《食品工程原理》课件.ppt

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1、食品工程原理第一章第一章绪绪论论第一节第一节课程的性质和内容课程的性质和内容第二节第二节单位和单位制单位和单位制第三节第三节混合物浓度的表示方法混合物浓度的表示方法第四节第四节单元操作常用的基本概念单元操作常用的基本概念第一节第一节课程的性质和内容课程的性质和内容单元操作单元操作单元操作单元操作生产过程生产过程生产过程生产过程 化学反应过程化学反应过程化学反应过程化学反应过程 +物理加工过程物理加工过程物理加工过程物理加工过程 （归纳）（归纳）（归纳）（归纳）基本操作过程基本操作过程基本操作过程基本操作过程 单元操作单元操作单元操作单元操作一、单元操作和化学工程原理一、单元操作和化学工程原理化

2、工生产过程化工生产过程（以（以（以（以酒精生产工艺过程为例）：酒精生产工艺过程为例）：原原原原料料料料粉粉粉粉碎碎碎碎蒸蒸蒸蒸煮煮煮煮汽汽汽汽化化化化冷冷冷冷却却却却糖糖糖糖化化化化发发发发酵酵酵酵过过过过滤滤滤滤蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏产品产品产品产品 （前后处理过程是化工生产中必不可少的，且具重要地位）（前后处理过程是化工生产中必不可少的，且具重要地位）（前后处理过程是化工生产中必不可少的，且具重要地位）（前后处理过程是化工生产中必不可少的，且具重要地位）单元操作特点单元操作特点:1、都是物理性操作、都是物理性操作2、都是化工生产中共有的操作、都是化工生产中共有的操作3、不不同同的的生生产产过过程

3、程所所包包含含的的单单元元操操作作的的数数量及顺序不同量及顺序不同单元操作分类单元操作分类按操作目的分按操作目的分按操作目的分按操作目的分：物料的增压、减压和输送物料的增压、减压和输送物料的增压、减压和输送物料的增压、减压和输送 物料的混合与分散物料的混合与分散物料的混合与分散物料的混合与分散物料的加热与冷却物料的加热与冷却物料的加热与冷却物料的加热与冷却非均相混合物的分离非均相混合物的分离非均相混合物的分离非均相混合物的分离均相混合物的分离均相混合物的分离均相混合物的分离均相混合物的分离 常用单元操作常用单元操作常用单元操作常用单元操作：流体的流动和输送、传热流体的流动和输送、传热流体的流动

4、和输送、传热流体的流动和输送、传热 、沉降与过滤、干、沉降与过滤、干、沉降与过滤、干、沉降与过滤、干燥、蒸馏、吸收、萃取等。燥、蒸馏、吸收、萃取等。燥、蒸馏、吸收、萃取等。燥、蒸馏、吸收、萃取等。按过程的物理本质分按过程的物理本质分按过程的物理本质分按过程的物理本质分：动量传递过程（单相或多相流动）、热量传动量传递过程（单相或多相流动）、热量传动量传递过程（单相或多相流动）、热量传动量传递过程（单相或多相流动）、热量传递过程和物质传递过程。递过程和物质传递过程。递过程和物质传递过程。递过程和物质传递过程。表表表表11化工常用单元操作化工常用单元操作化工常用单元操作化工常用单元操作单元操作单元操

5、作目的目的物态物态原理原理传递过程传递过程流体流动流体流动流体流动流体流动输送输送输送输送液或气液或气液或气液或气输入机械能输入机械能输入机械能输入机械能动量传递动量传递动量传递动量传递搅拌搅拌搅拌搅拌混合或分散混合或分散混合或分散混合或分散气气气气-液；液；液；液；液液液液-液液液液 输入机械能输入机械能输入机械能输入机械能动量传递动量传递动量传递动量传递固固固固-液液液液 过滤过滤过滤过滤 非均相混合物分离非均相混合物分离非均相混合物分离非均相混合物分离 液液液液-固；气固；气固；气固；气-固固固固 尺度不同的截留尺度不同的截留尺度不同的截留尺度不同的截留动量传递动量传递动量传递动量传递沉

6、降沉降沉降沉降非均相混合物分离非均相混合物分离非均相混合物分离非均相混合物分离 液液液液-固；气固；气固；气固；气-固固固固 密度差引起的沉降运动密度差引起的沉降运动密度差引起的沉降运动密度差引起的沉降运动动量传递动量传递动量传递动量传递传热传热传热传热 加热、冷却加热、冷却加热、冷却加热、冷却 升温、降温，升温、降温，升温、降温，升温、降温，气或液气或液气或液气或液利用温度差传入或利用温度差传入或利用温度差传入或利用温度差传入或热量传递热量传递热量传递热量传递改变相态改变相态改变相态改变相态移出热量移出热量移出热量移出热量 蒸发蒸发蒸发蒸发溶剂与溶质的分离溶剂与溶质的分离溶剂与溶质的分离溶剂

