化工基础知识 炼油厂操作工流体力学.ppt

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1、,化工基础知识,技师职业技能鉴定基础知识培训大纲 1.流体力学1.1流体静力学性质及基本概念1.2流体静力学基本方程1.3流体静力学基本方程式的应用,1.4流体动力学性质及基本概念1.5流体动力学基本方程1.6流体的流动形态及流动阻力,第一节 基本概念 一、国际单位制及单位换算 1、国际单位制（SI制）,长度 米 m 质量 千克 kg 时间 秒 s 温度 开尔文 K 力 牛顿 N 压强 帕斯卡 Pa（N/m2）,热量 功 焦耳 J（Nm）能 功率 瓦特 W（J/S）物质的量 摩尔 mol,2、工程单位制 温度：力：kgf 1 kgf=9.81N 热量：Kcal 1 Kcal=4.187KJ3、

2、单位换算举例 将 5g/cm3换算成kg/m3,510-3/10-6=5 103 kg/m3,20？K,T=t+273.15=20+273.15=293.15K,二、流体的主要物理量1.流体：液体和气体的总称叫流体2.密度：密度：单位体积流体所具有的质量 定义式：=m/V 单位：kg/m3 影响因素：温度、压力,液体密度只随温度而变气体密度随温度和压力而变温度升高，气体和液体的密度都降低密度的计算 液体密度的计算：m=V V=m/,例：求293K、98%硫酸10t的体积为多少m3？已知：293K、98%硫酸的密度为：1836kg/m3,解：m=10t=10103kg 则：V=m/=104/18

3、36=5.44 m3,气体密度的计算理想气体状态方程 PV=nRT n=m/M M分子量 kg/kmol（千摩尔质量）PV=m/M RT PM=m/V RT PM=RT=PM/RT kg/m3,PKPaVm3Mkg/kmolR8.314kJ/kmol KTK,求：甲烷在320K和0.5MPa时的密度？（CH4）,解：=PM/RT=0.5100016/（8.314320）=3 Kg/m3,（3）相对密度（比重）d277T在一定温度下，流体密度与4时水的密度之比。d=/水 即=1000d 当温度升高时，液体、气体的密度都降低如:100时饱和水密度为958 kg/m3，4时水的密度为1000 kg/

4、m3，则100时水的相对密度为，比重为。（4）比容单位质量流体所占有的体积。v=1/,0.958,0.958,3.压强（压力）流体垂直 作用于单位面积上的力，也称为流体的静压力。单位：Mpa、kpa、Pa 压力的大小还可以用液柱高度表示：mmHg、mH2O 即：P=gh，若液体一定，g为常数,则：P可用液柱高h来表示 液体的压强等于该液柱作用于其底部单位面积上的重力 为了便于计算，要记住压力单位换算关系：1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/cm2,1mmHg=Pa1mH2O=9.8103Pa1kgf/cm2=9.81 104Pa,133.3,1

5、at=1kgf/cm2=9.807104N/m2=735.6mmHg=10mH2O,4.表压、真空度、绝压的概念及相互关系绝压设备内的真实压力，或以 绝对零压为起点计算的压力。表压压力表上的压力值，即设 备内流体真实压力与设备外 大气压之差。真空度真空表上的度数，设备 内的压力比大气压低时采用。,绝对压力=大气压+表压真空度=大气压-绝对压强 某容器真空表的读数为60kPa,则容器内实际压力为（).某容器压力表的读数为500kPa，则容器内实际压力为（）,41.3kPa,601.3kPa,例：某设备进出口压力表的读数分别为20mmHg（真空度）和500mmHg（表压），求：两处的绝对压力差？分

6、别用mmHg和Pa表示（520mmHg、69316Pa）,在进行压强值换算与压强差的计算时，必须注意单位的一致性。,1.压力的单位及换算练习：640mmHg=()Pa 8.5mH20=()N/m2 2kgf/cm2=()Pa,8.53 104,8.34 104,19.62 104,2、某液体的相对密度为1.25，其密度为（）。,1250 kg/m3,三、流体静力学基本方程 研究静止状态下流体受力的平衡规律1、流体静力学基本方程gZ1+P1/=gZ2+P2/结论：在静止的液体中，液体任 一点的压力与液体密度和 其深度有关。静止的、连通的、同一种 液体在同一水平面上的压 力相等。,四、流量、流速、

7、稳定流动的 连续性方程1、流量（1）体积流量：单位时间内流过管路任一截面的流体的体积用 Qs和 Qh表示，单位：m3/s,m3/h（2）质量流量:单位时间内流过管路任一截面的流体的质量用 Ws和 Wh表示，单位：kg/s,kg/h,（3）二者关系:W=Q2、流速u单位时间内流体在流 动方向流过的距离 定义式：u=Qs/A 单位：m/s 圆形管路：管道中流速的分布规律：常温常压下，液体流速：13 m/s 气体流速：1020 m/s,3、稳定流动的连续性方程（1）稳定流动：流体在流动时，任一截面处的流速、流量和压强等与流动有关的物理量，只随位置而变，而不随时间而变，这种流动称为稳定流动。（2）稳定

