2.swf2.swf P P1 1-P-P2 2=(=(A A B B)gR)gR，P P1 1-P-P2 2=(=(A Ac c)gR)g

21、R 例例 2,3 2,3 液位的测量液位的测量 例例 4 4 液封高度计算液封高度计算 例例 5 5 D D液封液封.swf.swf第20页，本讲稿共91页p1111p2p1p2RRBBACAABABpA=p1+B BgRpB=p2+A AgRp1-p2=(A A B B)gRpA=p1+C Cg(R+H)pB=p2+A AgR+C CgH)p1-p2=(A A C C)gRHh第21页，本讲稿共91页教案教案2 例例1静力学方程应用静力学方程应用 有一开口容器内盛有油和水，油层高度有一开口容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m，密度密度1=800kg/m3，水层高度（指油、水界面与小孔的距

22、水层高度（指油、水界面与小孔的距离）离）h2=0.6m，密度密度2=1000kg/m3，1)判断下列两关系式是否成立，即判断下列两关系式是否成立，即 pA=pA,pB=pB 2)计算水在玻璃管内的高度计算水在玻璃管内的高度 h.pa pa h1 B B h h2 A A解：（解：（1）判断）判断pA=pA关系成立，因关系成立，因A与与A 两点在静止的连通着的同一两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上；流体内，并在同一水平面上；pB=pB关系不成立，因关系不成立，因B与与B两点虽在静止流体的同一水平面上，但不两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体。是连通着的同一种流体

23、。(2)计算计算h:因为因为 pA=pA pA=pa+1g h1+2g h2 pA=pa+2g h 所以所以 pa+1g h1+2g h2=pa+2g h h=(800 0.7+10000.7+1000 0.6)/1000=1.16 m0.6)/1000=1.16 m第22页，本讲稿共91页教案教案2 例例2 压强测量压强测量 蒸汽锅炉上装置一复式蒸汽锅炉上装置一复式U U形水银测压计，如图所示，截面形水银测压计，如图所示，截面2 2、4 4间充间充满水，已知对某基准面而言，各点的标高为满水，已知对某基准面而言，各点的标高为Z Z0 0=2.1m,Z=2.1m,Z2 2=0.9m,Z=0.9m

24、,Z4 4=2.0m,=2.0m,Z Z6 6=0.7m,Z=0.7m,Z7 7=2.5m=2.5m，试求锅炉内水面上的蒸汽压强。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。Pa 0Pa 0 P 7 4 3 P 7 4 3 6 5 2 1 6 5 2 1解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内，同一水平面上的压强相等，故解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内，同一水平面上的压强相等，故有：有：p p1 1=p=p2 2,p,p3 3=p=p4 4,p,p5 5=p=p6 6 对对1-21-2而言：而言：p p2 2=p=p1 1 即即p p2 2=p=pa a+i ig(Zg(Z0 0-Z-Z1 1)对

25、对3-43-4而言而言:p p4 4=p=p3 3 即即p p4 4=p=p3 3=p=p2 2-g(Z-g(Z4 4-Z-Z2 2)对对5-65-6而言而言:p p6 6=p=p4 4+i ig(Zg(Z4 4-Z-Z5 5)锅炉内的蒸汽压强为锅炉内的蒸汽压强为:p p7 7=p=p6 6-g(Z-g(Z7 7-Z-Z6 6)p=p p=pa a+i ig(Zg(Z0 0-Z-Z1 1)+)+i ig(Zg(Z4 4-Z-Z5 5)-g(Z)-g(Z4 4-Z-Z2 2)-g(Z)-g(Z7 7-Z-Z6 6)则蒸汽的表压为：则蒸汽的表压为：p-pp-pa a=i ig(Zg(Z0 0-Z-

26、Z1 1+Z+Z4 4-Z-Z5 5)-g(Z)-g(Z4 4-Z-Z2 2+Z+Z7 7-Z-Z6 6)=13600 =13600 9.819.81（2.1-0.9+2.0-0.72.1-0.9+2.0-0.7）-1000-1000 9.819.81（2.0-0.9+2.5-0.72.0-0.9+2.5-0.7）=3.05 10105 5 Pa=305 KPa Pa=305 KPa第23页，本讲稿共91页教案2 例3 压差测量 用用U U形管压差计测量气体在水平管路上两截面的压强差，指示液为水，形管压差计测量气体在水平管路上两截面的压强差，指示液为水，其密度其密度A A为为10001000k

