1、。1.2.1流體流動和速度，1.2.2穩(wěn)態(tài)流動和非穩(wěn)態(tài)流動，1.2.3穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)的質(zhì)量守恒，1.2.4穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)的能量守恒，1.2流體動力學(xué)，連續(xù)性方程，伯努利方程，本節(jié)的難點(diǎn)：本節(jié)的重點(diǎn)：伯努利方程的應(yīng)用；正確選擇橫截面和基準(zhǔn)面，解決流體流動問題。1.2流體動力學(xué)，1.2.1流體流動和速度，1。流量，體積流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任何部分的流體體積。定義：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任何部分的流體量。VSm3/s或m3/h.嘿。(1-19)，它們之間的關(guān)系：2。質(zhì)量流量為：即單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任何部分的流體質(zhì)量。mSkg/s或kg/h. 2。流速1。流速：單位時間內(nèi)流體顆粒沿流動方向流動的距離。平均

2、流速：流體體積流量與管道橫截面積的比率。在美國，單位是米/秒.(1-20)。傳統(tǒng)上，平均速度簡稱為速度。2.點(diǎn)速度：流動截面上某一點(diǎn)的速度。它是由你來表達(dá)的。質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。單位為千克/(平方米)。流量和流量的關(guān)系是：(1-21)，質(zhì)量流量和流量的關(guān)系是：(1-22)，(1-23)，管徑的估計，(1-23)，一般的化工管道是圓形的，如果管道的內(nèi)徑用D表示，那么：其中流量一般由生產(chǎn)任務(wù)決定。嘿。u d設(shè)備成本,流阻功耗運(yùn)行成本、平衡考慮，流量選擇：圖1-12管徑與總成本的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來選擇合適的流量，通?？梢赃x擇經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通常，對于高密度或高粘度的流體，

3、流速較小；一般情況下，水和低粘度液體的流速為1 3 m/s，常壓氣體的流速為10 m/s，飽和蒸汽的流速為20 40 m/s。對于含有固體雜質(zhì)的流體，流速應(yīng)較大，以免固體雜質(zhì)沉積在管道中。例如，一家工廠要求安裝一個輸水能力為30m3/h的管道，試著選擇一個合適的管道。解決方案：管道進(jìn)水流量為1.8m/s，檢查附錄中低壓流體輸送用焊接鋼管的規(guī)格，選擇公稱直徑為Dg80(3英寸)，或88.54毫米，外徑為88.5毫米，壁厚為4毫米的管道，則內(nèi)徑為：管道內(nèi)水的實(shí)際流量為：適用于穩(wěn)流和非穩(wěn)流，穩(wěn)流：各段的溫度、壓力、流速等物理量只隨位置、壓力、流速而變化圖1-13穩(wěn)流，裝置的液位是恒定的，所以流速不隨

4、時間變化，這就是穩(wěn)流。不穩(wěn)定流動：每個橫截面上流體的相關(guān)物理量隨著時間和位置而變化。圖1-14不穩(wěn)定流。在裝置的流動過程中，液位不斷下降，流速隨時間而降低，這是一種不穩(wěn)定的流動。在化工廠，連續(xù)生產(chǎn)的啟動和關(guān)閉階段屬于不穩(wěn)定流，而在正常的連續(xù)生產(chǎn)中，它們都屬于穩(wěn)定流。本章主要討論穩(wěn)定流問題。穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)的質(zhì)量守恒連續(xù)性方程，圖1-15連續(xù)性方程的推導(dǎo)，如圖所示的穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)，流體從1-1段連續(xù)進(jìn)入，從2-2段排出，充滿所有管道。在管道內(nèi)流體不增加、不泄漏的情況下，根據(jù)物料平衡，單位時間進(jìn)入1-1段和流出2-2段的流體質(zhì)量必須相等，即：擴(kuò)展到任何截面，或(1-24)，(1-24a)，(1-24b)

