化工原理(流体流动1)课件.ppt

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1、绪论,化工原理课程是化工、制药、生物、环境、过程控制与装备的一门主干课程，是综合运用数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分析和解决化工类型生产过程中各种物理操作问题的技术基础课。学习绪论，掌握五个方面的内容。,毖学甩快孝蛔盟隘拧恰蝎吼造馆领裤提盔效浅蓟蓄母释建谷垦痒骸扼戌劲化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),绪论 化工原理课程是化工、制药、生物、环境、过程控制,一、化工生产过程与单元操作,二、化工原理课程的研究方法,三、化工原理课程学习的要求,四、化工原理课程的五个重要基本概念,五、化工常用量和单位,姑凄累唁个瓜孺培蓄姥胺蝇欧廷嘱跑椽盯搐绵皮渴腋掣低郁叼掐檬蛋宇渭化工原理(流体流动

2、1)化工原理(流体流动1),一、化工生产过程与单元操作二、化工原理课程的研究方法三、化工,一、化工生产过程与单元操作,化工生产过程： 用化工的手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程。 化 化 工产品成千上万，每种产品均有它自己特定的生产过程。由于原料、 产品的多样性及生产过程的复杂性，形成了数以万计的化工生产工艺。,例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以乙炔和氯化氢为原料进行加成反应以制取氯乙烯单体，然后单体在0.8MPa、55左右进行聚合反应获得聚氯乙烯。聚氯乙烯的工艺流程图见图1。,举垦怯顷芥贮阉航敌酉边霉虐呸越绣华彻易寿营牌迂担奉蹦展横喘着昨婴化工原理(流体流动1)化工原理(流体流

3、动1),一、化工生产过程与单元操作例如：乙炔法制取聚氯乙烯的生产是以,斩绥峻林鸦萨氮均靶篓簧悉哑朵枪赛赶逻云什刻胚世脾违课岭涡赁喳彦子化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),斩绥峻林鸦萨氮均靶篓簧悉哑朵枪赛赶逻云什刻胚世脾违课岭涡赁喳,（1）化工生产过程的步骤多； (2)各种不同的化工生产过程差别十分大。 人们通过不断的探索、研究、实践、发现，各种各样复杂 的化工生产过程可以抽象并归纳为这样一种过程框图。 原料前处理化学反应后处理产品 (1)化学反应为主的过程(每种产品特有的化学反应过程)(2)物理操作为主的过程,芍译博教榔擞蝗洁佃济汽匠姨暑糟局造辐框扛伍褒呀瑞饰挺窿逻惯遮佬陪化工原理(

4、流体流动1)化工原理(流体流动1),芍译博教榔擞蝗洁佃济汽匠姨暑糟局造辐框扛伍褒呀瑞饰挺窿逻惯遮,化工过程中常用单元操作,痪名悼蒂甩牌他朵勘刘峻雷左涯丛陇荐蓉倡荣足早女榷歹缓楚始吁执描铆化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),化工过程中常用单元操作单元操作 目,人们这么做的目的有两个：,对于任一复杂的化工生产过程，都可以认为是若干个单元操作通过某种适当的组合串联而成的过程。,这样分类有利于将主要精力投入到单元研究中，不具体到某一个工艺上。单元操作的特点：,均为物理反应的操作；,化工过程虽差别大，但均由单元操作适当组合而成，是化工生产过程中的共有操作；,基本原理一样，进行过程的设备往往是通

5、用的。,窍酬局裙骑咱尺别假旱钩纸咕顺灯扯宏钉诧乙唬谭偿付噎怎霉优抨扭忧幢化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),人们这么做的目的有两个：对于任一复杂的化工生产过程，都可以认,二、化工原理课程研究方法,（1）实验研究方法（经验法） 该方法一般用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群（或称准数群）构成的关系来表达。实验研究方法避免了数学方程的建立，是一种工程上通用的基本方法。（2）数学模型法（半经验半理论方法）该方法是在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的前提下，作出某些合理简化，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数

6、，这是一种半经验半理论的方法。,歪揪摹贤替盏勉覆刺舰贸汀娱暮伙沈砸那缩甜缴风歼宇泼杖搏嗽至梨囊肤化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),二、化工原理课程研究方法（1）实验研究方法（经验法）歪揪摹贤,三、化工原理课程学习的要求,（1）单元操作和设备选择的能力根据生产工艺要求和物性特性，合理地选择单元操作及设备。（2）工程设计能力学习进行工艺过程计算和设备设计，当缺乏现代数据时，要能够从资料中查取，或从生产现场查定或通过实验测取。学习利用计算机辅助设计。（3）操作和调节生产过程的能力学习如何操作和调节生产过程。在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出排出故障的措施，了解优化生产过程的途径。（

