1、复复 习习化工生产过程是由一系列的化工生产过程是由一系列的_按一定的顺序所组成，在这按一定的顺序所组成，在这些单元中，有的主要是些单元中，有的主要是_作用作用, ,有的主要是有的主要是_变化。主变化。主要是要是_或或_的单元可归纳为传递过程。的单元可归纳为传递过程。化学工程中的传递过程包括化学工程中的传递过程包括_、_和和_。单元单元物理物理化学化学物理作用物理作用物理化学作用物理化学作用动量传递动量传递热量传递热量传递质量传递质量传递化工生产中所处理的物料大多数或绝大多数是流体，化工生产中所处理的物料大多数或绝大多数是流体，流体的流动和输流体的流动和输送在化工生产中占有非常重要的地位送在化工
2、生产中占有非常重要的地位,是必不可少的单元操作之一是必不可少的单元操作之一.第二章第二章 流体的流动和输送流体的流动和输送动量传递过程动量传递过程momentum transfer process研究的任务：研究的任务：管径选择过小，流体因流动而消耗的能量会显著增大，有时还因此达不到要求的流量；过大，将提高基建费用（1）确定输送流体所需要的能量和设备）确定输送流体所需要的能量和设备（2）选择输送流体所需的管径）选择输送流体所需的管径（3）流体流量的测量和控制）流体流量的测量和控制（4）研究流体的流动形态和条件，作为强化设备和操作的依据）研究流体的流动形态和条件，作为强化设备和操作的依据教学目的
3、：教学目的：重点难点：重点难点：掌握流体有关的物理性质和流体静力学方程掌握流体有关的物理性质和流体静力学方程流体的压强流体的压强流体的流速和流量流体的流速和流量流体的粘度流体的粘度流体静力学方程及其应用流体静力学方程及其应用2.1.1 理想流体和实际流体理想流体和实际流体不具有粘度，因而流动时不产生摩擦阻力的流体。不具有粘度，因而流动时不产生摩擦阻力的流体。2.1 2.1 流体的基本概念及性质流体的基本概念及性质流体流体(fluid)没有固定形状没有固定形状, 能够自由流动能够自由流动理想流体：理想流体：理想液体：不可压缩，受热不膨胀理想液体：不可压缩，受热不膨胀理想气体：流动时没有摩擦阻力的
4、气体理想气体：流动时没有摩擦阻力的气体fluid 流体力学流体力学(fluid mechanics)(fluid mechanics)流体静力学流体静力学(hydrostatic)(hydrostatic)流体动力学流体动力学(hydrodynamic)(hydrodynamic)实际液体的可压缩性很小，热膨胀系数也不大，但在流动实际液体的可压缩性很小，热膨胀系数也不大，但在流动时具有较大的摩擦阻力。时具有较大的摩擦阻力。理想气体方程式：理想气体方程式：以当时条件与标准条件对比时：以当时条件与标准条件对比时：pV = nRT = RTmMpVp0V0TT0=P是压力是压力,V是气体所占是气体所
5、占体积体积,n是是摩尔摩尔数数,R是理想气体常数是理想气体常数,T是温度是温度 密度密度(density)(density): :是指单位体积物料所具有的质量是指单位体积物料所具有的质量, ,单位单位3mkgVm液体混合物密度的计算：液体混合物密度的计算：以1kg混合物为基准nnBBAAmV.1混合物中各组分的质量分率混合物中各组分的质量分率液体混合物中各组分的密度液体混合物中各组分的密度NoteNote: 忽略体积效应忽略体积效应2.1.2 流体的基本性质流体的基本性质注注: 流体的密度是流体的密度是温度温度和和压力压力的函数的函数气体混合物密度的计算：气体混合物密度的计算：当当p不太高不太
6、高,T不太低时不太低时,可按理想气体处理可按理想气体处理RTpMmmMm 气体平均分子量，气体平均分子量，nnBBAAmyMyMyMM.或或: :nnm2211由于各组分在混合前后质量不变，以由于各组分在混合前后质量不变，以1m3混合气体为基准混合气体为基准 气体混合物中各组分的体积分率。气体混合物中各组分的体积分率。 n21,在气体混合物的压力下各纯组分的密度，在气体混合物的压力下各纯组分的密度，kg/m3。 n21,理想气体方程式比容比容：比体积：比体积(specific volume)(specific volume)， 是指单位质量物料所具有的体积。是指单位质量物料所具有的体积。mV1
