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1、化工原理第一章第一页，讲稿共二十六页哦1.2流体动力学流体动力学1.体积流量体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。VSm3/s或m3/h2.2.质量流量质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。mSkg/s或kg/h。一、流量一、流量1.2.1 流体的流量与流速流体的流量与流速体积流量与质量流量的关系：体积流量与质量流量的关系：m ms s=VsVs 第二页，讲稿共二十六页哦二、流速二、流速2.2.质量流速质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。1.1.流速流速（平均平均流速）流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。kg/（m2s）m/s流量与流速的关系：流
2、量与流速的关系：G G=m ms s/A=/A=VsVs/A=u/A=u管内流体流速分布第三页，讲稿共二十六页哦对于圆形管道：流量VS一般由生产任务决定。流速选择：三、管径的估算管径的估算d设备费用流动阻力动力消耗 操作费均衡考虑uu适宜适宜费费用用总费用总费用设备费设备费操作费操作费 第四页，讲稿共二十六页哦常用流体适宜流速范围：常用流体适宜流速范围：水及一般液体13m/s粘度较大的液体0.51m/s低压气体815m/s压力较高的气体1525m/s计算计算d d计算实际流速计算实际流速u u实实圆整（规格化，去标准管径）圆整（规格化，去标准管径）选定流速选定流速u u 管径的选择：管径的选择
3、：第五页，讲稿共二十六页哦1.2.2 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：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；非非定定态态流流动动：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。第六页，讲稿共二十六页哦1.2.3 定态流动系统的质量守恒定态流动系统的质量守恒连续性方程连续性方程 对对于于稳稳定定流流动动系系统统，在在管管路路中中流流体体没没有有增增加加和和漏漏失失的的情情况况下下符符合合质量守恒原理质量守恒原理：推广至任意截面连续性方程连续性方程11 2 2（1）推导）推导第七页，讲稿共二十六页哦（2）讨论）讨论对于在圆管内作稳态流动的
4、不可压缩流体：即管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。（3）适用条件）适用条件 流体流动的连续性方程式仅适用于稳定流动时的连续性流体。对不可压缩性流体，第八页，讲稿共二十六页哦例例1-31-3 如附图所示，管路由一段894mm的管1、一段1084mm的管2和两段573.5mm的分支管3a及3b连接而成。若水以9103m/s的体积流量流动，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管内的速度。3a123b第九页，讲稿共二十六页哦1.2.4 定态流动系统的能量守恒定态流动系统的能量守恒柏努利方程柏努利方程一、总能量衡算一、总能量衡算衡算范围：衡算范围：1-1、2-2截面以及管内壁所围成的空间截面
5、以及管内壁所围成的空间;衡算基准：衡算基准：1kg流体流体;基准面：基准面：0-0水平面水平面第十页，讲稿共二十六页哦分析分析1流体进、出系统时输入与输出的能量项：流体进、出系统时输入与输出的能量项：（1）内能贮存于物质内部的能量。1kg流体具有的内能为U（J/kg）。（2）位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。（3）动能1kg的流体所具有的动能为 (J/kg)第十一页，讲稿共二十六页哦（4）静压能静压能=1kg的流体所具有的静压能为(J/kg)（5）热 设换热器向1kg流体提供的热量为 (J/kg)。lAV（6）外功(有效功)1kg流体从流体输
6、送机械所获得的能量为We(J/kg)。第十二页，讲稿共二十六页哦能能 量量形形 式式 意意 义义kg流体的能量流体的能量J/kg 输输 入入 输输 出出内能内能 物质内部能量的总和物质内部能量的总和 U U1 1 U U2 2 位能位能 将将1kg1kg的流体自基准水平面升举的流体自基准水平面升举到某高度到某高度Z Z所作的功所作的功 gZgZ1 1 gZgZ2 2 动能动能 将将1kg1kg的流体从静止加速到速度的流体从静止加速到速度u u所作的功所作的功 静压能静压能1kg1kg流体克服截面压力流体克服截面压力p p所作的功所作的功(注意理解静压能的概念注意理解静压能的概念)p p1 1v
