化工原理第一章流体流动及输送机械山东大学期末考试知识点复习.docx

化工原理第一章流体流动及输送机械山东大学期末考试知识点复习.docx

《化工原理第一章流体流动及输送机械山东大学期末考试知识点复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理第一章流体流动及输送机械山东大学期末考试知识点复习.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化工原理第一章流体流动及输送机械山东大学期末考试知识点复习

第一章流体流动及输送机械

一、重要公式

1．静力学方程

二、主要内容联系图

1．化工原理课程知识结构模块图

三、本章要点指导

1．流体静力学方程式

由静力学方程可知：

（1）静止液体内任一点压力大小与该点距液面深度有关，越深压力越大。

（2）在静止液体内同一水平面上各点压力相等，此压力相等的面称为等压面。

（3）液面上方压力pO。

有变化时，必然引起液体内部各点发生同样大小的变化。

（4）（p2-p1）/ρg=h，说明压力或压差大小可由液柱高度表示。

（5）（p/ρg）+z=常数或p/ρ+gz=常数，说明不同截面上静压能和位能可相互转换，总和保持不变。

z为流体距离基准面的高度，称为位压头，表示单位重量流体从基准面算起的位能，mgz／mg=z；p/ρg为静压头，又称单位重量流体的静压能pV/mg，静压能的意义：

当流体具有静压强p时，就能在它的作用下上升高度p/ρg，这种克服重力做功的能力称为静压能。

（6）静止的、连通的同种均质流体在同一水平面上压强相等。

（7）静力学方程亦适用于可压缩流体，ρ必须取平均值。

（8）静力学方程应用的计算题，首先选等压面，计算静压强由上往下加，反之则减。

2．机械能衡算方程式

流体流动的核心公式是流体机械能衡算方程式（柏努利方程），该公式有如下形式：

应用公式应注意以下几点。

（1）柏努利方程应用条件：

定态、连续、不可压缩流体系统，在选定的两截面间，系统与周围环境无能量和质量交换，满足连续性方程。

（2）公式（a）的基准为单位质量流体（1kg），公式（b）的基准为单位重量流体（1N）。

（3）公式（a）的物理意义：

各项均表示单位质量流体具有的能量，单位：

J/kg。

gz1，u12/2，p1/ρ，gz2，u22/2，p2/ρ分别为截面1和截面2上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能，he，hf，1-2为流体在截面1→2之间获得和消耗的能量，是过程函数，he为输送设备对单位质量流体所做的有效功，是选用输送设备的重要依据。

（4）公式（b）的物理意义：

各项均表示单位重量流体具有的能量，单位：

J／N或m液柱。

z1，u12/2g，p1/ρg为截面1上流体所具有的位压头、动压头和静压头，z2\u22/2g\p2/ρg为截面2上流体所具有的位压头、动压头和静压头，He（扬程）是输送设备对流体所提供的有效压头，He=he／g；Hf，1-2为流体在截面1→2之间的压头损失，Hf，1-2／g。

（5）z，p，u为状态函数，管内流动u，z，p，ρ为平均值。

（6）z1、z2选择同一水平基准面，通常选择地平面或控制体截面1-1'、截面2-2'中的较低的一个所在的水平面上。

（7）p1、p2同时以绝对压计或同时以表压计，并且注意单位均统一到N／m2。

（8）截面1—1'、截面2—2'与流体流动方向相垂直，根据所取的截面1—1'、截面2—2'的性质，灵活地确定u1、u2的数值，流速u是平均流速，阻力损失项中的流速取产生阻力损失的管段上的平均流速，大截面上的流速为0。

（9）自高位槽或高压容器向其他地方输送流体时一般不需要流体输送机械，此时，He=0，he=0。

（10）若外界没有向系统加人外功，he=0，He=0，用Et1和Et2分别表示截面1和截面2上的机械能（位能、动能和静压能之和），Et1=Et2+hf，由于实际流体（非理想）流动时，ht＞0，故Et1>Et2。