7、与溶质的分离液液液液供热以汽化溶剂供热以汽化溶剂供热以汽化溶剂供热以汽化溶剂热量传递热量传递热量传递热量传递吸收吸收吸收吸收均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离气气气气各组分在溶剂中溶解度不同各组分在溶剂中溶解度不同各组分在溶剂中溶解度不同各组分在溶剂中溶解度不同物质传递物质传递物质传递物质传递蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离液液液液各组分间挥发度不同各组分间挥发度不同各组分间挥发度不同各组分间挥发度不同物质传递物质传递物质传递物质传递萃取萃取萃取萃取均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离液液液液各组分在溶剂中溶解度

8、不同各组分在溶剂中溶解度不同各组分在溶剂中溶解度不同各组分在溶剂中溶解度不同 物质传递物质传递物质传递物质传递干燥干燥干燥干燥 去湿去湿去湿去湿固体固体固体固体供热汽化供热汽化供热汽化供热汽化热、质热、质热、质热、质 同时传递同时传递同时传递同时传递吸附吸附吸附吸附 均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离均相混合物分离液或气液或气液或气液或气各组分在吸附剂中吸附各组分在吸附剂中吸附各组分在吸附剂中吸附各组分在吸附剂中吸附物质传递物质传递物质传递物质传递能力不同能力不同能力不同能力不同 化学工程原理化学工程原理 研究对象研究对象研究对象研究对象传递过程（包括单元操作的传递过程（包括单元操作的

9、传递过程（包括单元操作的传递过程（包括单元操作的过程过程过程过程和和和和设备设备设备设备）。）。）。）。研究内容研究内容研究内容研究内容单元操作基本原理、基本规律、相互关系和应用。单元操作基本原理、基本规律、相互关系和应用。单元操作基本原理、基本规律、相互关系和应用。单元操作基本原理、基本规律、相互关系和应用。研究方法研究方法研究方法研究方法实验研究方法，即经验的方法。实验研究方法，即经验的方法。实验研究方法，即经验的方法。实验研究方法，即经验的方法。数学模型方法，即半理论半经验的方法。数学模型方法，即半理论半经验的方法。数学模型方法，即半理论半经验的方法。数学模型方法，即半理论半经验的方法。

10、通过研究回答工业应用中提出的问题：通过研究回答工业应用中提出的问题：通过研究回答工业应用中提出的问题：通过研究回答工业应用中提出的问题：如如如如何何何何根根根根据据据据各各各各单单单单元元元元操操操操作作作作特特特特点点点点，进进进进行行行行“过过过过程程程程和和和和设设设设备备备备”的的的的选选选选择择择择，以以以以适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。适应指定物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。如何进行过程的计算和设备的设计。如何进行过程的计算和设备的设计。如何进行过程的计算和设备的设计。

11、如何进行过程的计算和设备的设计。如如如如何何何何进进进进行行行行操操操操作作作作和和和和调调调调节节节节以以以以适适适适应应应应生生生生产产产产的的的的不不不不同同同同要要要要求求求求。在在在在操操操操作作作作发发发发生生生生故故故故障时如何寻找故障的缘由。障时如何寻找故障的缘由。障时如何寻找故障的缘由。障时如何寻找故障的缘由。食品工程原理与化学工程原理食品工程原理与化学工程原理 食品工程原理的基本内容来源于化学工程原理；食品工程原理的基本内容来源于化学工程原理；食品工程原理的基本内容来源于化学工程原理；食品工程原理的基本内容来源于化学工程原理；食品工程原理在发展中形成了许多特色。食品工程原理

12、在发展中形成了许多特色。食品工程原理在发展中形成了许多特色。食品工程原理在发展中形成了许多特色。（冷冻技术、真空技术等）（冷冻技术、真空技术等）（冷冻技术、真空技术等）（冷冻技术、真空技术等）二、课程的内容和学习要求二、课程的内容和学习要求学时分配学时分配学时分配学时分配：总学时总学时总学时总学时9090，理论课，理论课，理论课，理论课7272，实验，实验，实验，实验1818学时学时学时学时(第第11,1411,14周周末周周末)。教学内容：教学内容：教学内容：教学内容：以流体的流动和输送、沉降与过滤、传热以流体的流动和输送、沉降与过滤、传热以流体的流动和输送、沉降与过滤、传热以流体的流动和输