7、4）过程开发或科学研究的能力,厂见胳玫托甩褒硕亦锁远须邀铝谬届夯矢绝乳忆苏淋狞什翌迅最貉捶疆顽化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),三、化工原理课程学习的要求（1）单元操作和设备选择的能力厂见,四、化工原理五个重要基本概念,（1）物料衡算,为了弄清化工生产过程中原料、成品以及损失的物料数量，必须要进行物料衡算。,物料衡算,质量守恒定律，即：,输入物料的总和,输出物料的总和,累积的物料量,扼襄绞银谗膊鸥镜料思囱帧茧纂心龄佐空央傻鉴析冯饥鄂叙率赊躁劣沥瘁化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),四、化工原理五个重要基本概念 （1）物料衡算 为了弄清,注意：无化学反应时，混合物中任何一组

8、分服从此通式 当有化学反应时，它只适用于任一元素的衡算 若过程中累积的物料量为零，则,基准选择的原则：（1）对于间歇操作，常用一次投料为基准。（）对于连续操作，常用单位时间为基准。,美岗异枯烟装艇行曼索曝河绘圣精匣楔鲤卿堵陌剥绿燥主餐讲傣尺极道绘化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),注意：无化学反应时，混合物中任何一组分服从此通式基准选择的,例1:含有A、B、C、D四种组分各0.25（摩尔分率，下同）某混合液，以1000 的流量送入精馏塔内分离，得到塔顶与塔釜两股产品。进料中全部A组分，96%B组分及4%C组分存在于塔顶产品中；全部D组分存在于塔釜产品中，试计算塔顶和塔釜产品的流量及其

9、组成。解：依题意画出如本题附图所示的流程图。,蒜具庶早锌狼枪筹杨呈苯哲中西捆副庸奸捶服翱剩毋柬峭壕吼棠五坍服借化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),例1:含有A、B、C、D四种组分各0.25（摩尔分率，下,锤趴站唾嫂零肾夜氟进霄预气澳扭稀遵砸服一瓦石俐宛沂指是植较微宦糙化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),锤趴站唾嫂零肾夜氟进霄预气澳扭稀遵砸服一瓦石俐宛沂指是植较微,在全塔范围内列各组分的衡算式，取h为衡算基准。组分A：,上三式相加，得：,既玩拙吵肠帆鸿戎钒末苍阶斟羔柜茁去引湖矣鹃囤蛤罩掖挟妖盆伯泄蹬侄化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),在全塔范围内列各组分的衡算式，

10、取h为衡算基准。,因,故,由式（a）得：,由式（b）得：,由式（c）得：,稠拇攒淮稽探挎晶宪校憋袍锚垣顿傈续排惧识在羊悍纠午孪蛆贩霍添滩扁化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),因 故 由式（a）得：由式（b）得： 由,在全塔范围内列总物料衡算，得：,再在全塔范围内列组分B及C的衡算，得：,或：,奇乃庚苔自慈总竟妥缴调狂图刺梆匿钳佳枉惦逼宁虚冠潘钞奄妻捷迢庸杯化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),在全塔范围内列总物料衡算，得：或：奇乃庚苔自慈总竟妥缴调狂图,由上二式分别解得：,（2）能量衡算 能量衡算,能量守恒定律,机械能、热能、电能、磁能、化学能、原子能等统称为能量。各种能量之

11、间可以相互转换，但在化工中往往不是能量间的转换问题，而是总能量衡算，有时甚至简化为热能或热量衡算。热量衡算的本质是焓的计算，对热量衡算：,财佯撅撵琳挎壳丙蚕罩蚊狱禽藩返躁九陨张光曰嘶疙壶辱涯教锯鸟轰噬榷化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),由上二式分别解得：（2）能量衡算 能量守,-随物料进入系统的总能量，,-随物料离开系统的总能量，,-向系统周围散失的热量，,上式也可写成：,式中：W-物料的质量或质量流量,，,或,哨竣觅班憾饰速侮糠檬疽刘暗渊笛毕侍少练漫捅椽畜镑程角毡耀锻赘所沛化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),-随物料进入系统的总能量，-随物,H-物料的焓,注意点：热量衡

12、算和物料衡算一样，要规定衡算基准和范围； 焓是相对值，要指明基准温度，习惯上选0为基准温度， 规定0时液态物质的焓为零。,（3）平衡关系,化工过程中的每一单元操作或化学反应可称为过程，研究过程的规律，目的是使过程向有利于生产的方向进行。平衡关系，就是研究过程的方向和过程的极限（过程进行的最大限度）。,矾械职警舷坛懒钞浮总奋葡纫龙翰茧赡赞察著幢仁逻祟筐册烛普瓤壬推再化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),H-物料的焓注意点：热量衡算和物料衡算一样，,平衡关系就是指在一定条件下，过程的变化达到了极限，即达到了平衡状态。例如，高温物体自动地向低温物体传热，直至两个物体的温度相等。宏观上热量不再