8、流动的连续性方程：质量守衡定律,稳定流动的管路中，流体流经各截面的质量流量相等 连续性方程：W1=W2,因为：W=Q=uA 所以：u1A 11=u2A22液体可视为不可压缩流体，即：1=2 则：u1A 1=u2A2对于圆形截面的管子，,u1、u2流速d1、d2管径即：流速与管径的平方成反比,例1：水连续由粗管流入细管作稳定流动，粗管的内径为80mm，细管的内径为40mm，水在细管内的流速为3m/s,求：水在粗管内的流速？（0.75 m/s）,例2：用内径50mm的管道来输送98%的硫酸（293K），要求输送量为12.97t/h，硫酸的密为1836Kg/m3，试求该管道中硫酸的流量和速度。,Qs

9、=Ws/=12.971000/36001836=1.9610-3 m3/s,u=Qs/A=1.9610-3/0.785（0.05）2=1m/s例3：某流体在内径为d 的管路中作稳定流动，其平均流速为u，若管径缩小一半，则流速将为原来的多少倍？（4倍）,五、柏努利方程式 机械能衡算1、流体流动的机械能位能：流体在重力的作用下，因质量中心高于某一基准面而具有的能量。动能：由于流体有一定的流速而具有的能量静压能：由于流体有一定的压强而具有的能量,2、柏努利方程式输入管路总能量=输出管路总能量 外加能量;损失能量 柏努利方程式：,以质量为基准：,以单位重量流体为基准将式中各项除以g，则得:,如附图所示

10、，高位槽水面保持稳定，水面距水管出口为5m，所用管路为1084mm钢管，若管路压头损失为4.5m，求该系统每小时的送水量。,解：取水槽液面为1-1截面，水管出口为2-2截面，并以出口管中心线为基准水平面，列出截面1-1和2-2间的柏努利方程,已知h1=5m,h2=0 p1=p2=0(表压)，u1=0,He=0,hf=4.5m,解得：U2=3.13m/s,六、流体阻力使静压力下降 1、流体的粘度:表示流体粘性大小的物理量，是流体物理性质之一。在相同情况下，粘度越大，阻力越大，损失的能量越多。产生流体阻力的原因：内摩擦力的存在和流动状况。粘度大的流体应选用较小的流速,2、粘度的单位国际单位制：（P

11、a.s)影响因素：温度，压力的影响可忽略。,液体的粘度随温度的升高而减小，气体的粘度随温度升高而增大。,3、流体流动类型：层流(层流）和湍流（紊流）判据：雷诺数Re Re=du/Re2000 层流 Re4000 湍流,层流,湍流,例：293K的水在内径50mm的管中流动，已知其流速为2m/s，试判断其流动类型。,解：已知d=0.05m,u=2m/s293K时水的=998kg/m3=1.00510-3 Pa.s则：Re=du/=0.052998/1.00510-3,4、流体阻力 直管阻力 流体阻力 管路阻力 局部阻力、,5.流体阻力的计算（1）直管阻力的计算 由于内摩擦而造成的压头损失。h直=(

12、l/d)(u2/2g)m l-直管的长度，m d-直管的内径，m u2/2g-流体的动压头，m,-比例系数，称为摩擦系数 滞流时，与Re成直线关系，=64/Re例：有一段长150m、内径38mm的塑料管道，用来输送蒸馏水，设已知流速为1m/s，水的密度996Kg/m3,粘度1mPa.s，试求这段管道的压头损失和压强降。,解：已知l=150m,d=0.038mu=1m/s,=996Kg/m3,=1mPa.s,Re=du/=0.038*1*996/(1*10-3)=37848=0.021h直=(l/d)(u2/2g)=0.021*(150/0.038)*(1/2*9.81)=4.23mp=h直g=

13、4.23*996*9.81=42KPa,(2)局部阻力的计算1.当量长度法h局=(l当/d)(u2/2g)m则：h损=(l/d)(u2/2g)+(l当/d)(u2/2g),例：某料液从高位槽流至反应器，已知该溶液的相对密度为1.1，粘度为1mPa.s采用内径106mm的钢管，直管全长20m，管路上有一个全开的闸阀和两个90标准弯头，其流量为31.7 m3/h,求总的压头损失。,解：u=(31.7/3600)/(0.785*0.1062)=1m/sRe=du/=(0.106*1*1100)/(1*10-3)=1.16*105 查表=0.022,l当/d 得=147h损=(l/d)(u2/2g)+(l当/d)(u2/2g)=0.022（20/0.106+147）（1/2*9.81）=0.376m,