13、送、沉降与过滤、传热、蒸发、蒸发、蒸发、蒸发、干燥、蒸馏、吸收等单元操作为主。干燥、蒸馏、吸收等单元操作为主。干燥、蒸馏、吸收等单元操作为主。干燥、蒸馏、吸收等单元操作为主。学习要求：学习要求：学习要求：学习要求：*具备高数、化学、物理、物理化学等基具备高数、化学、物理、物理化学等基具备高数、化学、物理、物理化学等基具备高数、化学、物理、物理化学等基 础知识础知识础知识础知识*重视课前、课堂、重视课前、课堂、重视课前、课堂、重视课前、课堂、课后课后课后课后复习与练习复习与练习复习与练习复习与练习三个环节三个环节三个环节三个环节参考资料：参考资料：参考资料：参考资料：化工原理化工原理化工原理化工

14、原理（第二版）陈敏恒等主编（第二版）陈敏恒等主编（第二版）陈敏恒等主编（第二版）陈敏恒等主编，化工版，化工版，化工版，化工版食品工程原理食品工程原理食品工程原理食品工程原理 杨同舟主编杨同舟主编杨同舟主编杨同舟主编，农业版，农业版，农业版，农业版食品工程原理食品工程原理食品工程原理食品工程原理 高福成等主编高福成等主编高福成等主编高福成等主编，轻工版，轻工版，轻工版，轻工版第二节第二节单位和单位制单位和单位制一、单位和单位制一、单位和单位制物理量物理量=数值数值单位单位物理量分为基本量和导出量物理量分为基本量和导出量 量纲量纲（因次）：表示基本量的符号。（因次）：表示基本量的符号。如：长度如：

15、长度L、质量质量M或力或力F、温度温度t、时间时间等等量纲式量纲式：表示基本量与导出量之间的关系：表示基本量与导出量之间的关系：Q=LaMbtcd d.单位制单位制：基本单位与导出单位的总和。基本单位与导出单位的总和。基本量的基本单位，各种单位制均不相同。基本量的基本单位，各种单位制均不相同。常见的单位制及基本量的基本单位：常见的单位制及基本量的基本单位：长度长度(L)质量质量(M)力力(F)时间时间(t)温度温度()SISI制制制制mkgSKCGSCGS制制制制cmgS工程制工程制工程制工程制mkgfS导出量的导出单位导出量的导出单位如：力如：力F=MaSISI制制制制F=kgF=kgm/s

16、m/s22=N=N（牛顿）牛顿）牛顿）牛顿）压强压强压强压强 P=N/mP=N/m2 2CGSCGS制制制制 F=gF=gcm/scm/s22=dyndyn（达因）达因）达因）达因）P=dyn/cmP=dyn/cm2 2工程制工程制工程制工程制 F=F=kgfkgfP=P=kgfkgf/m/m2 2 二、单位换算二、单位换算物理量的单位换算物理量的单位换算原单位表示的物理量数值原单位表示的物理量数值换算因数换算因数 =新新单位表示的物理量数值单位表示的物理量数值实验方程式（又称数值公式）的单位换算实验方程式（又称数值公式）的单位换算根据（物理量根据（物理量=数值数值单位）关系进行换算单位）关系

17、进行换算例例：已已已已知知知知某某某某吸吸吸吸收收收收塔塔塔塔塔塔塔塔板板板板上上上上的的的的液液液液流流流流量量量量L L与与与与塔塔塔塔盘盘盘盘内内内内液液液液层层层层高高高高度度度度HH的关系为：的关系为：的关系为：的关系为：L=0.0052HL=0.0052H 式中式中 LL液流量，液流量，mm3 3/s/s换算成换算成换算成换算成mm3 3/hr/hr；HH液层高度，液层高度，mmmmmm。解：解：解：解：设液流量与塔盘内液层高度两个物理量分别为设液流量与塔盘内液层高度两个物理量分别为L L、HH。即有即有L=LL=L（mm3 3/s/s）L=L/L=L/（mm3 3/s/s）H=H

18、H=H（mm）H=H/H=H/（mm）则原式改写为：则原式改写为：L/L/（mm3 3/s/s）=0.0052H/=0.0052H/（mm）将将 1m1m3 3/s=3600m/s=3600m3 3/hr/hr，1m=1000mm1m=1000mm代入上式代入上式 得：得：L/L/（3600m3600m3 3/hr/hr）=0.0052H/=0.0052H/（1000mm1000mm）整理得：整理得：L/L/（mm3 3/hr/hr）=0.592H/=0.592H/（mmmm）换算后的实验方程式为：换算后的实验方程式为：L=0.592HL=0.592H习题：习题：实验方程式的单位换算实验方程式

19、的单位换算G=2.45u0.8p式中：G蒸发量，磅（质）磅（质）/（英尺（英尺2小时）小时）换算成kg/m2hru气速，英尺英尺/秒秒m/sp压强差，大气压（大气压（atm）N/m2。第三节第三节混合物浓度的表示方法混合物浓度的表示方法一、物质的量浓度与物质的量分数一、物质的量浓度与物质的量分数1、物质的量浓度、物质的量浓度（简称物质的浓度，也称（简称物质的浓度，也称摩尔浓度摩尔浓度，单位，单位kmol/m3）2、物质的量分数（物质的量分数（摩尔分数摩尔分数）二、物质的质量浓度与质量分数二、物质的质量浓度与质量分数1、质量浓度（也称、质量浓度（也称密度密度）2、质量分数质量分数三、三、摩尔比摩