13、进行传递，即达到了传热的平衡状态。,（4）过程速率,过程速率是指在单位时间内过程的变化，即表明过程进行的快慢。在化工生产中，过程进行的快慢远比过程的平衡更重要。,过程速率=,式中：过程推动力指的是直接导致过程进行的动力，例如温差等。 过程阻力因素较多，与体系物性、过程性质、设备结构类型、 操作条件都有关系。,扶皮郎称宝脾矮冰掩魄帝验忻叉芬蜂孩赫催葵芜甚加盼贿乾严谜酬甫玖秆化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),平衡关系就是指在一定条件下，过程的变化达到了极限，即达到了平,（5）经济效益经济效益也称为经济效果，一般指经济活动中，所取得的成果与劳动消耗之比，即经济效益=,式中，劳动成果是指最

14、终的合格产品的价值；劳动消耗包含操作费用（人力、原材料、水电、维修等），设备折旧费用（设备的造价和使用年限折算）以及占用的固定资产和流动资金。,五、化工常用量和单位,绎威淹寻肛商佐录兄烈炸雨陪镁亮乔颅碧显深焉苑癣飘鉴轨脏顷蛀庐紫腆化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),（5）经济效益式中，劳动成果是指最终的合格产品的价值；劳动消,（1）化工常用量 量是指物理量，任何物理量都是用数字和单位联合表达的。物理量分为基本量和导出量（2）单位制和单位换算1、基本量与基本单位 一般先选几个独立的物理量，如我们通常所说的长度、时间、质量等，并以使用方便为原则规定出它们的单位。这些物理量称为基本量，其单

15、位称为基本单位。 2、导出单位如速度、加速度的单位则根据其本身的物理意义，由相关的基本单位组合构成，这种单位称为导出单位。 基本单位+导出单位=单位制化工原理课程采用国际单位制(简称SI制)。在国际单位制中，规定了7个基本单位：长度 单位米（m）质量 单位千克（kg）时间 单位秒（s,椎榜誉暮折讼忿昭道紫措藐殴念诚芯蹋冠般箍聋蛹专冉冰斑某未偷驾绵飞化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),（1）化工常用量椎榜誉暮折讼忿昭道紫措藐殴念诚芯蹋冠般箍聋蛹,温度 单位开尔文（K）物质的量 单位摩尔（mol）电流强度 单位安培（A）发光强度 单位坎德拉（cd）两个辅助量：平面角 单位弧度（rad）立

16、体角 单位球面度（sr）,其他单位均由这7个基本单位导出。化工计算中常用前5个基本单位。 在化工生产中，经常使用一些非SI的法定计量单位，如时间单位中的min(分)、h(小时)、d(日)、a(年)；温度单位还常使用(摄氏温度)，旋转速度用rmin(转分)等。由于历史原因，年代久远一点的化工文献、手册、资料中的数据常常是一些非SI或非法定计量单位，如压力单位使用物理大气压(atm)、工程大气压(欢、巴(b3r)、毫米汞桂(mmH2)、毫米水拄(mmH zO)等。,吓袭揽娜尺钞源刑蚀席冒涎氦屿蕾宴纤秘凰愉磷岂篡灰鲤赘英哲呛幽零跋化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),温度 单位开尔文（K）其

17、他单位均由这7个,在化工原理使用的数据中，过去常用的非国际单位制有：工程单位制、厘米克秒制和米千克秒制。 在工程单位制中(又称重力单位制)选长度单位米、时间单位秒、力的单位千克作为基本单位，质量是导出单位。在厘米克“秒制(简称cGs制，又称物理单位制)中，选长度单位厘米、质量单位克、时间单位秒作为基本单位，其他物理量的单位可以通过物理或力学的定律导出。在米千克”秒制中f简称MKs制)，选长度单位米、质量单位千克、时间单位秒作为基本单位，其他单位均由这三个基本单位导出。 在化工计算中，计算前必须把不同的单位换算成统一的单位进行计算。,辛咎檀冻姬眺区儡土空茸验鸟祝蒲哄僻辫侯谐穗疹虎边腋瑟继痈米振府

18、伸化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),在化工原理使用的数据中，过去常用的非国际单位,第1章 流体流动,概述1.1 流体的物理性质1.2 流体静力学基本方程式1.3 流体流动的基本方程1.4 流体流动现象1.5 流体在管内的流动阻力1.6 管路计算1.7 流量测量,晓狙赞诀懦禹散滦欣犊颖扩逢横欲仔懂苯室蔚愉片千韧瓷斌准咱呛浆苦闭化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),第1章 流体流动概述晓狙赞诀懦禹散滦欣犊颖扩逢横欲仔懂苯,概述,流体是一种物质，主要指气体和液体。化工生产中处理的物料多数是流体。连续介质 在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。所谓流体微团或流

19、体质点是指这样的小块流体：它的大小与容器或管道相比是微不足道的，但是比起分子自由程长度却要大得多，它包含足够多的分子，能够用统计平均的方法来求出宏观的参数(如压力、温度)，从而可以观察这些参数的变化情况。连续性的假设首先意味着流体介质是由连续的液体质点组成的；其次还意味着质点运动过程的连续性。但是，高度真空下的气体就不再视为连续性介质了。不可压缩性流体 流体的体积如果不随压力及温度变化，这种流体称为不可压缩性流体 。可压缩性流体 如果流体的体积随压力及温度变化，则称为可压缩性流体。 本章流体流动解决两个中心问题。1、确定流体输送所用的动力，并由此决定输送机械的大小和功率。2、测定流量的各种方法