27、g/mkg/m3 3，读数为读数为1212mmmm，精度不高，为了放大读数，改精度不高，为了放大读数，改用微差压计，指示液用微差压计，指示液A A是含是含40%40%酒精的水溶液，密度酒精的水溶液，密度A A为为920 920 kg/mkg/m3 3，指指示液示液C C是煤油，密度是煤油，密度C C为为850 850 kg/mkg/m3 3，问读数可以放大到多少？问读数可以放大到多少？解：用解：用U U形管压差计测量气体的压强差时形管压差计测量气体的压强差时:p p1 1-p-p2 2A A gR gR（气体密度很小可忽略）气体密度很小可忽略）用微差压计测量气体的压强差时用微差压计测量气体的压

28、强差时:p p1 1-p-p2 2=(=(A A-C C)gR)gR换用微差压计后，所测得的压强差并没有变化，即换用微差压计后，所测得的压强差并没有变化，即(p p1 1-p-p2 2)不变不变则则 R R=A A R/(R/(A A-C C)式中式中 R=12mm,R=12mm,A A=1000kg/m=1000kg/m3 3，A A=920 kg/m=920 kg/m3 3，C C=850 kg/m=850 kg/m3 3则则 R R=12=12 1000/(920-850)=171 mm1000/(920-850)=171 mm读数可提高到原来的读数可提高到原来的171/12=14.31

29、71/12=14.3倍。倍。管道斜时怎么样管道斜时怎么样?广义压差广义压差:静压头加位压头静压头加位压头第24页，本讲稿共91页教案教案2 例例4 液位测量液位测量 用远距离测量液位的装置来测量贮罐内对硝基氯苯的液位，其流用远距离测量液位的装置来测量贮罐内对硝基氯苯的液位，其流程如图，自管口通入压缩氮气，用调节阀调节其流量，管内氮气的流速控制得很小，程如图，自管口通入压缩氮气，用调节阀调节其流量，管内氮气的流速控制得很小，只要在鼓泡观察器内看出有气泡缓慢逸出即可，因此，气体通过吹气管只要在鼓泡观察器内看出有气泡缓慢逸出即可，因此，气体通过吹气管4 4的流动阻的流动阻力可以忽略，管内某截面上的压

30、强用力可以忽略，管内某截面上的压强用U U管压差计来测量，压差计读数管压差计来测量，压差计读数R R的大小，反映的大小，反映出贮罐内液面的高度。现已知出贮罐内液面的高度。现已知U U管压差计的指示液为水银，其上读数管压差计的指示液为水银，其上读数R=100mmR=100mm，罐内对罐内对硝基氯苯的密度硝基氯苯的密度=1250 kg/m=1250 kg/m3 3，贮罐上方与大气相通，试求罐中液面离吹气管出口的距离为贮罐上方与大气相通，试求罐中液面离吹气管出口的距离为h h若干若干?鼓泡式液位测量装置示意图鼓泡式液位测量装置示意图.swfswf pa pa 压缩氮气压缩氮气 b b R R pap

31、a h h a a H H 解：由于吹气管内氮气的流速很小，且管内不能存有液体，故可以认为管子出口解：由于吹气管内氮气的流速很小，且管内不能存有液体，故可以认为管子出口a a处与处与U U管压差计管压差计b b处的压强近似相等，即处的压强近似相等，即p pa appb b ,N2N2 小，小，hhabab忽略忽略若与用表压强表示，根据流体静力学基本方程式得若与用表压强表示，根据流体静力学基本方程式得:p pa a=gh p=gh pb b=HgHg gR gR所以所以 h=Rh=RHgHg/=13600/=13600 100/1250=1.09 m100/1250=1.09 m第25页，本讲稿

32、共91页教案教案2 例例5 液封高度计算液封高度计算 某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7 10103 3PaPa（表压），需在炉外装有安全表压），需在炉外装有安全液封（又称水封）装置，其作用是当内压强超过规定值时，气体就从液封管中排出，试求液封（又称水封）装置，其作用是当内压强超过规定值时，气体就从液封管中排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h.pa 发生炉发生炉 h 0 1 2 0解：按炉内允许的最高压强技术液封管插入槽内水面下的深度，过液封解：按炉内允许的最高压强技术液封管插入槽内水面下的深度，