20、尔比与质量比与质量比第四节第四节单元操作常用的基本概念单元操作常用的基本概念1、物料衡算、物料衡算（输入量（输入量（输入量（输入量=输出量输出量输出量输出量+累积量）累积量）累积量）累积量）2、能量衡算、能量衡算3、物系的平衡关系、物系的平衡关系4、传递过程速率、传递过程速率（过程速率（过程速率（过程速率（过程速率=过程推动力过程推动力过程推动力过程推动力/过程阻力）过程阻力）过程阻力）过程阻力）5、经济核算、经济核算第二章第二章流体流动流体流动第一节第一节概概述述一、流体的定义和分类流体的定义和分类3、研究对象研究对象 质点质点：含有大量分子的流体微团。含有大量分子的流体微团。流流体体:是是

21、由由大大量量质质点点组组成成的的、彼彼此此间间没没有有间间隙隙、完完全全充充满满所所占占空空间间的的连连续续介介质质。流流体体的的物物理理性性质质及及运运动动参参数数在在空空间间作作连连续续分分布，即可以用连续函数的数学工具加以描述。布，即可以用连续函数的数学工具加以描述。2、特征、特征具有流动性具有流动性无固定形状无固定形状 在外力作用下，其内部发生相对运动，产生流动。在外力作用下，其内部发生相对运动，产生流动。1、定义、定义流体是液体和气体的统称。流体是液体和气体的统称。4、定态流动与非定态流动、定态流动与非定态流动定定态态流流动动是是指指点点的的速速度度ux、uy、uz及及压压强强p均均

22、为为与与时时间无关的常数。间无关的常数。即：即：定态流动定态流动u=f（x、y、z）非定态流动非定态流动u=f（x、y、z、）u=f（x、y、z、）u=f（x、y、z）5、运动的描述方法、运动的描述方法 拉格朗日法：拉格朗日法：描述同一质点在不同时刻的状态。描述同一质点在不同时刻的状态。（物理学中考察单个固体质点时用）（物理学中考察单个固体质点时用）欧拉法：描述空间各点的状态及其与时间的关系。欧拉法：描述空间各点的状态及其与时间的关系。（考察定态流体流动时常用）（考察定态流体流动时常用）6、分类、分类 按流体的体积是否随压强、温度变化分按流体的体积是否随压强、温度变化分 不可压缩流体不可压缩流

23、体 与与 可压缩流体可压缩流体 按流体流动时是否存在粘性力分按流体流动时是否存在粘性力分 理想流体理想流体 与与 非理想流体非理想流体 按流体流动时按流体流动时与与du/du/dydy之间是否遵守牛顿粘性定律分之间是否遵守牛顿粘性定律分牛顿流体牛顿流体 与与 非牛顿流体非牛顿流体二、本章主要内容二、本章主要内容1、流体静力学基本方程及其应用、流体静力学基本方程及其应用2、管内流体流动基本方程、管内流体流动基本方程3、管内流体流动阻力、管内流体流动阻力4、管路计算、管路计算第二节第二节流体静力学基本方程及其应用流体静力学基本方程及其应用一、流体的物理性质及作用力一、流体的物理性质及作用力二、流体

24、静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式三、流体静力学基本方程式的应用三、流体静力学基本方程式的应用一、流体的物理性质及作用力一、流体的物理性质及作用力1、密度与比容、密度与比容比容比容比容比容 定义式定义式定义式定义式 =1/=1/（mm3 3/kg/kg）密度密度密度密度 定义式：定义式：定义式：定义式：=m/V=m/V（kg/mkg/m3 3）影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：=f=f（P P，T T）确定方法：确定方法：确定方法：确定方法：实验测定或从手册资料中查取实验测定或从手册资料中查取液体的密度液体的密度 =f（T）气体的密度气体的密度 =f（P，T）混合液体的密度混合液体

25、的密度混合气体的密度混合气体的密度 2、流体的压强、流体的压强流动着的流体受到的作用力可分为体积力和表面力。流动着的流体受到的作用力可分为体积力和表面力。体积力：体积力：也称质量力，也称质量力，包括重力、重力、离心力离心力。（都是场力）表面力：表面力：与表面积成正比的力，包括垂直作用于表面的与表面积成正比的力，包括垂直作用于表面的压力压力和平行作用于表面的和平行作用于表面的剪力剪力（流动着的流体内部）。（流动着的流体内部）。压力：压力：F（N）压强压强（静压强）：（静压强）：P=F/A（N/m2即即Pa帕）帕）压强的单位压强的单位1atm=1.013105Pa=1.033kgf/cm2=1.0