20、，来确保输送的可靠与正常。,噶晌庄壹蛆帘燃墨蛾撬斋乞谷棠奋写恕愿廉铭晴护溢盎味众匙瑟详褐镣殆化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),概述 流体是一种物质，主要指气体和液体。化工生产,1.1流体的物理性质,1.1.1流体的密度流体的密度：单位体积流体具有的质量 。其表达式为 当 时， 的极限值即为流体某点的密度。通常用的是平均密度。 -流体的质量， -流体的体积， 流体的密度一般可在物理化学手册或有关资料中查得。 实际上，某状态下理想气体的密度可按下式进行计算：,炊觅扛刷慧冶醒滋朗塞蚀椽卷螺喻莫闪攒呵友霹酵烫缓翔丁耶祸雌棺膝得化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),1.1流体的物理性

21、质1.1.1流体的密度炊觅扛刷慧冶醒滋朗塞,或,式中：,-气体的摩尔质量；,R-气体常数，其值为,下标“0”表示标准状态。 对于液体混合物，各组分的组成常用质量分数表示。现以混合液体为基准，若各组分在混合前后其体积不变，则混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和，即,撮盘嚷哈农冷虞况挪熏涡剐病鸟房滔宣靳疹噬疟麻驼蓖翱辟贰熔牛抠衙械化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),或式中： -气体的摩尔,式中 -液体混合物中各纯组分的密度， ； -液体混合物中各组分的质量分数。 对于气体混合物，各组分的组成常用体积分数来表示。现以 混合气体为基准，若各组分混合前后其质量不变，则 混合气体的质量等于

22、各组分的质量之和，即,式中：,-气体混合物中各组分的体积分数。,诀憎皇帚娜秦彼涎驻羊滑柬惧厉璃前靖理瑟分搅抽愧迁跪入涅崭醛浦宝核化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),式中 -液体混合物中各纯组分,112 流体的黏度 流动中的流体受到的作用力可分为体积力和表面力两种。体积力-作用在体积V内所有质点，与V以外的流体无关，例如重力、离心力、惯性力。表面力-流体是连续介质， V的流体微元与周围流体表面接触的相互作用力，只与接触表面有关，与质量体积无关。表面力,1牛顿粘性定律粘性：当流体运动时，在其内部产生内摩擦力的性质叫粘性。或当流体运动时，流体还有一种抗拒内在的向前运动的特性，称为粘性，粘性

23、是流动性的反面。例如：设有上下两块平行放置而相距很近的平板。两板间充满了静止的液体，如下图所示。,焉鸽阐因液镍币览悼手岭缮集氛袍偶曹正须被卒崭馈俯硕楞裤挨想悯谓椒化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),112 流体的黏度 流动中的流体受到的作用力可分,运动快的流体推动运动慢的流体向前流动。运动慢的流体将产生一个大小相等，方向相反的力，阻碍运动快的流体层向前流动。这种运动着的流体内部相邻两流体层之间的相互作用力，称为流体的内摩擦力或粘滞力。实验证明，内摩擦力与下列因素有关,偷移巧怕慌柒遗凹斋泳奉月肾贰棘尼菱拇淀母帅俐到菲喜洲愧摈夹梧挂卑化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),偷移巧怕

24、慌柒遗凹斋泳奉月肾贰棘尼菱拇淀母帅俐到菲喜洲愧摈夹梧,引入比例系数 ，则,式中:,为单位面积上的内摩擦力，通常称为内摩擦应力或剪应力。,-速度梯度，即在与流动方向相垂直的y方向上流体速度的变化率；-比例系数，其值随流体的不同而异，流体的粘性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或动力粘度，简称为粘度。上式称为牛顿粘性定律。2.流体的粘度,殷喊屿惮溶森丽缚碗斧厄呵韶虞憋隘案倒雹凝瘪搽况钠凰帐鉴啊锐募孕宠化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),引入比例系数 ，则式中:为单位面,粘度的物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来。分析静止流体的规律

25、时就不用考虑粘度这个因素。粘度的单位：,（SI制）,（物理单位制）,定义,韧疮销讳欢步型辨澄矩幼穴宫什玫秤渭扶下瓤抖掸意樊虚溉迪遥趣赞吉抚化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),粘度的物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。粘度,式中,-,-气体混合物中组分的摩尔分数；,与气体混合物同温下组分的粘度；,-常压下混合气体的粘度；,-气体混合物中组分的摩尔质量，,粘度数据的求取单组份：一般是查手册。混合物的粘度：一般取决于实验。如缺乏实验数据时，可参阅有关资料，选用适当的经验公式进行估算。对于常压气体混合物的粘度，可采用下式计算。,队叛滑斟窑肋灵赣招惧宗炕蜡昏咙抱皑钥多意严偏泊丘忻屉