7、13kgm单位：单位：压强压强( (pressure):):物体单位面积上所受到的流体物体单位面积上所受到的流体垂直垂直作用力。作用力。压强的单位：压强的单位：国际单位制国际单位制 Pa物理学物理学(cgs制制) atm、mmHg、mH2O等。工程单位制工程单位制 千克(力)/厘米2(kgfcm-2)工程大气压（atm）工程技术上习用工程技术上习用:8:8公斤蒸汽，是指公斤蒸汽，是指8 kgf8 kgfcmcm-2-2( (表压表压) )的饱和蒸汽；的饱和蒸汽； 反应釜有反应釜有5 5公斤压强，指公斤压强，指5 kgf5 kgfcmcm-2-2( (表压表压) )的压强。的压强。压强的单位换算
8、压强的单位换算:1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgfcm-21mmHg=0.133kPa 1mH2O=9.81kPa1kgfcm-2=98.1kPa 1bar=100kPa液柱2.1.3 流体的压力及其测量流体的压力及其测量以液柱表示压强：AhPaghAghAAmgAFpgPhm液柱液柱NoteNote： h即为该流体在压力p作用下能上升的高度； 同一p值,因不同流体的密度不同,其h值也不同， 用液柱高度表示流体的压力时，必须注明是何种流体何种流体， 必要时还应注明温度以确定流体的密度。ghghpBBAA压强的基准压强的基准绝对压绝对压(absolu
9、te pressure):(absolute pressure): 以以绝对零压绝对零压为起点的压强称为绝对压强。为起点的压强称为绝对压强。表压表压(super atmospheric pressure):(super atmospheric pressure): 以以当时当地大气压当时当地大气压为起点的压强。为起点的压强。真空度真空度(degree of vacuum)(degree of vacuum)： 低于当时当地大气压的这部分压强。低于当时当地大气压的这部分压强。绝对零压线当时当地大气压(1.0 atm)p1(1200mmHg)绝对压绝对压表压表压绝对压绝对压真空度真空度p2(500
10、mmHg)绝对压绝对压 = = 当时大气压当时大气压 + + 表压表压 = = 当时大气压当时大气压 - - 真空度真空度测压仪表测压仪表机械式的压力表机械式的压力表应用流体静力学原理的压力计应用流体静力学原理的压力计（1）弹簧管压力表）弹簧管压力表（测表压测表压） 测量时，当系统压力大于大气压时，金属弹簧管受压变形而伸张，测量时，当系统压力大于大气压时，金属弹簧管受压变形而伸张，变形的大小与关内所受的压力成正比。从而带动拨杆拨动齿轮，随之使变形的大小与关内所受的压力成正比。从而带动拨杆拨动齿轮，随之使指针移动，在刻度盘上指出被测量系统的压力。指针移动，在刻度盘上指出被测量系统的压力。表表 压
11、压管中盛有与测量流体不互溶的、密度为管中盛有与测量流体不互溶的、密度为i的指示液。的指示液。U形管的形管的两侧管分别联接到被测系统的两点。两侧管分别联接到被测系统的两点。 随测量的压力差不同，随测量的压力差不同，U形管中指示液显示不同的高度差。形管中指示液显示不同的高度差。当被测的系统中存在的是气体时，由于当被测的系统中存在的是气体时，由于 i，所以，所以 p = i g Rp1p2 i Z1Z2RA BZ22gZRggZppiA)(21ZRggZppiB选取等压面选取等压面A、B：BApp Rgpppi)(12（2 2）U U型管压强计型管压强计 应用流体静力学原理的压强计应用流体静力学原理
12、的压强计倒置倒置U型管压力计型管压力计p1p2R以以被测液体被测液体作为指示液，液体作为指示液，液体的上方充满空气，空气的进出的上方充满空气，空气的进出可通过顶端的旋塞来调节。可通过顶端的旋塞来调节。（3）微差压力计（）微差压力计（测压力差测压力差） 主要用于气体系统的测量主要用于气体系统的测量 U形管的两侧管的顶端增设两个小扩大室，其内径形管的两侧管的顶端增设两个小扩大室，其内径与与U形管的内径之比形管的内径之比 10，其，其中盛放两种密度相近，并中盛放两种密度相近，并互不相溶的而有明显分界面的液体，如液体石蜡互不相溶的而有明显分界面的液体，如液体石蜡 酒精，酒精，水水 四氯化碳等。四氯化碳
13、等。 （要求指示液与被测流体互不相溶要求指示液与被测流体互不相溶。）。）p2 p1 = p = (i i) gRNote: 两指示液的密度相差越小，测量的灵敏度越高。两指示液的密度相差越小，测量的灵敏度越高。 i i,p2p1R例：微差压力计中轻指示液为苯甲醇，密度为例：微差压力计中轻指示液为苯甲醇，密度为1048 kgm-3, 重指示液为氯化钙溶液，密度为重指示液为氯化钙溶液，密度为1400 kgm-3。若将氯化钙。若将氯化钙溶液密度调整为溶液密度调整为1200 kgm-3，问测量灵敏度提高多少？，问测量灵敏度提高多少？解：微差压力计的测压公式为：解：微差压力计的测压公式为： p = (i