这说明流体能自动从高（机械能）能位流向低（机械能）能位。

（11）理想流体，无外加功，he=0，He=0，Hf=0，hf=0，则得到理想流体的柏努利方程，其物理意义如下：

1kg理想流体在各个截面上所具有的总机械能Et守衡．各项不一定相等，三种形式的能可以互相转换，总和不变，Et1=Et2。

（12）可压缩流体，当｜（p1-p2）／p1｜＜20％，采取ρ=ρm=（ρ1+ρ2）／2，误差在工程上是允许的。

（13）非定态流动，可通过微分时间dt内的物料衡算和瞬间柏努利方程求解。

（14）若在等直径的管段，无流体输送机械，阻力损失可以忽略，机械能衡算方程式变成流体静力学的形式。

（15）因为机械能衡算式中的每一项均是单位流体的能量，故计算流体输送机械的功率时应注意流体的总流量qv（单位：

m3／s），有效功率Pe=ρgHeqv=heqm，轴功率Pa=Pe／η，单位：

W（瓦）。

（16）柏努利方程解题步骤如下。

①绘出流体流动系统的示意图，并根据要求确定流体流动系统的衡算范围（控制体）。

②选取截面：

根据题意定出上下截面，一般把上下游截面选取在已知数较多或含有待求量的地方，并指出流体的流动方向，截面选取必须与流动方向垂直，且在两截面间流体必须是连续的；上下游截面确定后，两截面及其间的管道内壁和容器内壁即构成相应的控制体。

上下游截面上单位质量流体所具有的位能和静压能按管道轴心线的流线上的值计算。

③选择基准水平面：

通常取基准水平面通过衡算范围的两个截面中的任一截面，截面上方为“+”，截面下方为“-”，“z”→截面中心点到基准水平面间的垂直距离。

④衡算范围内所含的外部功及阻力损失应完全考虑进去，不应遗漏。

（17）应用机械能衡算方程式可解决以下方面的问题：

确定高位槽高度；计算管路中的流体压力；计算管路中的流体压力；计算管路中的阻力损失；确定输送机械的功率；确定完成规定输送流量所需要的管径d；对于已有的管路系统确定所能达到的流量；并联分支管路的流量分配等。

（18）有时柏努利方程需要和连续性方程、动量守恒定律联合，可用于计算管路中的流量，设备间的相对位置，输送设备的有效功率及管路中流体的压强关系。

四、本章注意点

（1）静力学方程是静止流体中的能量转换和守恒定律，应用此方程的关键是正确选取等压面，其实质即为在连续、静止、均质的流体中同一水平面上静压强相等这一概念的应用。

所取等压面的位置不同，仅涉及计算是否简便，不影响计算结果。

计算时应注意各物理量单位制要统一。

（2）应掌握连续性方程式的使用条件、意义及应用。

（3）掌握柏努利方程及机械能衡算式的物理意义、使用条件及应用。

（4）牛顿黏性定律，黏度的定义及影响因素，不同单位制中黏度的换算。

（5）流体的流动形态有两种：

层流和湍流，其判据是雷诺数。

（6）∑hf为机械能衡算式中两截面间的1kg流体的机械能损失，一般由直管阻力和局部阻力两部分组成。

（7）简单管路及复杂管路的特点。

（8）注意区分“气缚现象"和“汽蚀现象”。

“气缚现象"是因为泵启动前泵壳及吸人管路中没有充满液体等原因，而使泵内有气体导致吸不上液体；而“汽蚀现象”则是由于泵内某处的绝对压力低于操作温度下液体的饱和蒸气压，而使泵不能正常操作甚至将泵损坏。

可见两者产生的原因不同，现象不同，后果亦不同。

但都是离心泵正常操作所不允许的。

（9）注意区分离心泵扬程（压头）和升扬高度。

扬程He是单位重量液体经泵后所获得的能量，而升扬高度即指△z一项。

（10）离心泵的实际安装高度Hg要小于计算之允许安装高度[Hg]，若计算之[Hg]为负值，即说明泵吸入口位置应在贮槽液面之下，即倒灌。

（11）选离心泵时，应使其尽可能在设计点处工作，即所选之泵在最高效率点工作。

若难以满足，亦应尽量在最高效率点附近。

（12）有时可能有几种型号的泵同时满足在最佳范围内操作要求，此时应从设备投资和操作费用方面进行全面比较，择优选取。

（13）离心泵的特点是：

送液能力大，流量均匀。