7、 v1 1 p p2 2v v2 2 热热 换热器向换热器向1 kg1 kg流体供应的或从流体供应的或从1kg1kg流体取出的热量流体取出的热量 Q Qe e(外界向外界向系统正）系统正）外功外功 1kg1kg流体通过泵流体通过泵(或其他输送设备或其他输送设备)所获得的有效能量所获得的有效能量.W We e 表1-1 1kg 1kg 流体进、出系统时输入和输出的能量流体进、出系统时输入和输出的能量第十三页，讲稿共二十六页哦根据能量守恒定律，连续稳定流动系统的能量衡算：以上能量形式可分为两类：机械能：位能、动能、静压能及外功，可用于输送流体；内能与热：不能直接转变为输送流体的能量。(热力学第一定
8、律)为得到适用流体输送系统的机械能变化关系式，需将为得到适用流体输送系统的机械能变化关系式，需将U和和Qe消去。消去。,亦即:第十四页，讲稿共二十六页哦2实际流体的机械能衡算实际流体的机械能衡算假设 流体不可压缩，则 流动系统无热交换，则 流体温度不变，则(1)以单位质量流体为基准设1kg流体损失的能量为Wf（J/kg），有：(1)式中各项单位为J/kg。并且实际流体流动时有能量损失。第十五页，讲稿共二十六页哦（2）以单位重量流体为基准将(1)式各项同除重力加速度g:令则（2）式中各项单位为第十六页，讲稿共二十六页哦z位压头动压头He外加压头或有效压头。静压头总压头hf压头损失第十七页，讲稿共
9、二十六页哦（3）以单位体积流体为基准将(1)式各项同乘以:式中各项单位为（3）压力损失第十八页，讲稿共二十六页哦3理想流体的机械能衡算理想流体的机械能衡算理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。（4）（5）柏努利方程式柏努利方程式第十九页，讲稿共二十六页哦4.4.柏努利方程的讨论柏努利方程的讨论（1）若流体处于静止，u=0，Wf=0，We=0，则柏努利方程变为 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。（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，即第二十页，讲稿共二十六页哦理想流体能量分布机械能转化第二十一页，讲稿共二十六页哦 We、Wf在两截面间单位质量流体
10、获得或消耗的能量。zg、某截面上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能；有效功率：轴功率：（3）式中各项能量所表示的意义第二十二页，讲稿共二十六页哦（4）适用条件：稳态流动；不可压缩；重力场（5）物理意义：在任一流动截面上单位质量流体的总机械能守恒，而每一种形式的机械能不一定相等，可以相互转换。（6）对于可压缩性流体，当 时，仍可用该方程计算，但式中的密度应以两截面的平均密度m代替。而不稳定流动的任一瞬间，柏努利方程仍成立。（7）不同条件下方程形式及衡算基准：1kg，1N，1m3第二十三页，讲稿共二十六页哦序序号号 适适 用用 条条 件件 方方 程程 形形 式式 以单位质量以单位质量 流体为基
11、准流体为基准以单位重量以单位重量流体为基准流体为基准 1 1稳定流动稳定流动稳定流动稳定流动有有有有外功输入外功输入外功输入外功输入不可不可不可不可压缩、实际流体压缩、实际流体压缩、实际流体压缩、实际流体 2 2稳定流动稳定流动稳定流动稳定流动无无无无外功输入外功输入外功输入外功输入不可不可不可不可压缩理想流体压缩理想流体压缩理想流体压缩理想流体 3 3不可压缩流体不可压缩流体不可压缩流体不可压缩流体流体处于静止流体处于静止流体处于静止流体处于静止状态状态状态状态表表1-2 1-2 柏努利方程的常用形式及其适用条件柏努利方程的常用形式及其适用条件第二十四页，讲稿共二十六页哦4柏努利方程的应用柏努利方程的应用管内流体的流量；输送设备的功率；管路中流体的压力；容器间的相对位置等。利用柏努利方程与连续性方程，可以确定：第二十五页，讲稿共二十六页哦（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围；（2）位能基准面的选取 必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。第二十六页，讲稿共二十六页哦