26、13bar=760mmHg=10.33mH2O生产中常用单位：生产中常用单位：1MPa（兆帕）兆帕）=106Pa10atm注意：注意：以液柱高度表示压强时，一定要指明是何种液体。以液柱高度表示压强时，一定要指明是何种液体。压强的压强的表示方法表示方法 绝对压强绝对压强表压强表压强真空度真空度表压强表压强=绝对压强绝对压强大气压强大气压强真空度真空度=大气压强大气压强绝对压强绝对压强例例：已已已已知知知知某某某某设设设设备备备备进进进进口口口口压压压压强强强强 P P进进进进=1200mmH=1200mmH2 2OO（真真真真空空空空度度度度），出出出出口口口口压压压压强强强强 P P出出出出=

27、1.6=1.6kgf/cmkgf/cm22（表表表表压压压压），当当当当地地地地大大大大气气气气压压压压 强强强强 P P0 0=760mmHg=760mmHg，求求求求 设设设设 备备备备 进进进进 出出出出 口口口口 压压压压 强强强强 差差差差，用用用用N/mN/m2 2表示。表示。表示。表示。*表示方法要一致表示方法要一致*单位要一致单位要一致解：解：解：解：P P进进进进=1200mmH=1200mmH2 2OO（真空度）真空度）真空度）真空度）=（N/mN/m2 2）P P出出出出=1.6kgf/cm=1.6kgf/cm22（表压）表压）表压）表压）=（N/mN/m2 2）P=PP

28、=P进进进进-P-P出出出出=1.68510=1.685105 5（N/mN/m2 2）3、流体的粘度、流体的粘度剪应力剪应力剪应力剪应力：流体流动时，单位面积上所受的内磨擦力，也称流体流动时，单位面积上所受的内磨擦力，也称流体流动时，单位面积上所受的内磨擦力，也称流体流动时，单位面积上所受的内磨擦力，也称粘性力（或剪力）。粘性力（或剪力）。粘性力（或剪力）。粘性力（或剪力）。粘性粘性粘性粘性：是流动着的流体内部分子微观运动的一种宏观表现。其是流动着的流体内部分子微观运动的一种宏观表现。其是流动着的流体内部分子微观运动的一种宏观表现。其是流动着的流体内部分子微观运动的一种宏观表现。其本质是分子

29、间引力和分子的运动和碰撞。本质是分子间引力和分子的运动和碰撞。本质是分子间引力和分子的运动和碰撞。本质是分子间引力和分子的运动和碰撞。（静止的流体是不能承受剪应力和剪切变形的，这是流体与固体的力（静止的流体是不能承受剪应力和剪切变形的，这是流体与固体的力（静止的流体是不能承受剪应力和剪切变形的，这是流体与固体的力（静止的流体是不能承受剪应力和剪切变形的，这是流体与固体的力学特性的不同点。）学特性的不同点。）学特性的不同点。）学特性的不同点。）粘度粘度粘度粘度：衡量衡量衡量衡量流体剪应力（粘性）大小的物理量。因不同流体流体剪应力（粘性）大小的物理量。因不同流体流体剪应力（粘性）大小的物理量。因不

30、同流体流体剪应力（粘性）大小的物理量。因不同流体而异，是影响流体流动的一个重要的物理性质。而异，是影响流体流动的一个重要的物理性质。而异，是影响流体流动的一个重要的物理性质。而异，是影响流体流动的一个重要的物理性质。平板间液体速度变化图平板间液体速度变化图 实验证明实验证明实验证明实验证明：对于大多数流体对于大多数流体对于大多数流体对于大多数流体 与与与与du/du/dydy成正比成正比成正比成正比F F引入比例系数引入比例系数引入比例系数引入比例系数,则则则则=du/dydu/dy称为称为称为称为牛顿粘性定律牛顿粘性定律牛顿粘性定律牛顿粘性定律。比例系数比例系数比例系数比例系数称为粘度或粘性

31、系数（动力粘度）。称为粘度或粘性系数（动力粘度）。称为粘度或粘性系数（动力粘度）。称为粘度或粘性系数（动力粘度）。dydu*粘度的物理意义粘度的物理意义粘度的物理意义粘度的物理意义*影响因素影响因素影响因素影响因素*粘度的单位及换算粘度的单位及换算粘度的单位及换算粘度的单位及换算 cpcp（厘泊）厘泊）厘泊）厘泊）物理制单位物理制单位物理制单位物理制单位1cp=101cp=10-2-2ppPasSIPasSI制单位制单位制单位制单位1cp=101cp=10-3-3PasPas*理想流体理想流体理想流体理想流体*动力粘度动力粘度动力粘度动力粘度 与运动粘度与运动粘度与运动粘度与运动粘度 分析重力

