流体流动及输送机械课件.ppt
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1、食品工程(Food Engineering)食品工程原理(Principles of Food Engineering)化工原理(Principles of Chemical Engineering)单元操作(Unit Operation)食品单元操作(Food Operating Unit),第一章 流体流动及输送机械(1),主讲:曹 淼,教学基本内容和要求 主要讨论有关流体在管内流动的基本原理及流动规律。了解流体平衡(静止)和运动的基本规律,熟练掌握静力学方程式、连续性方程式、伯努利方程式的内容和应用,在此基础上解决管路计算、输送设备功率计算等问题。主要内容见图1-1。,图1-1 主要内容
2、,管路计算流速与流量测定,流体动力学的基本方程式物料衡算 能量衡算,流体流动阻力计算,静力学基本方程式,应用,u0,目 录,1.1 流体静力学1.2 流体动力学1.3 管内流体流动现象1.4 流体流动阻力1.5 管路计算,1.研究流体流动的意义,流体:是指在剪应力作用下能产生连续变形的物体;主要包括液体和气体两大类;流体流动是最普遍的食品(化学、生物)工程单元操作之一;研究流体流动问题也是研究其它食品单元操作的重要基础。,概 述,2.流体的特征,具有流动性;形状随容器形状而变化;受外力作用时内部产生相对运动;密度和压力有关。,3.流体的性质(假设),连 续 性:流体是由无数内部紧密相连、彼此间
3、没有间隙 的流体质点所组成的连续介质;均 匀 性:流体内部任意位置的流体其性能相同;各向同性:在流体内部任意位置沿各个方向的性能相同。,1.1 流体静力学,流体静力学是研究流体在重力场中处于特殊的运动状态(静止)的时候所受的外力满足的关系平衡条件。1.1.1 密度一、定义 单位体积流体的质量,称为流体的密度。,kg/m3,二、单组分密度,液体密度仅随温度变化(极高压力除外),其变化关系可从手册中查得。,p、T状态参数,气体 当压力不太高、温度不太低时,可按理想气体状态方程计算:,注意:手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度 下的数值,若条件不同,则密度需进行换算。,式中:标准状态下气体的密度
4、 Kg/m3,三、混合流体的密度,混合气体 各组分在混合前后质量不变(无化学反应),则有,气体混合物中各组分的体积分率。,1m3混合气体为基准,混合前后质量不变;即:1m3混合物的质量等于各组分单独存在时的质量之和。,混合液体 假设各组分在混合前后体积不变,则有,液体混合物中各组分的质量分率。,1kg混合液体为基准,混合前后体积不变;即:1kg混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和。,1.1.2、比体积(质量体积),单位质量流体具有的体积,是密度的倒数。,m3/kg,1.1.3、相对密度,某物质的密度和4纯水的密度之比,纯数,没有单位。,1.1.4、理想气态方程,P-压强,Pa;V-气体的
5、体积,m3;n-物质的量,mol;R-理想气体常数,8.314J/(molK);T-开尔文温度,单位K。,M-摩尔分子质量,kg/mol。-密度,单位kg/m3。,1.1.5 压强,流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的压强,用符号P表示,单位Pa。,流体压强与作用面垂直,并指向该作用面,亦即沿作用面的内法线方向;任意界面两侧所受压强,大小相等、方向相反;作用于流体内部某点不同方向上的压强在数值上均相同。,一、压强的特性,实践中以流体柱高度表示:,注意:用液柱高度表示压强时,必须指明流体的种类,如600mmHg,10mH2O等,此时的压强为。,标准大气压的换算关系:,二、压强的单位,SI制:
6、Pa或N/m2;,1bar=105Pa=100kPa=0.1MPa1atm=760mmHg=10.33mH2O=1.0133105Pa=101.3kPa=0.1013MPa(物理大气压)1at=1.033kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O=9.81104Pa=98.1kPa(工程大气压),三、压力的表示方法,绝对压强 单位面积上所受垂直压力的绝对数值,Pab。相对压力(以大气压度量)表压Pg 用于被测流体的绝对压强大于外界大气压Pa的情况。压力表上的读数表示被测流体的绝对压强高出大气压的数值。Pg=PabPa 真空度Pvm 用于被测流体的绝对压强小于外界大气压的情况。此时,真空表
7、上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压的数值。Pvm=PaPab,绝对压力,绝对压力,绝对真空,表压,真空度,大气压 Pa,例:1.蒸汽加热器的蒸汽压力表上读数为81.9103Pa,当时当地气压计上读数为98.1103Pa。则设备内蒸汽的绝对压力为 Pa。某设备上真空表的读数为13.3103Pa,已知该地区大气压强为98.7103Pa。则设备内的绝对压力为 Pa。比较下列压力大小:P1=0.4atm,P2=0.4atm(表压),P3=0.4atm(真空度)。AP1P2P3;BP2P3P1;CP2P1P3;DP1=P2=P3,1.8105,85.4103,BP2P3P1,1.1.6 流体静力学
8、基本方程式(欧拉平衡微分方程),一、静力学基本方程,(1)上端面所受总压力,(2)下端面所受总压力,(3)液柱的重力,设流体不可压缩(),重力场中对液柱进行受力分析:,方向向下,方向向上,方向向下,正向,液柱处于静止时,上述三项力的合力为零:,静力学基本方程式,Pa 压力表达式,PaN/m2=J/m3 压力表达式,和压强p+,讨论:,(1)适用于重力场中静止、连续、均匀的同种不可压缩性流体;(2)物理意义:,静力学基本方程式的本质:在同一静止连续不可压缩的静止流体中,流体的压强能和势能之和在不同位置守恒,也就是和压强处处相等。,P+和压强P 单位体积的压强能;gz 代表单位体积的势能。,(3)
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