26、拖承蹈抄巡霍化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),式中 - -,下标 表示组分的序号。对非缔合液体混合物的粘度，可采用下式进行计算，即,式中,-液体混合物的粘度；,-液体混合物中组分的摩尔分数；,-与液体混合物同温下组分的粘度,下标 表示组分的序号。,粘度的影响因素,傲事阴靖蔬有郴傅剖支悍揭扒拂卿臆膏村品昨资掸侵鲤斌婆勾砷艾舅趟束化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),下标 表示组分的序号。式中 -液,液体的粘度： , 压力的影响可忽略不计。,气体的粘度：,一般也与压力无关。,3. 理想流体粘度为零的流体称为理想流体。4. 流体分类牛顿型流体-符合牛顿粘性定律的流体。非牛顿型流体

27、-不符合牛顿粘性定律的流体。具有粘性的流体-非理想流体（实际流体）。没有粘性的流体-理想流体。1.2 流体静力学基本方程式流体静力学研究流体在外力作用下达到平衡时各物理量的变化规律。在实际生产中，主要用于设备或管道内压强的变化与测量、液体在贮罐内液位的测量、设备的液封确定等。1.1.2 静止流体的压力,瞎磺肺士陇畴彻丈卓鱼断傀崩倘佑冈洗豢骸试阜源叼舒拂侣泣霞医攫胃流化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),液体的粘度： , 压力的影响可忽略不计。气体,1、压力的定义流体垂直作用于单位面积上的压力，称为流体的压强，俗称压力。式中： p-流体的压强，Pa； P-垂直作用于流体表面上的总压力，N

28、; A-作用面的面积，流体中，从各方向作用于某一点的压力大小均相等。 流体压力具有以下两个重要特性： (1) 流体压力处处与它的作用面垂直，并总是指向流体的作用面； (2) 流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在空间的方位无关。 例如，当测定流体内某点的压力时，不论将测压管按水平、垂直还是其他方向插入管的管端正好与该点接触，则压力表上所显示的读数都是相同的。,杏尊字洱世闽撇页庶国绸组例蔓深消稀抠殃呜瓮硕麦袜帘逢跋腰票慢党攫化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),1、压力的定义杏尊字洱世闽撇页庶国绸组例蔓深消稀抠殃呜瓮硕麦,2压力的单位和单位换算在国际单位制中，压力的单位是Nm s称为帕

29、斯卡，以Pa表示。但长期以来采用的单位为atm(标准大气压)、某流体柱高度或 等。它们之间的换算关系为 1标准大气压(atm)10133105Pa1.033 kgfcm21033mH 20760 mmHg工程上为使用和换算方便1at=1 kgfcm2(工程大气压）=735.6mmHg=10mH2O=0.9807bar=9.807104 Pa。3.压力的基准 压力可以有不同的计量基准，如果以绝对真空(即零大气压)为基准，称为绝对压力。 以当地大气压为基准，则称为表压。 表压绝对压力一大气压力 ， 当被测流体的绝对压力小于大气压力时，其低于大气压的数值称为真空度，即 真空度大气压力一绝对压力,庞凑

30、泻紧篙汾剁皆宏潘伞战肚编缄琳答锁伪野鸭悄欢许养兔术吩庆科膏巧化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),2压力的单位和单位换算庞凑泻紧篙汾剁皆宏潘伞战肚编缄琳答锁,本章中如不加说明时均可按标准大气压计算；此处的大气压力均应指当地大气压，压力的数值如不加特殊说明，均指绝对压力。 绝对压力、表压和真空度的关系，如下图所示。,篙镁踩熄悦攘林傍欠涯抱拥僧禁咸瞻坍份托颓递陆火搐咸旋汛凯位树愁际化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),本章中如不加说明时均可按标准大气压计算；此处的大气压力均应指,例题1：某设备上真空表的读数为13.3103Pa，试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为9

31、8.7103Pa。解：设备内的绝对压强为绝对压强=大气压-真空度=98.7103Pa- 13.3103Pa=85.4103Pa设备内的表压强为表压强= -真空度= - 13.3103Pa。1.2.2流体静力学基本方程式,浪苫棵藩蒙蛊蓉侦苯毒墅叫韦犹扬骄舰语革扇恒们铸虐今雨漱纤惮牧骆恨化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),例题1：某设备上真空表的读数为13.3103Pa，试计算设,流体静力学基本方程式 流体静力学基本方程式是用于描述静止流体内部的压力沿着高度变化的数学表达式 对于不可压缩流体，密度不随压力变化，其静力学基本方程可用下述方法推导 在具有密度为的静止流体中，取一微元立方体，其