5、，公式(1-)對于不可壓縮流體，=常數(shù)，連續(xù)性方程可寫成：(1-24c)，上述公式表明流經(jīng)每個截面的不可壓縮流體的體積流速不變；流速u與管道的橫截面積成反比，橫截面積越小，流速越大；相反，橫截面積越大，流速越小。對于圓管：(1-24d)，即圓管中不可壓縮流體的流速與管道內(nèi)徑的平方成反比。示例：如圖所示，管道由一段894毫米管道1、一段1084毫米管道2和兩段573.5毫米支管3a和3b連接。如果水以910-3m/s的體積流速流動，并且兩個支管中的流速相等，試著找出每個管中的水的速度。如果管1的內(nèi)徑是，管1中水的流速是，并且管2的內(nèi)徑是，根據(jù)公式(1-24d)，管2中水的流速是，管3a和3b的內(nèi)

6、徑是，并且支管3a和3b中水的流速是相等的，則存在。推導(dǎo)伯努利方程有許多方法，下面介紹機(jī)械能平衡的簡單算法。伯努利方程，1?？偰芰科胶?，圖1-16總能量平衡。如圖1-16所示，在穩(wěn)流系統(tǒng)中，流體從1-1 段流入，從2-2 段流出。平衡范圍：1-1 ，2-2 橫截面和管道內(nèi)壁圍成的空間，平衡標(biāo)準(zhǔn)：1千克流體，參考平面：0-0水平面，(1)內(nèi)能：儲存在材料中的能量。(2)勢能：流體在重力作用下處于不同高度的能量。流體的機(jī)械能有以下幾種形式：1千克流體的內(nèi)能為u，單位為焦耳/千克。1kg流體具有勢能zg，單位為J/kg。將質(zhì)量為m kg的流體從參考水平面的0-0提升到z所做的功是勢能，等于=mgz。

7、當(dāng)流體以一定速度流動時，它具有動能。1kg流體的動能為，單位為焦耳/千克。(3)動能：(4)靜壓能：靜壓能=，1kg流體具有靜壓能，單位為J/kg。圖1-17是靜壓能的示意圖。讓熱交換器提供給1kg流體的熱量為qe，單位為J/kg。(5)加熱，如果有加熱器、冷卻器等。在管道中，流體通過時會與它交換熱量。1千克流體從流體輸送機(jī)械獲得的能量表示為“能量”，單位為焦耳/千克。(6)外部工作(有效工作):在圖1-16所示的流動系統(tǒng)中，也有流體輸送機(jī)器(泵或風(fēng)扇)在流體上工作。根據(jù)能量守恒原理，對于規(guī)定的流量范圍，總輸入能量必須等于總輸出能量。在圖1-16中，在1-1截面和2-2截面之間的平衡范圍內(nèi)，有

8、：上述能量形式可分為兩類：機(jī)械能：勢能、動能、靜壓能和外功，可用于輸送流體；內(nèi)能和熱能：不能直接轉(zhuǎn)化為輸送流體的能量。(1-25)、(1-25a)或，2。實(shí)際流體的機(jī)械能平衡，(1)如果基于流體的單位質(zhì)量，流體是不可壓縮的，那么1=2，流動系統(tǒng)沒有熱交換，那么qe=0，假設(shè)流體溫度是恒定的，那么U1=U2，并且實(shí)際流體流動。將1kg流體損失的能量表示為 wf，單位為J/kg。公式(1-25)可簡化為(1-26)，上述公式為不可壓縮真實(shí)流體的機(jī)械能平衡公式，其中每個項(xiàng)的單位為J/kg。嘿。(2)根據(jù)流體的單位重量，將公式(1-26)中的每一項(xiàng)除以重力加速度g :如此。其中每個項(xiàng)目為(1-26a)