14、i) gR当当 p不变时，调整前后的读数变化为：不变时，调整前后的读数变化为：R2 = R11.400 - 1.0481.200 - 1.048= 2.32 R1即灵敏度为原来的即灵敏度为原来的 2.32 倍。倍。体积流量体积流量：单位时间内通过导管任一横截面的流体的体积，：单位时间内通过导管任一横截面的流体的体积， 称为体积流量，称为体积流量， q v 流量流量(flow,flux)体积流量体积流量(volume flow rate)质量流量质量流量(mass flow rate)质量流量质量流量：单位时间内通过导管任一横截面的流体的质量，单位时间内通过导管任一横截面的流体的质量， 称为质量
15、流量，称为质量流量， q m（m3s-1）。（kgs-1）。q m = q v 摩尔流量摩尔流量:单位时间内通过导管任一横截面的流体的物质的量，单位时间内通过导管任一横截面的流体的物质的量， 称为摩尔流量，称为摩尔流量，qn(mol.s-1) 摩尔流量摩尔流量(molar flow rate)2.1.4 流量和流速流量和流速流流 速速 (velocity of flow) 点速度点速度(spot speed)：单位时间内流体质点在流动方向上通 过的距离，v r（mS-1） 平均流速平均流速(average flow rate)：v= q v /A（ms-1）= 4 q v / d 2 质量流速
16、质量流速: 单位时间内流体流经管路单位截面积的质量，单位时间内流体流经管路单位截面积的质量， kg.s-1.m-2vAqm/21表表2-2 工业上管内流体常用的流速范围工业上管内流体常用的流速范围流动介质流动介质流速流速(ms-1)液液体体自然流动自然流动粘性流体（油类、硫酸等）粘性流体（油类、硫酸等）一般液体一般液体0.11.00.51.00.5 2.5气气体体自然流动自然流动不大的压强下不大的压强下(鼓风机管路鼓风机管路)压缩气体压缩气体2 48 151525蒸蒸汽汽常压和略高于常压的饱和蒸汽常压和略高于常压的饱和蒸汽0.1 0.5MPa(表压表压)饱和水蒸汽饱和水蒸汽15 2520 40
17、 化工厂中，管道材料在全部材料费中占相当的比重。选化工厂中，管道材料在全部材料费中占相当的比重。选用较小管径固然有利于降低基建费用，但在一定的流量条件用较小管径固然有利于降低基建费用，但在一定的流量条件下，管径越小，流动阻力也随之增大，能耗也将相应增大。下，管径越小，流动阻力也随之增大，能耗也将相应增大。因此，合理的管径应综合多方面因素来确定。因此，合理的管径应综合多方面因素来确定。管径的初选管径的初选不是外径，也不是内径，而是近似普通钢管不是外径，也不是内径，而是近似普通钢管内径内径的一个名的一个名义尺寸。每一公称直径，对应一个外径，其内径数值随厚义尺寸。每一公称直径，对应一个外径，其内径数
18、值随厚度不同而不同。度不同而不同。 公称直径公称直径 Dg: 指标准化以后的标准直径。指标准化以后的标准直径。 代表螺纹尺寸的直径，通常指螺纹大径的基代表螺纹尺寸的直径，通常指螺纹大径的基 本尺寸。本尺寸。 无缝钢管、铜管、塑料管：外径无缝钢管、铜管、塑料管：外径规格规格铸铁管：内径铸铁管：内径管径的计算管径的计算 q V是由生产是由生产任务决定的任务决定的vd材料费用设备费用阻力能量消耗操作费用优化优化：两者之和两者之和最小最小vqdv4 一般条件下，可根据选用的一般条件下，可根据选用的流速流速来对管径进行初步选择，来对管径进行初步选择，再在此基础上进行多方面的评比来确定使用的管径。再在此基
19、础上进行多方面的评比来确定使用的管径。v= 4 q v / d 2 表表2-3 水管、煤气管的规格水管、煤气管的规格公称口径公称口径 Dg外径外径mm普通管壁厚普通管壁厚mm加厚管壁厚加厚管壁厚mmmm1015202532401251501721.2526.7533.542.25481401652.252.752.753.253.253.54.54.52.753.253.5444.255.55.5ab mm外径壁厚a2bd(m)1000例：例： 20 C的水经管道输送，每小时输送的水经管道输送，每小时输送72吨。试对出水管吨。试对出水管 管径进行初选。管径进行初选。解：解： 20 C水的密度为