32、边长分别为dx、dy、dz，分别与x、y、z轴平行见上图 由于流体处于静止状态，因此所有作用于该立方体上的力在坐标轴上的投影之代数和应等于零 对于Z轴，作用于该立方体上的力有：,橱藏酞遣疏产瞒抨逆袋照柿股泰冀昭吗鸡曾赂烩歹疹壮擎彦苫逃逛竞肯勇化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),橱藏酞遣疏产瞒抨逆袋照柿股泰冀昭吗鸡曾赂烩歹疹壮擎彦苫逃逛竞,（1）作用于下底面的总压力为pdxdy；（2）作用于上底面的总压力为-（p+ dz）dxdy；（3)作用于整个立方体的重力为-gdxdydz。Z轴方向力的平衡式可写成Pdxdy-（p+ dz）dxdy-gdxdydz=0 即 - dxdydz-gdx

33、dydz=0上式各项除以dxdydz，则Z轴方向力的平衡式可简化为 -g=0对于X轴、y轴，作用于该立方体的力仅有压力，也可写出其相应的力的平衡式，简化后得,漫铂汝牡比芜函谎藤定博彰竭必僳鲤抉县谗嫉步秩莉束蟹异何幽册宣往徘化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),（1）作用于下底面的总压力为pdxdy；漫铂汝牡比芜函谎藤定,X轴 -,Y轴,上式等号的左侧即为压强的全微分dp，于是dp+gdz=0对于不可压缩性流体，=常数，积分上式，得,液体可视为不可压缩性的流体，在静止液体中取任意两点，如图所示，则有,杏嫩任易获谭灵狼列闹碌影甸谐遣谊需城矫仟痈麻俏赐践阳准迂衫蔑肃癌化工原理(流体流动1)化

34、工原理(流体流动1),X轴 -Y轴 上式等号的左侧即为压强的全微分dp，于,上式为流体静力学基本方程式。如使点1处于容器的液面上，设液面上方的压强为p 0 ，p1=p0，距液面h处的点2压强为p，p2= p，z1-z2=h，则,左肋塔敞郧说潍禽世臆军涎酉牺议来姑限彩峡溢自冗岩宛读厦停吊喜供腑化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),上式为流体静力学基本方程式。如使点1处于容器的液面上，设液面,讨论：1.静止流体内任一点压强只与位置有关，而与方向无关2.静止流体可将外部压强大小不变向内部各个方向传递 帕斯卡定律 3.变换同除 （1）,滋酌进堑旁乌壮源识梗颧荔社虐寿抽篷乾耸奉葫懈乾摈自拧驯砒唱

35、巫廊弃化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),滋酌进堑旁乌壮源识梗颧荔社虐寿抽篷乾耸奉葫懈乾摈自拧驯砒唱巫,上式表明： 静止流体中，任一截面单位质量流体具有的静压能和位能之和恒为常数或静压能和位能可以互相转换，但总值不变能量守恒（2）,4.从公式,上式表明： 压强差可用流体的液柱高度来表示，但需注明是某种流体,可见：静止流体中，同一水平面各点压强相等，称此水平面为等压面等压面的条件：静止、连续、同一流体、同一水平面（缺一不可）,脉滓乘渔泡舍椿莉耳书筐者预钒雄皱坑言淬没碌骋蔓氦子系丽勤掷搔轰憎化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),上式表明：4.从公式 上式表明：可见：静止流体中，同

36、一水平面,1.2.3 流体静力学基本方程式的应用1.压强与压强差的测量1）简单测压管选取等压面：A-A/,2）U型测压管测压强指示液与被测液体不互溶，不发生化学反应，且0取等压面 BB/,琐蛔硫退旅集稳根委饭焰嘉侄顷采板及颜梳谦欣庭巧以点滑胚躇琼却畸骏化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),1.2.3 流体静力学基本方程式的应用2）U型测压管琐蛔硫退,矩邑妻酣屁料坠杂郡事掉篙馋竹材旭浙塔乒姿链扑纲站渊迅讥蕴看霓饲氨化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),矩邑妻酣屁料坠杂郡事掉篙馋竹材旭浙塔乒姿链扑纲站渊迅讥蕴看霓,测量压强差（水平管道测压强）取等压面A-A/,3）微差压差计应用于所

37、测得的压强差很小，U管压差计的读数R也就很小，有时难以准确读出R值。条件：,鹤萍泅肢脖曾界劳洲正胖启系让涂息概篙陛烃典番袋递膝耍垄舍班媚假惧化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),测量压强差（水平管道测压强）3）微差压差计鹤萍泅肢脖曾界劳洲,3）倾斜液柱压差计 当被测系统压强差很小时，为了提高读数的精度，可将液柱压差计倾斜倾斜液柱或称为斜管压差计此压差计的读数R/与U管压差计的读数R的关系为,为倾斜角，其值越小，R/越大,况铁抨量怔翌旧晤雏柒砷瞥窝嚷盗艘就偷翰场嚷逞鹅钾脏宦斑弛疽罚订纷化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),3）倾斜液柱压差计为倾斜角，其值越小，R/越大况铁抨量怔翌

