化工原理第四版_精品文档.ppt

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流体流动流体流动第一章第一章辽阳化纤厂辽阳化纤厂一、流体流动一、流体流动（动量传递动量传递）气体和液体统称为流体气体和液体统称为流体二、可压缩性流体与不可压缩性流体二、可压缩性流体与不可压缩性流体可压缩性流体可压缩性流体气体气体不可压缩性流体不可压缩性流体液体液体三、流体的特性三、流体的特性11、流动性；、流动性；22、没有固定形状，形状随容器而变；、没有固定形状，形状随容器而变；33、流体流动、流体流动外力作用的结果；外力作用的结果；44、连续性（除高度真空情况）。

、连续性（除高度真空情况）。

转子流量计转子流量计阀门阀门贮槽贮槽离心泵离心泵贮槽贮槽流体流动的典型流程流体流动的典型流程计算内容：

计算内容：

流速、流量、压强、管径、扬程、功率流速、流量、压强、管径、扬程、功率重点重点第一节第一节流体静力学流体静力学研究外力作用下的平衡规律研究外力作用下的平衡规律一、流体的压力一、流体的压力1.定义：

定义：

流体垂直作用于单位面积上的力。

流体垂直作用于单位面积上的力。

N/M2Pa2.压力的单位压力的单位

（1）SI单位单位N/m2PaP=F/A3.换算：

换算：

1atm=1.0133105N/m2=101.3kPa=10330kgf/m2=10.33mH20=760mmHg1at=1kgf/cm2=10mH20=735.5mmHg=98.1kPa

（2）工程单位工程单位kg/m2atmmHgmmH20mH204.4.压力的基准及表示形式压力的基准及表示形式以绝对真空为基准以绝对真空为基准以当时当地压力为基准以当时当地压力为基准绝对压绝对压表压表压真空度真空度绝压（余压）绝压（余压）表压表压绝对压绝对压-大气压大气压真空度真空度大气压大气压-绝对压绝对压绝对零压绝对零压大气压大气压实测压力实测压力实测压力实测压力例题：

在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔例题：

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80kPa，在天津操作时，真，在天津操作时，真空表读数应为多少？

已知兰州地区的平均空表读数应为多少？

已知兰州地区的平均大气压大气压85.3kPa，天津地区为，天津地区为101.33kPa。

解：

维持操作的正常进行，应保持相同的解：

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，可求绝对压，根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。

得操作时的绝对压。

绝压绝压=大气压大气压-真空度真空度=8530080000=5300Pa真空度真空度=大气压大气压-绝对压绝对压=101330-5300=96030Pa二、流体的密度与比体积二、流体的密度与比体积1.密度定义：

密度定义：

单位体积流体所具有的质量。

单位体积流体所具有的质量。

=m/Vkg/m32、影响因素：

、影响因素：

温度和压力温度和压力

（1）液体）液体为不可压缩的流体，与压力无关，温度为不可压缩的流体，与压力无关，温度升高，密度降低。

升高，密度降低。

（2）气体气体为可压缩性的流体，通常（压力为可压缩性的流体，通常（压力不太高，温度不太低）时可按理想气体处不太高，温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体状态方程处理理，否则按真实气体状态方程处理33、混合物密度、混合物密度

（1）气体气体=MP/RT=0T0P/TP0m=MmP/RTMm=y1M1+y2M2+ymMm

（2）液体混合物密度）液体混合物密度应用条件：

应用条件：

混合物体积等于各组分单独存在时的体混合物体积等于各组分单独存在时的体积之和。

积之和。

w质量分率质量分率4、比体积、比体积单位质量的流体所具有的体积。

单位质量的流体所具有的体积。

v=V/m=1/5、相对密度与重度、相对密度与重度

（1）相对密度相对密度dd=/4水水=/1000

（2）重度重度r=G/Vkgf/m3重度值重度值=密度值密度值（值相同但意义不同值相同但意义不同）三、流体静力学基本方程三、流体静力学基本方程1.相对静止状态流体受力情况相对静止状态流体受力情况上表面作用力：