20、：水的密度为： = 998.2 1000 kgm-3水的体积流量为：水的体积流量为：qv =qm=72 x 100060 x 60 x 1000= 0.02 m3s-1按常用流速范围，选择流速为按常用流速范围，选择流速为1.5 ms-1，求得管径：，求得管径：流速与流量的关系式为：流速与流量的关系式为：根据水管、煤气管的规格，可选用根据水管、煤气管的规格，可选用Dg125普通管普通管（外径（外径140 mm,内径内径131 mm）。）。4vqvd = =0.020.785 1.5= 0.13 mv = qv / A = qv /(d/2)2流体流动的系统中，任一截面流体流动的系统中，任一截面上
21、流体的流速、压力、密度等上流体的流速、压力、密度等有关物理量仅随位置而改变，有关物理量仅随位置而改变，但但进水进水溢溢流流 =NOTE：连续操作连续操作的化工生产中大多数流动属于定态流动。的化工生产中大多数流动属于定态流动。恒位槽恒位槽随时间而改变随时间而改变。空白空白空白空白2.1.5 2.1.5 定态流动和非定态流动定态流动和非定态流动=f(t)流动过程中任一流动过程中任一 截面上流体的截面上流体的性质（如密度、粘度等）和流性质（如密度、粘度等）和流动参数（如流速、压强等）动参数（如流速、压强等）随随时间而改变时间而改变。NOTE:NOTE:非定态流动时，若流动参数随时间呈规律性的变非定态
22、流动时，若流动参数随时间呈规律性的变化，在求算时用化，在求算时用微分微分式子表达，用式子表达，用积分积分法求解。法求解。2.2.1 流体定态流动时的物料衡算流体定态流动时的物料衡算 连续性方程连续性方程依据依据：质量守恒定律质量守恒定律前提前提：1、充满导管作定态流动、充满导管作定态流动 2、没有累积或泄漏、没有累积或泄漏截面1截面2qm1=qm2 （流体流动的连续性方程）（流体流动的连续性方程）2.2 流体定态流动时的衡算流体定态流动时的衡算导出导出： 分支管路分支管路：总管中的：总管中的质量流量为各支管质质量流量为各支管质量流量之和。量流量之和。q m=q v =A1 v A1 v1 1
23、=A2 v2 2对不可压缩性流体：对不可压缩性流体： 1 = 2总管总管支管支管1支管支管2（圆管）（圆管）21221221ddAAvv123b3amm8142891d312219 101.75m/s0.7850.0814Vqvdmm100421082d22121281()1.75()1.15m/s100dvvd解：解： 管1的内径为则水在管1中的流速为 管2的内径为则水在管2中的流速为 22332v Av A2222331.15 100()()2.30m/s2250vdvd又水在分支管路3a、3b中的流量相等，则有 即水在管3a和3b中的流速为 管3a及3b的内径为 mm505 . 3257
24、3d例例: 如附图所示，管路由一段如附图所示，管路由一段894mm 的管的管1、一段、一段1084mm的管的管2和两段和两段573.5mm 的分支管的分支管3a及及3b连接而成。连接而成。若水以若水以910-3 m3/s 的体积流量流动，且在两段分支管内的流量的体积流量流动，且在两段分支管内的流量相等，试求水在各段管内的速度。相等，试求水在各段管内的速度。2.2.2 流体定态流动时的能量衡算流体定态流动时的能量衡算v流体流动时所具有的机械能机械能：E动动=1/2 mv2E位位=mgH1）位能）位能(potential energy):J2）动能）动能(energy of motion):J3）
25、静压能）静压能(static energy):J质量为质量为m m、体积为、体积为V V1 1的流体，通过的流体，通过1 1截面所需的作用力截面所需的作用力F=PF=P1 1A A1 1，流体推，流体推入管内所走的距离入管内所走的距离s=Vs=V1 1/A/A1 1，故与此，故与此功相当的静压能功相当的静压能111111111mpVpAVAp1111pmVp1kg的流体所具有的静压能为的流体所具有的静压能为 ，其单位为，其单位为J/kg。1 静压能静压能 = FS = p是流体内部大量分子运动所具有的内动能和分子间相互作是流体内部大量分子运动所具有的内动能和分子间相互作用力而形成的内位能的总和