33、过液封管口作基准水平面管口作基准水平面0-0，在其上取，在其上取1，2两点，其中两点，其中1在管出口内侧处，在管出口内侧处，p p1 1=炉内压强炉内压强=p pa a+10.7 10103 3Pa Pa 又又 p p2 2=p=pa a+gh +gh 因为因为 p p1 1=p=p2 2 所以所以 p pa a+10.7 10103 3=p=pa a+gh=p+gh=pa a+1000+1000 9.81h9.81h 则则 h=1.09 m第26页，本讲稿共91页第27页，本讲稿共91页第28页，本讲稿共91页液封高度计算液封高度计算一气柜其内径9m,钟罩及其附件共重10t，忽略其浸在水中部

34、分之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略，求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外的水位差h(即水封高度）为多少？解：气体的压强克服重力，则 p A=GP=10 10103 3 9.81/(D9.81/(D2 2/4)/4)=10=104 4 9.81/(99.81/(92 2/4)/4)=0.154=0.154 10104 4 N/m N/m2 2(Pa,(Pa,表压）表压）h g=p则h=0.1540.154 10104 4/(1000 /(1000 9.81)=0.157m9.81)=0.157mhpG第29页，本讲稿共91页1.2 1.2 流体在管内的流动流体在管内的流动柏努利方

35、程柏努利方程 流动着流体的内部压强变化流动着流体的内部压强变化 流动规律：流动规律：连续性方程、柏努利方程连续性方程、柏努利方程1.2.1 1.2.1 流量与流速流量与流速 P14P14 m ms s=V=Vs s 平均平均 m ms s=uA =uA 某些流体的常用流速范围某些流体的常用流速范围 G=u kg/m G=u kg/m2 2s s u d p;ud u d p;ud P55 P55 常用常用 u u查查P55P55表表1-3 1-3 例例 1 11.2.2 1.2.2 稳定流动与不稳定流动稳定流动与不稳定流动 P13P13 u p -f(x.t)u p -f(x.t)不稳不稳 非

36、定态流动非定态流动05.swf05.swf f(x)f(x)稳稳 定态流动定态流动04.swf04.swf流体类别流体类别常用流速范围常用流速范围/m/s流体类别流体类别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压强较高的气体压强较高的气体1525黏度较大的液体黏度较大的液体0.51饱和水蒸汽：饱和水蒸汽：8atm以下以下4060低压气体低压气体815饱和水蒸汽：饱和水蒸汽：3atm以下以下2040易燃、易爆的低压气体易燃、易爆的低压气体8过热水蒸汽过热水蒸汽3050第30页，本讲稿共91页u1111u2第31页，本讲稿共91页教案教案3 3 例例1 1 管径计算管径计算 某

37、厂精馏塔进料量为某厂精馏塔进料量为 m ms s=50000kg/h=50000kg/h，料液的性质和水相近，密度料液的性质和水相近，密度为为960 960 kg/mkg/m3 3，试选择进料管的管径。试选择进料管的管径。解：根据公式解：根据公式 计算计算 m ms s=50000 kg/h=50000 kg/h，V Vs s=m=ms s/=50000/(960/=50000/(960 3600)=0.0145 m3600)=0.0145 m3 3/s/s因料液的性质与水相近，选取经验数据因料液的性质与水相近，选取经验数据 u=1.8 m/s u=1.8 m/s 故故根据管子规格，选用根据管

38、子规格，选用108108 4 mm4 mm无缝钢管，其内径为无缝钢管，其内径为 d=108-4d=108-4 2=100 mm=0.1 m2=100 mm=0.1 m重新核算流速，即重新核算流速，即 u=4u=4 0.0145/(0.0145/(0.10.12 2)=1.85 m/s)=1.85 m/s第32页，本讲稿共91页1.2.3 1.2.3 连续性方程式连续性方程式 P21 P21 图图1-14 1-14 范围范围 物料平衡物料平衡 uA=uA=常数常数 uA=uA=常数常数 例例 2 2连续性方程11 22 Ms1=1V Vs1=u=u1 1 A A1 1 1 1,Ms2=2V Vs

39、2=u=u2 2 A A2 2 2 2,由质量守恒定律得：由质量守恒定律得：Ms1=Ms2，则则 Ms=u u1 1 A A1 1 1 1=u u2 2 A A2 2 2 2=常数常数若流体不可压缩，则若流体不可压缩，则 uA=uA=常数常数,Ms1,u1,A1,d1,Ms2 u2,A2,d2第33页，本讲稿共91页教案教案3 3 例例2 2 连续性方程连续性方程 在稳定流动系统中，水连续地从粗管流入细管，粗管内径为细管的在稳定流动系统中，水连续地从粗管流入细管，粗管内径为细管的两倍，那么细管内水的流速是粗管内的若干倍？两倍，那么细管内水的流速是粗管内的若干倍？解：以下标解：以下标1 1及及2