32、场中静止的均匀的液体中一流体柱的受力情况分析重力场中静止的均匀的液体中一流体柱的受力情况分析重力场中静止的均匀的液体中一流体柱的受力情况分析重力场中静止的均匀的液体中一流体柱的受力情况：作用于液柱上表面的力作用于液柱上表面的力作用于液柱上表面的力作用于液柱上表面的力P P1 1AA作用于液柱下表面的力作用于液柱下表面的力作用于液柱下表面的力作用于液柱下表面的力P P2 2AA液柱自身重力液柱自身重力液柱自身重力液柱自身重力 gAgA（z z1 1-z-z2 2）则则则则 P1A-P2A+gA（z1-z2）=0整理得整理得整理得整理得 P2=P1+g（z1-z2）上式称为流体静力学基本方程式。适

33、用于重力场中静止的均匀的不上式称为流体静力学基本方程式。适用于重力场中静止的均匀的不上式称为流体静力学基本方程式。适用于重力场中静止的均匀的不上式称为流体静力学基本方程式。适用于重力场中静止的均匀的不可压缩流体。反映了静止流体内部的压强跟深度的定量关系。可压缩流体。反映了静止流体内部的压强跟深度的定量关系。可压缩流体。反映了静止流体内部的压强跟深度的定量关系。可压缩流体。反映了静止流体内部的压强跟深度的定量关系。其它表达形式：（单位质量流体总势能相等）其它表达形式：（单位质量流体总势能相等）流体微元受力平衡一般式；流体微元受力平衡一般式；dpdp/=Xdx+Ydy+ZdzXdx+Ydy+Zdz

34、 重力场中重力场中X X，Y=0Z=-Y=0Z=-g g二、流体静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式可通过静力平衡得到。流体静力学基本方程式可通过静力平衡得到。流体静力学基本方程式可通过静力平衡得到。流体静力学基本方程式可通过静力平衡得到。P P1 1A AP P2 2A Amgmg*适用范围适用范围适用范围适用范围*基本规律及应用基本规律及应用基本规律及应用基本规律及应用 h h油油油油*表达式表达式表达式表达式h hh h水水水水例：例：例：例：如图，在一开口容器内盛有如图，在一开口容器内盛有如图，在一开口容器内盛有如

35、图，在一开口容器内盛有 AAAA 油水混合物，静置后油层高度油水混合物，静置后油层高度油水混合物，静置后油层高度油水混合物，静置后油层高度0.7m,0.7m,密度密度密度密度800kg/m800kg/m3 3；水层水层水层水层高度高度高度高度0.6m,0.6m,密度密度密度密度1000kg/m1000kg/m3 3。计算水在玻璃管中的高度计算水在玻璃管中的高度计算水在玻璃管中的高度计算水在玻璃管中的高度h h。（A-AA-A在同一水平面上）在同一水平面上）在同一水平面上）在同一水平面上）解：解：解：解：根据静力学基本方程，以根据静力学基本方程，以根据静力学基本方程，以根据静力学基本方程，以A-

36、AA-A为基准面为基准面为基准面为基准面有有有有 P PA A=P=P0 0+油油油油ghgh油油油油+水水水水ghgh水水水水P PA A =P=P0 0+水水水水ghgh即即即即P P0 0+油油油油ghgh油油油油+水水水水ghgh水水水水=P=P0 0+水水水水ghghh=1.16mh=1.16m*问题？问题？问题？问题？1、压强的静力学测量方法、压强的静力学测量方法 简单测压管简单测压管PA=P0+gRA点的表压为点的表压为PA-P0=gRU型测压管型测压管PA=P0+i i gR gh1A点的表压为点的表压为PA-P0=i i gR gh1三、流体静力学基本方程式的应用三、流体静力

37、学基本方程式的应用啊A AA AR RR RU型压差计型压差计 结构结构结构结构U U型管型管型管型管指示液指示液指示液指示液标尺标尺标尺标尺 mRa ab b12测量原理测量原理测量原理测量原理如图，设如图，设如图，设如图，设P P1 1PP2 2，则指示液呈现出高度差则指示液呈现出高度差则指示液呈现出高度差则指示液呈现出高度差R R（称为读数）。称为读数）。称为读数）。称为读数）。R R R R与与与与PPPP的关系：的关系：的关系：的关系：根据静力平衡原理，有根据静力平衡原理，有根据静力平衡原理，有根据静力平衡原理，有 P Pa a=P Pb b（a a、b b在同一水平面上）在同一水平

38、面上）在同一水平面上）在同一水平面上）又又又又P Pa a=P=P1 1+g g（m+Rm+R）P Pb b=P=P2 2+gm+gm+0 0gRgRP=P1-P2=R（0）gP=P1-P2=R（0）g上式说明：上式说明：上式说明：上式说明：当当当当 00、一定时，一定时，一定时，一定时，PP仅与仅与仅与仅与 RR有关。有关。有关。有关。若若若若两两两两测测测测压压压压点点点点不不不不在在在在同同同同一一一一水水水水平平平平面面面面上上上上，则则则则R R（00 ）g g不不不不是是是是真真真真正正正正的压强差，而是两被测截面上的虚拟压强差。的压强差，而是两被测截面上的虚拟压强差。的压强差，而