26、。用力而形成的内位能的总和。内能数值的大小随流体的温度和比容的变化而变化。内能数值的大小随流体的温度和比容的变化而变化。v内能（内能（internal energy）理想流体理想流体(ideal fluid)(ideal fluid)： 是指不具有粘度，因而流动时不产是指不具有粘度，因而流动时不产生摩擦阻力的流体。生摩擦阻力的流体。理想液体：不可压缩、受热不膨胀理想液体：不可压缩、受热不膨胀理想气体：符合理想气体方程理想气体：符合理想气体方程 pV=nRTpV=nRT1、理想流体流动的能量衡算、理想流体流动的能量衡算若流动过程中没有热量输入，其温度和内能没有变化，则理想若流动过程中没有热量输入
27、，其温度和内能没有变化，则理想流体流动时的能量衡算可以只考虑机械能之间的相互转换。流体流动时的能量衡算可以只考虑机械能之间的相互转换。根据连续性方程：根据连续性方程： m1 = m2理想流体的柏努利理想流体的柏努利(Bernoulli)方程方程22221222111211112121mpvmgHmmpvmgHm221212112121pvgHpvgHJJJJkgkg-1-1 mm液柱液柱 对于不可压缩性流体：对于不可压缩性流体： 1= 21Hgv221gp12Hgv222gp2截面1截面2依据：依据：能量守恒定律能量守恒定律E1=E2理想流体理想流体 工程上将工程上将单位重力单位重力的流体所具
28、有的各种形式的能量统称的流体所具有的各种形式的能量统称 为为压头压头(head)。H位压头位压头(potential head)；v2/2g动压头动压头(dynamic head)；p/ g静压头静压头(static head)E/mg1Hgv221gp12Hgv222gp2vBernoulli方程的物理方程的物理意义意义 1、理想流体在导管中作定态流动时，导管任一截面的总能理想流体在导管中作定态流动时，导管任一截面的总能量或总压头为一常数。量或总压头为一常数。 2、能量在不同形式间可以相互转化，当某一形式的压头的数能量在不同形式间可以相互转化，当某一形式的压头的数值因条件而发生变化时，相应地
29、引起其他压头的数值的变化。值因条件而发生变化时，相应地引起其他压头的数值的变化。结论结论：流体的流动过程实质上是流体的流动过程实质上是能量的转化过程能量的转化过程。 流体得以流动的必要条件是系统两端有流体得以流动的必要条件是系统两端有压强差压强差或或位差位差。2、实际流体流动过程的能量衡算、实际流体流动过程的能量衡算实际流体的实际流体的Bernoulli方程方程实际流体与理想流体的主要区别：实际流体与理想流体的主要区别：？实际流体流动时存在摩擦阻力实际流体流动时存在摩擦阻力1Hgv221gp12Hgv222gp2HfHeH f每牛顿流体流动时因阻力而消耗的能量，单位每牛顿流体流动时因阻力而消耗
30、的能量，单位m外界加于每牛顿流体的能量，单位外界加于每牛顿流体的能量，单位mHe3 3、BernoulliBernoulli方程的应用方程的应用vBernoulli方程在工程上用以计算流体的流速流速或流量流量、流体流体输送所需的压头输送所需的压头和功率功率以及有关流体流动方面的问题。1、作图：、作图：根据题意画出示意图，注明有关参数；根据题意画出示意图，注明有关参数；2、选截面：、选截面：正确选取截面，以确定衡算范围；正确选取截面，以确定衡算范围； NOTENOTE：截面选取必须具备的条件：截面选取必须具备的条件： 与流体流动方向垂直；与流体流动方向垂直；两截面间的流体是连续的；两截面间的流体
31、是连续的；截面应包括题目所给的已知和未知条件截面应包括题目所给的已知和未知条件3、选基准水平面：、选基准水平面：任意选取，但常将它与一个截面重合，计算方便。任意选取，但常将它与一个截面重合，计算方便。若截面不是水平面，则以中心线进行计算。若截面不是水平面，则以中心线进行计算。4、单位要一致：、单位要一致：统一使用统一使用SI单位；压强的表示方法要一致。单位；压强的表示方法要一致。例例1 容器间相对位置的计算容器间相对位置的计算从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。送液管高位槽和塔内的压力均为大气压。送液管为为45452.5mm