40、 2分别表示粗管和细管，不可压缩流体的连续性方程分别表示粗管和细管，不可压缩流体的连续性方程 为：为：u u1 1A A1 1=u=u2 2A A2 2圆管的截面积圆管的截面积 于是上式可写成于是上式可写成 由此得由此得因因d d1 1=2 d=2 d2 2 所以所以u u2 2/u/u1 1=(2d=(2d2 2/d/d2 2)2 2=4 =4 由此解可见，体积流量一定时，流速与管径的平方成反比。由此解可见，体积流量一定时，流速与管径的平方成反比。第34页，本讲稿共91页第35页，本讲稿共91页1.2.4 1.2.4 柏努利方程柏努利方程 P34 P34 图图1-21-25 5泵WeZ111

41、22Z2U1,u1 v1 p1U2,u2 v2 p2Qe换热器00内能内能 U 位能（势能）位能（势能）mgZ 动能动能 m u2/2 静压能静压能 pA V/A 热热Qe 功功 We 第36页，本讲稿共91页1.1.总能量衡算：总能量衡算：图、基准、图、基准、Kg OKg OO O内能、内能、位能、动能、静压能（位能、动能、静压能（机械能）机械能）、热、外功、热、外功 J/KgJ/Kg 通式通式 机械能相互转机械能相互转 比容比容m m3 3/kg/kg 2.2.柏努利方程柏努利方程 内能、热不能转变成机械能，摩擦阻力消耗能量内能、热不能转变成机械能，摩擦阻力消耗能量W Wf f，转变成热转

42、变成热 第37页，本讲稿共91页3.3.讨论讨论 P37P37 理想、稳定：理想、稳定：w we e=0 =0 各处常数各处常数 但可互转但可互转 J/kg gz J/kg gz 本身所具有本身所具有 而而w we e,w,wf f 在两截面间获得或消耗在两截面间获得或消耗 N Ne e=W=We e m ms s J/s or W J/s or W 可压缩可压缩 20%p p3 3 p p4 4 ,p ,p4 4 p p5 5 p p6 6 ,能头互换能头互换第49页，本讲稿共91页1.2.6 1.2.6 解题要点解题要点强调解题步骤强调解题步骤 P38P38 1.1.作图、定衡算范围作图、

43、定衡算范围 2.2.截面选取：垂直、连续截面选取：垂直、连续 3.3.基准水平面的选取基准水平面的选取 4.4.单位必须一致单位必须一致 第50页，本讲稿共91页1.3 1.3 流动现象流动现象1.3.1 1.3.1 牛顿粘性定律与流体的粘度牛顿粘性定律与流体的粘度 P15-16P15-16 粘度粘度 内摩擦力内摩擦力 阻力阻力 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 物理意义说明，物理意义说明，单位单位 Pa.s(cP)Pa.s=1000cPPa.s(cP)Pa.s=1000cP 物理性质物理性质 液体液体t,气体气体t 气混气混 液混液混 lg m m=xxi i lg lgi i 牛顿型流体，非牛顿型

44、流体牛顿型流体，非牛顿型流体1.3.2 1.3.2 流型与流型与ReRe关系关系 P18-19P18-19 无因次数群，反映流体流动中无因次数群，反映流体流动中惯性力惯性力与与 粘性力粘性力的对比关系的对比关系流动形态判据流动形态判据 2000 层流，层流，20004000 过渡流，过渡流，4000 湍流。湍流。第51页，本讲稿共91页流型与流型与ReRe关系关系 P18P18雷诺实验雷诺试验06.swfRe,d u d u=m*(m/s)*kg/m=m*(m/s)*kg/m3 3=kg/(m*s)=kg/(m*s)=Pa.s=(N/m=Pa.s=(N/m2 2)*s=(kg*m/s)*s=(