9、，表示單位重量(1N)流體的能量。雖然每項(xiàng)的單位是m，與長度單位相同，但應(yīng)理解為m液柱，其物理含義是指每單位重量流體的機(jī)械能。z 位壓頭、總壓頭、He外部壓頭或有效壓頭。hf 壓頭損失，動態(tài)壓頭，靜態(tài)壓頭。(3)根據(jù)流體的單位體積，將公式(1-26)中的每一項(xiàng)乘以:其中每一項(xiàng)的單位是，Pf=Wf 壓力損失，(1-26b)，這種流體理想流體的機(jī)械能平衡：指不可壓縮的無粘性流體(即在流動中沒有摩擦阻力)。當(dāng)理想流體沒有外加功時，方程(1-26)、(1-26a)和(1-26b)可以簡化為：(1-27)。(1-27a)，一般來說，方程(1-27)、(1-27a)和(1)方程(1-26)、(1-26a)

10、和(1-26b)是伯努利方程的擴(kuò)展，伯努利方程通常也被稱為伯努利方程。(1-27b)。4。關(guān)于伯努利方程的討論：(1)如果系統(tǒng)中的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，u=0，沒有流動，自然沒有能量損失， wf=0，當(dāng)然，不需要外部功，We=0，那么伯努利方程變成：上述公式就是流體靜力學(xué)的基本方程?？梢钥闯?，伯努利方程不僅表達(dá)了流體的運(yùn)動規(guī)律，也表達(dá)了流體的靜態(tài)規(guī)律，流體的靜態(tài)只是流體運(yùn)動狀態(tài)的一種特殊形式。(2)伯努利方程(1-27)、(1-27a)和(1-27b)表明理想流體在流動過程中任何截面的總機(jī)械能和總壓頭是恒定的，即(1-28)、(1-28a)、(1-28b)。圖1-7。從1-1段到2-2段，由于管道

11、截面積的減小，根據(jù)連續(xù)性方程，速度增加，即動壓頭增加，潛在壓頭同時增加。然而，由于總壓水頭不變，2-2斷面的靜壓頭減小，即1-1斷面的靜壓頭變?yōu)?-2平面的動壓頭和潛在壓頭。但每一節(jié)上的每一種能量形式不一定相等，它們可以相互轉(zhuǎn)換。(3)在伯努利方程(1-26)中，zg、We和 WF是指單位質(zhì)量流體在兩個部分之間獲得或消耗的能量，可以理解為過程的函數(shù)。分別代表某一截面上單位質(zhì)量流體的勢能、動能和流體靜力能，也就是說，它們是狀態(tài)參數(shù)；我們是一公斤流體的輸送設(shè)備所做的工作，而每單位時間輸送設(shè)備所做的有效工作稱為有效工作。嘿。軸功率：(1-29)，ms流體的質(zhì)量流量，kg/s，其中：Ne的有效功率，w

12、；事實(shí)上，輸送機(jī)械本身具有能量轉(zhuǎn)換效率，所以流體輸送機(jī)械所消耗的實(shí)際功率應(yīng)為(1-30)，流體輸送機(jī)械的效率。其中：N流體輸送機(jī)械軸功率，w；(4)方程(1-26)、(1-26a)和(1-26b)適用于不可壓縮流體。仍然可以用這個公式計算，但是公式中的密度應(yīng)該用兩個截面的平均密度m代替。對于可壓縮流體，當(dāng)系統(tǒng)中兩個部分之間的絕對壓力變化率小于20%時，即，5。應(yīng)用伯努利方程，利用伯努利方程和連續(xù)性方程可以確定容器之間的相對位置。管道中流體的流速；傳輸設(shè)備的功率；管道中流體的壓力；用伯努利方程解決問題時，應(yīng)注意以下問題：(1)根據(jù)問題的含義畫出流動系統(tǒng)示意圖，標(biāo)出流體的流向，確定上下游斷面，明確