上表面作用力：

F1=P1A下表面作用力：

下表面作用力：

F2=P2A重力：

重力：

G=gA（Z1-Z2）2.静力学方程及巴斯葛定律静力学方程及巴斯葛定律F1+G=F2P1A+gA（Z1-Z2）=P2AP2=P1+g（Z1-Z2）或或P2=P0+g（Z1-Z2）=P0+ghF1=P1AF2=P2AG=gA（Z1-Z2）3.讨论讨论P2=P0+gh1.流体某一深处的压力与深度和密度有流体某一深处的压力与深度和密度有关。

关。

2.液面上方流体压力改变，液体内部压液面上方流体压力改变，液体内部压力随着改变且变化值相同（巴斯葛定律）力随着改变且变化值相同（巴斯葛定律）。

3.静止的、连续的同一流体内、同一水静止的、连续的同一流体内、同一水平面处各点压力相等。

平面处各点压力相等。

（等压面等压面）4.压力或压差可用液柱高度表示。

压力或压差可用液柱高度表示。

H=（P2-P0）/g记记住住5.可用不同液柱高度表示压力，换算关系可用不同液柱高度表示压力，换算关系为：

为：

H=H/6.静压头与位压头之和为常数。

静压头与位压头之和为常数。

Z表示把单位重量流体由基准面移至表示把单位重量流体由基准面移至Z高度高度后具有的位能。

后具有的位能。

P/g静压头静压头例例:

P0P1P2P1=?

P2=?

PA=PAPB=PBPC=PC3.当细管水位下降到多高时当细管水位下降到多高时,槽内水将放净槽内水将放净?

1=800kg/m32=1000kg/m3H1=0.7mH2=0.6m例题例题:

1.判断下面各式是否成立判断下面各式是否成立2.细管液面高度细管液面高度解解:

利用等压面原理求解利用等压面原理求解1.PA=PAPB=PB3.2gh=1gH1h=0.562.2gh+p0=1gH1+2gH2+p0h=H2+H11/2h=1.16四、流体静力学基本方程的应用四、流体静力学基本方程的应用（一一）压力测定压力测定1.U型管压差计型管压差计P1P2A-A为等压面为等压面PA=PAPA=P1+g（H+R）PA=P2+gR+gHP1-P2=Rg（-）如测量气体如测量气体0P1-P2=Rg一臂通大气一臂通大气?

2.倾斜液柱压差计倾斜液柱压差计R1=R/sinR=R1sin3.微差压差计微差压差计放大读数放大读数P1P2abR特点：

特点：

（1）内装两种密度相）内装两种密度相近且不互溶的指示剂；近且不互溶的指示剂；

（2）U型管两臂各装型管两臂各装扩大室（水库）。

扩大室（水库）。

P1-P2=（a-b）Rg例题：

用普通例题：

用普通U型管压差计测量气体管型管压差计测量气体管路上两点压差，指示液为水，读数路上两点压差，指示液为水，读数R为为1.2cm，为扩大读数，为扩大读数改为微差计，一指改为微差计，一指示液密度为示液密度为920kg/m3，另一指示液密度，另一指示液密度为为850kg/m3，读数可放大多少倍？

，读数可放大多少倍？

解：

（解：

（水水-气气）gR=（1-2）gR新读数为原读数的新读数为原读数的171/1214.3倍倍R=R水水/（1-2）=（121000）/（920-850）=171mm例例1-4：

常温水在管道中流动，用双：

常温水在管道中流动，用双U型管型管测两点压差，指示液为汞，其高度差为测两点压差，指示液为汞，其高度差为100mmHg，计算两处压力差如图：

，计算两处压力差如图：

P1=P1P2=P2Pa=P1+水水gxP1=汞汞gR+P2Pb=水水gx+水水gR+P2Pa-Pb=Rg（汞汞-水水）=0.19.81（13600-1000）=1.24103Pa二二.液位的测量液位的测量例例1-5：

远距离测液位装置如下，：

远距离测液位装置如下，U型管型管指示液为汞，高度差指示液为汞，高度差100mm,料液密度为料液密度为1250kg/m3，求贮槽内料液深。

，求贮槽内料液深。

ABPA=PBPA=gh+P0PB=HggR+P0h=136000.1/1250如接另一稍短如接另一稍短X米的米的管子管子可测料液的密度可测料液的密度?