32、2.5mm的钢管，要求送液量为的钢管，要求送液量为3.6m3.6m3 3/h/h。设料液在管内的压头损失为。设料液在管内的压头损失为1.2m 1.2m （不包括出口能量损失），试问高位槽的（不包括出口能量损失），试问高位槽的液位要高出进料口多少米？液位要高出进料口多少米？fehgpgvhHgpgvh2222121122？110smv1222796. 004. 0785. 036006 . 34smdqvV p1=0 Pa（表压）；（表压）；p2=0 Pa（表压）（表压） 例例2 2 送料用压缩空气压力的确定送料用压缩空气压力的确定某车间用压缩空气送某车间用压缩空气送2020的浓硫酸。的浓硫酸。
33、要求输送量为要求输送量为0.036m0.036m3 3.min.min-1-1，管径为，管径为3838 3mm3mm，设浓硫酸流经全部管路的，设浓硫酸流经全部管路的能量损失为能量损失为1.22J.N1.22J.N-1-1（不包括出口的（不包括出口的能量损失），试求压缩空气的压力为能量损失），试求压缩空气的压力为多少？多少？15m1122压缩空气压缩空气110smvfehgpgvhHgpgvh2222121122？习题习题 流体输送设备所需功率的计算流体输送设备所需功率的计算习题习题用泵将碱液槽中的碱液抽往吸收塔顶，经喷头喷出作吸收剂用。碱池中碱用泵将碱液槽中的碱液抽往吸收塔顶，经喷头喷出作吸收
34、剂用。碱池中碱液深度为液深度为1.5m,喷头的垂直距离为喷头的垂直距离为16m，泵的汲入管为，泵的汲入管为Dg70 “，压出管为，压出管为Dg50 “。碱液在喷头口前的静压强按压力指示表为。碱液在喷头口前的静压强按压力指示表为0.3kgfcm-2(表压表压)，密度为，密度为1100kgm-3。输送系统中压头损失为。输送系统中压头损失为3米，碱液柱计划送液量为米，碱液柱计划送液量为25th-1。若泵。若泵的效率为的效率为55%，试求泵所需的功率。，试求泵所需的功率。1.5m16m解：解：1hg221gp12hg222gp2HfHe？12基准面1=0 ms-1；2=qv/A2=qm/A2P1= 0
35、 Pa(表压)；Hf=3mP2=0.3kgfcm-2= - Pa(表压表压)输送所需理论功率（输送所需理论功率（JS-1）：）： Pe = He g qm实际需功率：实际需功率：Pa=Pe / Bernoulli方程的应用举例6m解：解：V?v截面1截面21hgp12hHfHeg221g222gp2基准水平面h=0 mh1=p1=p2= 1= 2= 水为不可压缩性流体水为不可压缩性流体1 0 ms-1He = 0 mH2O；Hf =5.7 mH2O0 Pa（表压）6mh2=0m，？qv= A2 2= 2 d 2/4习题习题 高位水槽水面距出水管净垂直距离为高位水槽水面距出水管净垂直距离为6.0
36、m,6.0m,出水管为出水管为Dg70, ,管道较长管道较长, ,流动过程的压头损失为流动过程的压头损失为5.75.7米水柱米水柱, ,试求每小时可输送水量试求每小时可输送水量m m3 3。Bernoulli方程的应用举例习题习题 喷射泵中喷射泵中水水流量为流量为10th-1，入口静压强为入口静压强为1.5kgfcm-2（表压），进表压），进口管内径口管内径53mm，喷嘴口内径，喷嘴口内径13mm，试求该喷射泵理论上能形成的真空度。，试求该喷射泵理论上能形成的真空度。设当时外界大气压为设当时外界大气压为101.3kPa，喷嘴很短，且忽略水流动时的摩擦阻力，喷嘴很短，且忽略水流动时的摩擦阻力。解
37、：解：1hg221gp12hg222gp2HfHe12喷嘴很短，喷嘴很短，h1-h2 0？=qv /A压强用绝对压表示：压强用绝对压表示：P1=1.5 98.1+101.3=248.5kPa=0按流动时没有摩擦阻力考虑，按流动时没有摩擦阻力考虑，Hf = 0P2=30.9kPa(绝对压绝对压)喷射泵形成的真空度喷射泵形成的真空度= 大气压大气压绝对压绝对压流体静力学基本方程流体静力学基本方程 根据用液柱表示压强的方法，根据用液柱表示压强的方法，p=h p=h g g，则在则在静止静止液面下面液面下面深度深度h h处的压强为：处的压强为：ghpp0（流体静力学方程）（流体静力学方程）在重力场中，
38、静止流体内任一点的静压力的大小与液体的密度及在重力场中，静止流体内任一点的静压力的大小与液体的密度及该点的深度有关，与该点所在的水平位置及容器的形状无关。该点的深度有关，与该点所在的水平位置及容器的形状无关。在连续、静止的同一流体中，在同一水平面上，流体的静压力在连续、静止的同一流体中，在同一水平面上，流体的静压力相等，这样的水平面称为相等，这样的水平面称为等压面等压面。0ABCDghpghppBA0hBApp DCpp？液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部, ,此规律即物理此规律即物理学中的学中的巴斯噶原理巴斯噶原理. .练练 习习水水水Q Q