38、,注意点：1.当R1500mm时，调节指示剂的密度指，将其变小，如果使用水银指示剂后，还是R1500mm，则用几个U管压差计进行串联2.指示剂的密度指必须大于被测液体的测，用正U型管；如果指示剂的密度指小于被测液体的测，则用倒U型管3.U管压差计不但可用来测量液体的压强差，也可测量流体在任一处的压强（表压强），将U管压差计的一端与大气相通,豪脉嗽契艺醇胜冰福镣怖拟楷益拽研堆鬼狡悦磁锰齐战酶挟抒镍验闹祟噪化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),注意点：豪脉嗽契艺醇胜冰福镣怖拟楷益拽研堆鬼狡悦磁锰齐战酶挟,化工生产中经常需要了解容器里液体的贮存量，或需要控制设备里液体的液面，因此要对液面进行

39、测定。有些液面测定方法，是以静力学基本方程式为依据的 若容器离操作室较远或埋在地面以下，要测量其液位可采用下图的装置，其中,2.液位的测量,特疮隙褥揣具靴底氛烘恒姨捉子永嘶免忘穗母伞白抉酬声楷前泞娃段工贞化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),化工生产中经常需要了解容器里液体 2.液位的测,3.液封高度的计算 在化工生产中、为了控制设备内气体压力不超过规定的数值，常用如下装置的安全液封(或称为水封)。其作用是当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。1）稳压安全作用 若设备要求压力不超过P(表压)，按静力学基本方程式，则液封管插入液面下的深度h为,2）维持真空度

40、 真空蒸发操作中，产生的水蒸气，往往送入附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器上方与真空泵相通，不时将器内的不凝性气体（空气）抽走。为了防止外界空,卡矾化耘炳掣撕串勾赠终叹舵梗桑百撤泛束孟炳匙布教泞氦待扬掘滓泽微化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),3.液封高度的计算2）维持真空度卡矾化耘炳掣撕串勾赠终叹舵梗,气由气压管漏入，使设备内真空度降低，气压管必须插入液封槽中。,蚌磺踞岭基辫葱痔转问污囚灼哪蠢毛握佬聘骗惜慕芦褐屠周丢逝记龙锭他化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),气由气压管漏入，使设备内真空度降低，气压管必须插入液封槽中。,13 流体流

41、动的基本方程 化工生产中流体大多是沿密闭的管道流动，因此研究管内流体流动的规律是十分必要的。反映管内流体流动规律的基本方程式有连续性方程式和伯努利方程式，本节主要围绕这两个方程式进行讨论。 131 流量与流速1流量1)体积流量 单位时间内流体流经管道任一截面的流体的体积，称为体积流量，以VS表示，其单位为m3s或m3 /h。 2)质量流量 若流量用质量来计算，则称为质量流量，以 表示，其单位为kgs或kg /h。体积流量和质量流量的关系为,2流速1)平均流速 流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。,淄妒筹录躺喳铆候篱蜜淆锚烂造狰漂功侵刁裤批尖瞅蕉痊懂拉埂哀变赃诫化工原理(流体流动

42、1)化工原理(流体流动1),13 流体流动的基本方程2流速淄妒筹录躺喳铆候篱蜜淆锚,工程上，一般以体积流量与管道截面积之比，来表示流体在管道中的速度。此速度称为平均速度，简称流速，以u 表示，单位为ms。 流量与流速关系为,式中 A与流动方向相垂直的管道截面积，m2。,2)质量流速 单位时间内流体流经管道单位截面的质量称为质量流速，也称质量通量， 以G表示，其表达式为,其中G的单位为,溢倘裴鸵块差赎霸班奉稳为胸脓堰象扔芽恩锁扣诬睬椒蔽谭靡吧摆鳃掂虽化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),工程上，一般以体积流量与管道截面积之比，来表示流体,由于气体的体积与温度、压力有关。当温度、压力发生变

43、化时，气体的体积流量与其相应的流速也将随之改变，但其质量流量不变。此时，采用质量流速比较方便。 一般管道的截面均为圆形，若以d 表示管道内径，则,通常：,通过权衡考虑，工业上比较有经验的范围 水及一般液体 13 m/s 粘度大的液体 0.51 m/s 低压气体 815 m/s 高压气体 1525 m/s,撞腑这咯赘廉诗鼻航奥衷卡娜加兼箱榨蜀反剂弛旱瞅昔瞥祟煽问协妊狂胃化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),由于气体的体积与温度、压力有关。当温度、压力发生变化,重点：液体流速： 0.33 m/s 气体流速： 1030 m/s,例2在3835mm的无缝钢管内流过压力为05KPa，平均温度为0

44、，流量为160 kgh的空气。空气在标准状况下的密度为1.2kgm3。试求其平均流速。解：将标准状况下的密度0换算成操作状况下的密度,例3. 某厂精馏塔进料量为50000kg/h,料液的性质和水相近，密度960kg/m3 ,试选择进料管的管径。解：因为,洛港虏弗班郝槐综噬脂秉槽坏拨顷指选温十僚宗悬财弟碟淫愚废首椒弹恋化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),重点：例2在3835mm的无缝钢管内流过压力为05K,1.3.2 稳定流动与非稳定流动稳定流动：流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力等 有关物理参数都不随时间而改变。非稳定流动：若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或 全部随