13、流動系統(tǒng)的平衡范圍；如果橫截面垂直于地面而不是水平面，則基準(zhǔn)面應(yīng)為穿過管道中心線的水平面。(2)選擇：作為潛在基準(zhǔn)面，該基準(zhǔn)面必須平行于地面；為便于計算，宜選擇兩段中較低的一段；(3)截面的選擇為：截面應(yīng)選擇在已知數(shù)量多、計算方便的地方。兩段之間的流體應(yīng)為穩(wěn)定的連續(xù)流動；垂直于流體的流動方向；(4)在計算時要注意所有物理量的單位的一致性，特別是在計算截面上的靜壓能時，p1和p2不僅要有相同的單位，還要有相同的表達(dá)方法，即它們都是絕對壓力或表壓。如圖所示，塔由塔頂儲罐進(jìn)料，塔頂儲罐中的液位恒定，塔頂儲罐和塔中的壓力均為大氣壓力。液體輸送管為452.5毫米鋼管，所需液體輸送量為3.6立方米/小時.

14、假設(shè)管內(nèi)料液的壓頭損失為1.2m(不包括出口處的能量損失)，高位槽的液位應(yīng)高出進(jìn)料口多少米？如該圖所示將伯努利方程設(shè)置在1-1 和2-2 橫截面之間(因?yàn)閴侯^損失在標(biāo)題中是已知的，所以根據(jù)單位重量流體用公式(1-26a)計算很方便)，其中：Z1=h；由于高位水箱的橫截面比管道的橫截面大得多，水箱中的速度比管道中的速度小得多，可以忽略不計；即u10；P1=0(表壓)；He=0 z2=0P2=0(表壓)；hf=1.2m，將上述值代入上述公式可以確定高位槽中液位的高度。計算結(jié)果表明，動能項(xiàng)很小，流體勢能主要用于克服管道阻力。解決這個問題時要注意，因?yàn)閱栴}中給出的水頭損失不包括出口能量損失，所以2-2

15、 段應(yīng)取管道出口的內(nèi)側(cè)。如果選擇2-2截面作為管道出口的外側(cè)，則計算過程不同。如圖所示，工廠使用噴射泵運(yùn)輸氨。管道中稀氨水的質(zhì)量流量為1104千克/小時，密度為1000千克/立方米，入口的表壓為147千帕。管道內(nèi)徑為53毫米，噴嘴出口內(nèi)徑為13毫米，因此噴嘴的能量損失可以忽略不計。試著找出噴嘴出口的壓力。如圖54所示，稀氨水的入口為1-1截面，噴嘴的出口為2-2截面，管道的中心線為參考水平面。在1-1 和2-2 橫截面之間設(shè)置伯努利方程，解為：Z1=0；P1=147103帕(表壓)；其中：z2=0；噴嘴出口速度u2可以直接計算，也可以用連續(xù)性方程計算，We=0；Wf=0，將上述值代入上述公式：

16、和get:p2=-71.45千帕(表壓)，即噴嘴出口的真空度為71.45千帕。噴射泵是一種利用流體流動時靜壓能和動能的轉(zhuǎn)換原理來抽吸和輸送流體的裝置。當(dāng)流體通過噴嘴時，因?yàn)閲娮斓臋M截面積比管道的橫截面積小得多，所以當(dāng)流體流過噴嘴時，流體的速度迅速增加，這使得噴嘴處的靜壓迅速降低，導(dǎo)致真空，從而可以吸入支管中的另一種流體?；旌虾螅俣戎饾u降低，增大的管道中的壓力增加。最后，混合流體被送出。在化工廠中，開放堿液池中的堿液(密度為1100千克/立方米)被泵送到吸收塔頂部，并通過噴嘴噴出，如圖所示。泵的進(jìn)口管為1084mm鋼管，管內(nèi)流速為1.2m/s，出口管為763mm鋼管。儲液罐中堿液的深度為1.5m，從罐底到頂部噴嘴入口的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管道的能量損失為30.8焦耳/千克(不包括噴嘴)，噴嘴入口處的壓力為29.4千帕(表壓)。讓泵的效率為60%，并嘗試找到泵所需的功率。如圖59所示，堿液池中的液