39、是两被测截面上的虚拟压强差。的压强差，而是两被测截面上的虚拟压强差。U U型压差计适用范围型压差计适用范围型压差计适用范围型压差计适用范围 斜管微压计、复式斜管微压计、复式U型压差计等型压差计等2、液面测量、液面测量3、确定液封高度、确定液封高度作业：作业：作业：作业：P60:P60:2.8.9.102.8.9.10第三节第三节 管内管内流体流动基本方程流体流动基本方程流流体体流流动动的的规规律律主主要要是是指指流流体体的的流流速速、压压强强等等运运动动参数在流体流动过程中的变化规律。参数在流体流动过程中的变化规律。流流体体流流动动应应当当服服从从质质量量守守恒恒、能能量量定定恒恒、动动量量守

40、守恒等守恒原理，根据这些守恒原理可以得到有关恒等守恒原理，根据这些守恒原理可以得到有关运动参数的变化规律。运动参数的变化规律。一、流体的流速和流量一、流体的流速和流量 1、流量、流量体积流量体积流量qv，m3/s质量流量质量流量qm，kg/sqm=qv定义：定义：质点的运动速度质点的运动速度u平均流速平均流速u（m/s）u=qv/Aqv=Au=AudA质量流速质量流速w（kg/m2.s）w=qm/A=u2、流速、流速 管径的大小应通过经济核算管径的大小应通过经济核算管径的大小应通过经济核算管径的大小应通过经济核算(或根据经验值或根据经验值或根据经验值或根据经验值)定。并注意：定。并注意：定。并

41、注意：定。并注意：密度大的流体密度大的流体 粘度大的流体粘度大的流体 含有固体杂质的流体含有固体杂质的流体 一些流体在管道中的常用流速（一些流体在管道中的常用流速（一些流体在管道中的常用流速（一些流体在管道中的常用流速（m/sm/s）水及一般液体水及一般液体水及一般液体水及一般液体1-31-3易燃易爆的低压气体易燃易爆的低压气体易燃易爆的低压气体易燃易爆的低压气体小于小于小于小于8 8粘粘粘粘度度度度较大的液体较大的液体较大的液体较大的液体 0.5-10.5-1压力较高的气体压力较高的气体压力较高的气体压力较高的气体15-2515-25低压液体低压液体低压液体低压液体8-158-15饱和水蒸汽

42、饱和水蒸汽饱和水蒸汽饱和水蒸汽20-4020-40过热水蒸汽过热水蒸汽过热水蒸汽过热水蒸汽30-5030-503、在管内流动的流体流速的确定、在管内流动的流体流速的确定u=qv/A=4qv/（d2）即即即即 u u与流量与流量与流量与流量q qv v、管径管径管径管径d d有关。有关。有关。有关。当当当当qvqv一定时：一定时：一定时：一定时：uudd操作费操作费操作费操作费 设备费设备费设备费设备费uudd操作费操作费操作费操作费设备费设备费设备费设备费 解：解：解：解：=2.2cp=2.2cp与水相近，与水相近，与水相近，与水相近，取取取取 u=2m/su=2m/s（水在管内流动的流速通常

43、为水在管内流动的流速通常为水在管内流动的流速通常为水在管内流动的流速通常为1.51.53m/s3m/s）q qv v=60T/h=0.018m=60T/h=0.018m3 3/s/sd=d=d=d=q qv v/0.785u=/0.785u=/0.785u=/0.785u=0.018/0.7850.018/0.7850.018/0.7850.018/0.785 2=0.099 m2=0.099 m2=0.099 m2=0.099 m例例例例：将将将将1515、20%20%的的的的糖糖糖糖水水水水用用用用泵泵泵泵送送送送至至至至远远远远处处处处的的的的设设设设备备备备中中中中，要求输送量为要求输

44、送量为要求输送量为要求输送量为60T/h60T/h，求所需管道的直径。求所需管道的直径。求所需管道的直径。求所需管道的直径。（糖水的（糖水的（糖水的（糖水的 =1080kg/m=1080kg/m3 3，=2.2cp=2.2cp）根根根根据据据据不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢管管管管规规规规格格格格可可可可知知知知，108108 44mmmm规规规规格格格格的的的的管管管管道符合要求道符合要求道符合要求道符合要求。如图，对管内稳态流动流体作物料衡算如图，对管内稳态流动流体作物料衡算如图，对管内稳态流动流体作物料衡算如图，对管内稳态流动流体作物料衡算(质量守恒质量守恒质量守恒质量守恒)有有有有q qmm