39、1 1:A:A1 1、A A2 2、A A3 3的压力是否相同？的压力是否相同？ 他们的大小顺序如何？他们的大小顺序如何？A1A2A3B1B2B3Q Q2 2:B:B1 1、B B2 2、B B3 3的压力是否相同？的压力是否相同？C1C2C3Q Q3 3: :C C1 1、C C2 2、C C3 3的压力是否相同？的压力是否相同？Q Q4 4: :D D1 1、D D2 2、D D3 3的压力是否相同？的压力是否相同？D1D2D3A: A3A2A1A: B3B2C2=C3A: D1=D2=D3乙炔发生器装有水封管乙炔发生器装有水封管, ,当器内压力过大时通过水封排气至安当器内压力过大时通过水
40、封排气至安全处。要控制发生器内压力不超过全处。要控制发生器内压力不超过12kPa12kPa（表压）。求水封管（表压）。求水封管应插入水的深度应插入水的深度H H。乙乙炔炔发发生生器器H4102 . 1 gHp练练 习习二、流体静力学方程的应用二、流体静力学方程的应用液位计液位计(tank gauge):流体静力学方程的应用流体静力学方程的应用液封液封( (水封水封) )(water lute,water seal,liquid seal):(water lute,water seal,liquid seal):气气柜柜填填料料OHZgpp20Pp0Z气体气体气体气体液体液体液体液体pp0P R
41、孔板流量计孔板流量计（ori fice meter）u0u工作原理工作原理：根据：根据流体动力学原流体动力学原理（柏努利方程理（柏努利方程），流体通过，流体通过孔口时，因截面积骤然缩小，孔口时，因截面积骤然缩小，流体流速随之增大；因流体动流体流速随之增大；因流体动压头增大，其静压头骤然缩小。压头增大，其静压头骤然缩小。利用利用U型管压强计测出孔板前型管压强计测出孔板前后的压强差。后的压强差。三、流体流量的测量三、流体流量的测量Ru0uZgp0Z220vv )(20gpgpg0pp Rgi)(SSvv00gv22gv220gp0)(1)(2200SSRgvi* * 实际流体流动的阻力损失，孔板处
42、突然收缩造成的扰动以及孔板与导管间装配可能有误差，这些影响因素归纳为孔板流量系数C C0 0( (一般为一般为0.61-0.63)0.61-0.63)Rgcvi)(200NOTE:NOTE: 孔板流量计有相当大的压头损失孔板流量计有相当大的压头损失. .文氏流量计文氏流量计（Venturi tube）RRgcviV)(20v0NOTE: NOTE: 压头损失减少到只有压头损失减少到只有 读数的读数的10%或更少或更少.毛细管流量计毛细管流量计( (capillary manometer)capillary manometer)转子流量计转子流量计（flowrator）NoteNote：用于液体
43、的转子流量计按规定是用用于液体的转子流量计按规定是用2020的水标定的的水标定的；用于；用于测量气体的转子流量计则是用测量气体的转子流量计则是用293K293K、101.3kPa101.3kPa的空气标定的的空气标定的。当用于测量其他流体的流量时，要加以换算。当用于测量其他流体的流量时，要加以换算。净压力差 = 转子重力 流体的浮力gVgVApRRRR转子流量计必须垂直垂直安装在管路上，为便于检修，应设置如图1-38所示的支路。支路。转子流量计读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测量精度较高，对不同的流体适用性广。缺点是玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过程中玻璃容易破碎。 图1-38 转子
44、流量计安装示意图2-3 2-3 实际流体的流动实际流体的流动 实际流体在流过固体壁面时，由于流体对壁面有附着力，实际流体在流过固体壁面时，由于流体对壁面有附着力，将在壁面上粘附一层静止的流体。这层流体的分子仅因扩散作将在壁面上粘附一层静止的流体。这层流体的分子仅因扩散作用而运动。同时，实际流体分子间有吸引力，壁面上静止的流用而运动。同时，实际流体分子间有吸引力，壁面上静止的流体层对其邻近的流体层的流动起约束作用，阻碍该层流体的流体层对其邻近的流体层的流动起约束作用，阻碍该层流体的流动，但离开壁面越远，则约束作用越小。动，但离开壁面越远，则约束作用越小。maxvvRr 00r流动的流体内部相邻两