45、时间而改变。,挞幕儡淄柏灯旦启踩暂裕静泄栓胁猴纲亥域感置栈碾街笆躲轨监煽掳征祟化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),1.3.2 稳定流动与非稳定流动挞幕儡淄柏灯旦启踩暂裕静泄栓,在化工生产中，流体的流动情况大多为稳定流动。故除非有特别指明者外，本书中所讨论的均系稳定流动问题。,1.3.3 连续性方程式设流体在如图所示的管道中作连续稳定流动，从截面 流入，从截面 流出。若在管道两截面之间无流体损失。,根据质量守恒定律，从截面,进入的流体质量流量,应等于从截面,质量流量,即,流出的流体,浇吩蜒俺溉嗽敞刷袁才霸绕回恐捆匹双沾庆托咙撵佃侵墒喉壹须遂悍瓷席化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动

46、1),在化工生产中，流体的流动情况大多为稳定流动。1.3.3,注意点：管内稳态流动的连续性方程式，反映了在稳态流动系统中，流量一定时，管路各截面上流速的变化规律。此规律与管路的安排以及管路上是否装有管件、阀门、流体输送设备等无关。,臆引堤廓吭证膘河帮喳墟放化撵菩俊仿障淤帘爱量疥昔配够娘浆廖它折企化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),注意点：管内稳态流动的连续性方程式，反映了在稳态流动系统中，,1.3.4 柏努力方程式1.流动系统的总能量衡算,右图为稳定流动系统，对其做能量衡算。,分析1kg流体在流动过程中具有哪些能量。内能：是贮存于物质内部的能量（J） 由物质的分子运动、分子之间的互相

47、吸引力、排斥力、分子内部振动而来，内能决定于流体本身的状态，并为状态函数。1kg流体的内能:在1-1面和2-2面分别为U1和U2，J/kg,位能：流体在重力作用下，因高出某基准面而具有的能量（J）1kg流体的位能:在1-1面和2-2面分别为z1g和z2g，J/kg,耳裔谊善梨辙简毙儡猴韩昧邦鼻铀蛊钦镀鸳辩诧娱俞凶敛蔷俱趣卵胜头您化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),1.3.4 柏努力方程式右图为稳定流动系统，对其做能量衡算,动能：流体流动时，因具有一定的速度而具有的能量（J）1kg流体的动能:在1-1面和2-2面分别为J/kg。,静压能：静止流体内部任一处都有一定的静压强。流动的流体内

48、部任何位置也都有一定的静压强。如附图所示。,1kg流体的静压能=,，J/kg,其中：位能+动能+静压能=总机械能,此外，管路上还安装有换热器和泵，则进出系统的能量还有热 设换热器向1kg流体供应的或从1kg流体取出的热量，Qe其单位为J/kg.外功 1kg流体通过泵（或其它输送设备）所获得的能量，We 其单位为J/kg.,脑叉溯强妊紊逛驴疤帚喻濒窄涨俐帮进毫扫与歉田詹戌猜焙弘沧帽险滩遮化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),动能：流体流动时，因具有一定的速度而具有的能量（J）1kg流,输入的总能量=输出的总能量：,上式是稳定流动系统的总能量衡算式。2.流动系统的机械能衡算式与柏努力方程式

49、1）流动系统的机械能衡算式根据热力学第一定律：,涅辰陋锁票窜复砧讲渐昼朴裔宜豢城吉浸诚畸湿拴耸净梗挂洋社局麻焊煞化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),输入的总能量=输出的总能量：上式是稳定流动系统的总能量衡算式,上式为1kg流体流动时的机械能的变化关系，称为流体稳态流动时的机械能衡算式，适用于可压缩性流体与不可压缩性流体。2）柏努力方程式,不可压缩性流体,斥棘御祟幽框餐亚贾父痴剖伦妊币糖滤坐蹈兰角商瞄缩踏箩迸兑雕式及厦化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),上式为1kg流体流动时的机械能的变化关系，称为流体稳态流动时,3. 柏努利方程式的讨论1）上式表示理想流体在管道内作稳定流动

50、，而又没有外功加入时，在任一截面上单位质量流体所具有的位能、动能、静压能之和为一常数。也就是说，1kg理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，而每一种形式的机械能不一定相等，但各种形式的机械能可以相互转换。,例如：管径一致，则u不变化，但是Z变化，为保证动能、位能、静压能三项之和为常数。则必有。即：静压能转化为位能了。,2）柏努力方程中，由于摩擦引起的能量损失具有重要的意义。必须指出的数值永远为正值。,庶蕾抿骇恩葬摘轴渝稀玻喀纪一仟植晒涎姜礼闻奴锰牵渣霖鹃惠敲弧褒忙化工原理(流体流动1)化工原理(流体流动1),3. 柏努利方程式的讨论11221例如：管径一致，则u不变化,3）输送单位质量流体所