45、1 1=q=qmm2 2即即即即 1 1A A1 1uu1 1=2 2A A2 2uu2 2或或或或 A A u u=常数常数常数常数u u11/u/u2 2=A=A2 2/A/A1 1=（d d2 2/d/d1 1）2 2 三、连续性方程三、连续性方程(稳态流动系统的物料衡算稳态流动系统的物料衡算)结论结论结论结论:适用条件适用条件适用条件适用条件:不可压缩不可压缩不可压缩不可压缩流体在流体在流体在流体在管内管内管内管内作作作作连续稳态流动连续稳态流动连续稳态流动连续稳态流动时时时时12根根根根据据据据质质质质量量量量守守守守恒恒恒恒定定定定律律律律，以以以以有有有有微微微微分分分分时时时时

46、间间间间dd为为为为依依依依据据据据，可求得一段时间范围内的物料变化量。可求得一段时间范围内的物料变化量。可求得一段时间范围内的物料变化量。可求得一段时间范围内的物料变化量。衡算式：衡算式：Fd-Dd=dS(1)FD=dS/d(2)式中式中F瞬间进料速率瞬间进料速率D瞬间出料速率瞬间出料速率S衡算范围内的累积物料量衡算范围内的累积物料量d微分时间微分时间 非稳态流动系统的物料衡算非稳态流动系统的物料衡算例例例例：水水水水槽槽槽槽底底底底有有有有一一一一出出出出水水水水孔孔孔孔。已已已已知知知知从从从从此此此此孔孔孔孔将将将将水水水水放放放放出出出出的的的的速速速速率率率率与与与与槽槽槽槽内内内

47、内液液液液面面面面高度及高度及高度及高度及 孔的截面积有关，其关系式如下：孔的截面积有关，其关系式如下：孔的截面积有关，其关系式如下：孔的截面积有关，其关系式如下：式式式式中中中中 V V为为为为放放放放水水水水速速速速率率率率，mm3 3/S/S；A A0 0为为为为小小小小孔孔孔孔的的的的截截截截面面面面积积积积，mm2 2；h h为为为为槽槽槽槽内内内内液液液液面面面面高高高高度度度度，mm；g g为为为为重重重重力力力力加加加加速速速速度度度度9.81m/S9.81m/S2 2。若若若若水水水水槽槽槽槽直直直直径径径径为为为为0.5m0.5m，小小小小孔孔孔孔的的的的截截截截面面面面积

48、积积积为为为为 10cm10cm2 2，槽槽槽槽内内内内液液液液面面面面高高高高度度度度为为为为0.6m0.6m。求求求求：将槽内水放完需要多少时间？将槽内水放完需要多少时间？将槽内水放完需要多少时间？将槽内水放完需要多少时间？解：解：解：解：已知：已知：已知：已知：A=0.196mA=0.196m22AA0 0=10=10-3-3mm22hh1 1=0.6mh=0.6mh2 2=0=0。根据题意及式（根据题意及式（根据题意及式（根据题意及式（1 1）Fd-Dd=dSFd-Dd=dS有有有有Fd=0Fd=0；dS=ddS=d（AhAh）=Adh=Adh；D=VD=V即即即即-Vd=d-Vd=d

49、（AhAh）=Adh=Adh 将积分上下限将积分上下限将积分上下限将积分上下限 1 1=0=0，h h1 1=0.6m=0.6m；2 2=，h h2 2=0=0 代入（代入（代入（代入（1 1）式积分，可得结果：）式积分，可得结果：）式积分，可得结果：）式积分，可得结果：=110=110秒秒秒秒 1 1、连续稳态流动系统的总能量衡算、连续稳态流动系统的总能量衡算、连续稳态流动系统的总能量衡算、连续稳态流动系统的总能量衡算连续稳定系统组成（如图所示）连续稳定系统组成（如图所示）连续稳定系统组成（如图所示）连续稳定系统组成（如图所示）四、柏努利方程式（能量衡算式）四、柏努利方程式（能量衡算式）理想

50、流体能量衡算式可理想流体能量衡算式可理想流体能量衡算式可理想流体能量衡算式可根据牛顿第二运动定律，通根据牛顿第二运动定律，通过对流动系统中的一个微分单元体作力的分析进行推导过对流动系统中的一个微分单元体作力的分析进行推导;实际流体能量衡算式也可通过对流动系统作能量衡算进实际流体能量衡算式也可通过对流动系统作能量衡算进实际流体能量衡算式也可通过对流动系统作能量衡算进实际流体能量衡算式也可通过对流动系统作能量衡算进行推导。行推导。行推导。行推导。12设设:u1、p1、Z1、A1、1、1 衡算范围衡算范围衡算范围衡算范围 衡算基准衡算基准衡算基准衡算基准 基准水平面基准水平面基准水平面基准水平面1k