45、流体层间的相互作用力，称为流动的流体内部相邻两流体层间的相互作用力，称为流体的流体的内摩擦力内摩擦力，它是，它是流体粘性的表现流体粘性的表现。流体流动时，。流体流动时，必须克服必须克服粘性阻力粘性阻力而作功，从而造成能量损失。而作功，从而造成能量损失。2.3.1 2.3.1 粘度粘度(viscosity)(viscosity)牛顿型流体的粘度牛顿型流体的粘度: 粘度是流体内部摩擦力的表现内部摩擦力的表现，衡量流体粘性大小的物理量，是流体的重要物性参数之一。流流体的粘度越大，流体的流动性越小。体的粘度越大，流体的流动性越小。F(F(剪切力剪切力) )vv 0vy1. 1. 牛顿型流体牛顿型流体粘
46、度粘度牛顿粘性定律牛顿粘性定律ddvAF动力粘度简称粘度层间距离层间距离所应加予的力所应加予的力F与层间接触面积与层间接触面积A和相对速度差和相对速度差dv成正比，而成正比，而与层间距离成反比，这一关系称为与层间距离成反比，这一关系称为”牛顿粘性定律牛顿粘性定律”。速度梯度速度梯度遵循该定律的流体称为遵循该定律的流体称为“牛顿型流体牛顿型流体”牛顿粘性定律牛顿粘性定律 粘度的单位：粘度的单位：液体的粘度液体的粘度: 受压力影响很小，随温度的升高而显著降低。受压力影响很小，随温度的升高而显著降低。气体的粘度：气体的粘度：随温度升高而增大，随压力升高而增加的很少。随温度升高而增大，随压力升高而增加
47、的很少。NOTENOTE： 粘度不仅与分子间的吸引力有关，还与分子热运动有关。粘度不仅与分子间的吸引力有关，还与分子热运动有关。 工业上常常遇到各种流体的混合物，它们的粘度一般应工业上常常遇到各种流体的混合物，它们的粘度一般应 用用实验的方法测定其数值实验的方法测定其数值，或选用适当的，或选用适当的经验公式进经验公式进 行估算行估算。 sPamsNmsmmNdydv 22 cPP1001 cPPsPa1000101 dydv泊(P)、厘泊(cP)运动粘度运动粘度(kinemetic viscosity): 流体的粘度与密度的比值流体的粘度与密度的比值)(/12sm在在CGS制中运动粘度的单位为
48、制中运动粘度的单位为 cm2.s-1 ，称为，称为 沲沲(stoke，st)1st=100cst=10-4 m2.s-12. 非牛顿型流体非牛顿型流体：不遵循牛顿粘性定律的流体。：不遵循牛顿粘性定律的流体。为使该流体流动，需要先加以为使该流体流动，需要先加以一个额外的剪应力，使流体变一个额外的剪应力，使流体变形，之后流体再随剪应力增加形，之后流体再随剪应力增加而有相应的剪切速率而有相应的剪切速率 牛顿型流体牛顿型流体胀流性流体胀流性流体假塑性流体假塑性流体dv/d塑性流体塑性流体dydv表观粘度随剪切速率表观粘度随剪切速率的增加而更大的增加的增加而更大的增加表观粘度随剪切速率表观粘度随剪切速率
49、的增加而增加的较少的增加而增加的较少2.3.2 2.3.2 流体流动的形态和雷诺数流体流动的形态和雷诺数雷诺实验装置雷诺实验装置1-小瓶；小瓶；2-细管；细管；3-水箱；水箱；4-水平玻璃管；水平玻璃管；5-阀门；阀门；6-溢流装置溢流装置（1）雷诺实验雷诺实验 1883年, 英国物理学家Osbone Reynolds作了如下实验。（2）雷诺实验现象）雷诺实验现象用红墨水观察管中水的流动状态(a)层流(b)过渡流(c)湍流 两种稳定的流动状态：滞流滞流（层流）、湍流（紊流）。层流）、湍流（紊流）。滞流滞流(laminar flow):也称为层流，也称为层流，流体的质点作一层滑过流体的质点作一层
50、滑过一层的位移，层与层之间没有明显的干扰。各层间分子只因一层的位移，层与层之间没有明显的干扰。各层间分子只因扩散而转移。扩散而转移。流体的流速沿断面按抛物线分布；流体的流速沿断面按抛物线分布；管中流体的管中流体的平均流速为最大流速的平均流速为最大流速的1/21/2。层流时流体在圆管中的速度分布层流时流体在圆管中的速度分布Re2000uumaxd湍流湍流(turbulent flow): 流体在流动时，流体的质点有剧烈流体的质点有剧烈的骚扰涡动，只是靠近管壁处还保留滞流的形态的骚扰涡动，只是靠近管壁处还保留滞流的形态。接近管中央相当大范围内的流体流速接近于最大流速。管内流体的平管内流体的平均流速