45、kg*m/s2 2)/m)/m2 2*s*s =kg/(m*s)=kg/(m*s)第52页，本讲稿共91页1.3.3 1.3.3 圆管内速度分布圆管内速度分布 层流层流 P31 图图1-21 湍流湍流 n=610 ,Re1105 时时 n=7 Re 则则n n n=7n=7时，时，0.8170.817 平均平均u u接近接近uc P36 图图1-26 直管内的流动阻力分析：层流底层直管内的流动阻力分析：层流底层 层流：内摩层流：内摩 ；湍流：内摩湍流：内摩+附附、湍流应力湍流应力、+q+q 质点的脉动质点的脉动ucuucurrrwrwuw=0第53页，本讲稿共91页1.3.4 1.3.4 边界

46、层分析边界层分析 P68 图图1-48,49平板上的流动边界层平板上的流动边界层.swf边界层边界层 阻力集中阻力集中 99%us 层流底层层流底层 缓冲层缓冲层 湍流边界层湍流边界层管内充分发展：管内充分发展：层流：层流：le/d=0.05Re 湍：湍：le=40-50d P70 湍流边界层层流边界层过渡区边界层第54页，本讲稿共91页边界层边界层 P73P73流体流过球状颗粒的分离流体流过球状颗粒的分离.swf.swf分离：分离：压压 动动 压压逆压逆压+阻力阻力回流回流 旋涡旋涡;表皮阻力，表皮阻力，形体阻力形体阻力 分离条件：逆压，流体粘性分离条件：逆压，流体粘性,障碍物障碍物消除：流

47、线型消除：流线型第55页，本讲稿共91页1.4 1.4 流动阻力流动阻力根源：粘性，内摩擦根源：粘性，内摩擦 ；条件：壁面，相对运动；条件：壁面，相对运动 直管阻力直管阻力 Wf hf Wf 分析分析 压强降压强降ppf f=Wf-p -p 压强差压强差 区别区别 水平的等径管水平的等径管ppf f=p =p 直管阻力直管阻力 局部阻力局部阻力 le1.4.1 1.4.1 直管中的流动阻力直管中的流动阻力 P42P42 圆管圆管 通式通式 第56页，本讲稿共91页1.4.21.4.2 的关联式的关联式：层流：层流：=64/Re p=64/Re pf f=32lu/d=32lu/d2 2 哈根哈

48、根-泊谡叶公式泊谡叶公式 P43P43 湍流：湍流：1.经验式经验式(注意条件注意条件)或莫荻图（双对数坐标）：或莫荻图（双对数坐标）：P45 图图1-32 层流区（直线）、过渡区（湍流线延长）、湍流区（同层流区（直线）、过渡区（湍流线延长）、湍流区（同Re下随下随e/d 增大增大增大，增大，同同e/d 下随下随Re增大而减小）增大而减小）、完全（阻力）平方区（同、完全（阻力）平方区（同Re下随下随e/d 增大增大增大，同增大，同e/d 下不随下不随Re变化而变化）变化而变化）2.=(Re,e/d)绝对粗糙度绝对粗糙度e的值的值P47 表表1-1，相对相对粗糙度粗糙度e/d影响影响 P46 图

49、图1-33 粗糙管壁附近的流动粗糙管壁附近的流动.swf层流区过渡区湍流区完全平方区Ree/d第57页，本讲稿共91页1.4.3 1.4.3 非圆形管非圆形管 P47 流通截面积流通截面积/润湿周边润湿周边 与与ReRe中中 de d 但但 u计算仍用计算仍用d(A)不能用不能用de 层流层流,矩形矩形=C/Re =C/Re 修正修正C 1.4.4 1.4.4 局部阻力局部阻力 P48 阻力系数法阻力系数法 P50 表表1-2 u u用直管内的速度用直管内的速度 当量长度法当量长度法 le l l P49图图1-34突然缩小突然缩小,=0.5(1-A=0.5(1-A1 1/A/A2 2),1)

50、,1表示小表示小,进口进口 i=0.5 ；P51 突然扩大突然扩大,=(1-A=(1-A1 1/A/A2 2)2 2,1,1表示小表示小出口出口 0=1。计算阻力时以小管的平均流速即大速度为基准计算阻力时以小管的平均流速即大速度为基准 例例 1 管道缩放03.swf第58页，本讲稿共91页管件第59页，本讲稿共91页阀碟阀球阀第60页，本讲稿共91页阀截止阀闸阀 针阀第61页，本讲稿共91页阀放料阀止回阀第62页，本讲稿共91页教案教案4 4例例1 1 阻力损失的计算阻力损失的计算 P52P52 溶剂由敞口的高位槽流入精馏塔，进液处塔中的表压强为溶剂由敞口的高位槽流入精馏塔，进液处塔中的表压强