气体气体RRpppp三三.液封液封h=P/（H2Og）P=gRmg=gRA软布、重钟罩软布、重钟罩真空表真空表气气气气水水R已知：

抽真空装置的真空表读数为已知：

抽真空装置的真空表读数为80kPa，求气压管中水上升的高度。

，求气压管中水上升的高度。

P0=P+gRP为装置内的绝对压为装置内的绝对压RP0P=P0-真空度真空度R=（P0-P）/gR=80000/10009.81=8.15m第二节：

管内流体流动的基本方程式第二节：

管内流体流动的基本方程式一一.流量与流速流量与流速（一一）流量流量1.体积流量体积流量qvm3/s2.质量流量质量流量qmkg/s（二二）流速流速1.平均流速平均流速u=qv/Am/s2.质量流速质量流速W=qv/A=ukg/m2.s3.管径管径液体液体:

0.53m/s气体：

气体：

1030m/s#管径应进行园整管径应进行园整例例1-7:

安装一根输水量为安装一根输水量为30m3/h的管道的管道,试选择合适的管道。

试选择合适的管道。

解：

选择管内水的经验流速解：

选择管内水的经验流速u=1.8m/s=0.077m=77mm查书中附录二十一查书中附录二十一（P381）

（2）普通无缝钢普通无缝钢管管外径外径=89mm壁厚壁厚=4mm即即894的管子的管子内径为内径为d=81mm=0.081m实际流速为实际流速为:

二二.稳定流动与不稳定流动稳定流动与不稳定流动1.稳定流动稳定流动流体流动过程中，在任意流体流动过程中，在任意截面，流体的参数不随时间改变。

截面，流体的参数不随时间改变。

2.不稳定流动不稳定流动流体流动过程中，在任流体流动过程中，在任意截面意截面,流体的任一参数随时间而改变。

流体的任一参数随时间而改变。

三三.连续性方程连续性方程1122qm1=qm2qm=qv=uAu1A11=u2A22=常数常数对于不可压缩性流体对于不可压缩性流体,密度可视为不变密度可视为不变u1A1=u2A2u1/u2=（d2/d1）2例例1-8:

如下图的变径管路如下图的变径管路D1=2.5cmD2=10cmD3=5cm

（1）当流量为当流量为4升升/秒时秒时,各段流速各段流速?

（2）当流量为当流量为8升升/秒时秒时,各段流速各段流速?

123例题例题:

如下图的变径管路例题如下图的变径管路例题:

123D1=2.5cmD2=10cmD3=5cm

（1）当流量为当流量为4升升/秒时秒时,各段流速各段流速?

（2）当流量为当流量为8升升/秒时秒时,各段流速各段流速?

qv=2qvu=2uu1=2uu1=16.3m/s=2.04m/s四四.理想流体的伯努利方程理想流体的伯努利方程丹尼尔丹尼尔.伯努利伯努利（1700-1782），生于科学世家。

，生于科学世家。

是瑞士物理学家是瑞士物理学家,数学家数学家,医学家。

医学家。

曾任医学、解剖学、植物学、物理学、哲曾任医学、解剖学、植物学、物理学、哲学教授。

学教授。

（一）理想流体的

（一）理想流体的伯努利伯努利方程方程推导依据：

能量守恒（机械能）推导依据：

能量守恒（机械能）理想流体：

无粘性流体，在流动过程中没理想流体：

无粘性流体，在流动过程中没有摩擦，没有能量损失。

有摩擦，没有能量损失。

稳定流动，单位稳定流动，单位时间，质量为时间，质量为m的流体由截面的流体由截面1截面截面2位能：

流体因处于地球位能：

流体因处于地球重力场中而具有能量，重力场中而具有能量，其值等于把质量为其值等于把质量为m的的流体由基准水平面升举流体由基准水平面升举到某高度到某高度Z所做的功。

所做的功。

位能位能=力力距离距离=mgZ单位质量流体的位能：

单位质量流体的位能：

mgZ/m=gZJ/kg#截面在基准面之上，位能值为正，截面在基准