大学课件-化工原理-第1章流动2

1基本概念（1）流体（2）连续介质假设（3）流体流动中的作用力①表面力；②质量力（4）流体的密度（5）流体的压缩性小结：（2）流体静力学基本方程式)(00zzgppP1+gZ1=P2+gZ2gzPgzP2211kgJ/2211zgPzgPm=J/NJ/m3=N/m32流体静力学（1）流体的压强注意单位与基准（3）关于静力学方程的几点讨论1)方程的适用条件：重力场、静止的、连续的、不可压缩流体;2)等压面静止、连续的均质流体，处于同一水平面上的各点压力相等压力测量（1）测压管和气压计气压计测压管表压:P=gh绝压:P=gh+PaPa=gh3静力学方程的应用(2)U形管压差计选基准面列静力学方程p0=P1+gz1p0=P2+gz2+gRz1=z2+RP1-P2=(-)gR(-)小，R大,P1-P2=gR12Rz1z21200P1P2水汞图1-6U形管压差计cρ’若一端与大气相通，则可测得表压，（或绝压）p0=P1+gz1p0=Pa+gRP1(绝）=gR-gz1+PaP1(表）=gR-gz1RP1P2图1-7倾斜液柱压差计P1-P2=(-)gRR=Rsinα(3)倾斜液柱压差计P2P1RρcρA图1-8微差压差计dc/da10ca且ca（略小）P1-P2=(a-c)gR(4)微差压差计ρρ’P1-P2=(-）gR若则P1-P2=gR(5)倒U形管压差计注意：压差的计算，均从等压面入手。P00水气体h0目的：（1）恒定设备内的压力，防止超压（2）防止气体外泄；水封液封h0P溢流水00图1-9安全液封气、液气液封高度计：gPh0P0bah(a)mgF(b)P1P2(c)浮力问题：受力分析浮力=上、下表面压力差研究：流体在外力作用下的流动规律。本节研究：流速、压强等运动参数的变化规律导出：运动流体的守恒定律形式质量守恒---连续性方程动量守恒---机械能衡算方程1.3流体动力学1.3.1流量与流速(1)流量：体积流量m3/s质量流量kg/s(2)流速：平均速度:m/s点速度:m/s(3)质量流速:kg/m2suVqVmqqSqSqumVuSuSSqGmdSdquV三种流速的使用场合：点流速：研究速度分布平均流速：流体流动计算质量流速G：可压缩性流体（气体）计算书P16例1.3.1结论：气体的体积流量、u、ρ随压力和温度变化，但质量流速不变。uSqSqGVmuSqV1.3.2稳态流动及非稳态流动稳态流动：流场中的物理量，仅和空间位置有关，而和时间无关F=f(x,y,z)(b)22110tu1122(a)0tuu=f(t,h)=f(t,x,y,z)非稳态流动:流场中的某物理量，不仅和空间位置有关，而且和时间有关F=f(x,y,z,t)t增大，h减低u降低说明：在化工生产中，正常运行时,系统流动近似为稳态流动。各点各处的流量不随时间变化，近似为常数。只有在出现波动或是开、停车时，为非稳态流动。1)控制体：在流场中任意划定一个封闭空间作为研究对象,称这个空间为控制体。1.3.3连续性方程(b)2211s1s2s3u1u2u32)总质量衡算方程衡算原则：输入质量流量-输出质量流量=质量积累速率VdVtuSuS222111------流体流动的连续性方程稳态流动时，质量积累速率=0，即，输入质量流率=输出质量流率222111uSuS------稳态流动时流体流动的连续性方程对不可压缩流体，为常量：2211uSuS在圆管中，d为管内径：212221dduu不可压缩流体在圆管内作稳态流动，速度与管径的平方呈反比这一条件在处理实际问题常被遗忘。认为条件不充分,使问题的不到解决。21dd21uu则当几点说明：1、连续性方程，反映各截面上，u-d的关系；设计管路时，可先选择适宜的u，再确定d；计算管路时，d容易测定，再计算u。2、方程适用条件连续稳态流动的流体，与管路及设备安排无关22112)(dduu222111SuSuSu2）分支管路3）并联管路3、稳态流动，几种管路中连续性方程1）变径管路（串联）2211SuSuuSs1s2u1u2222111SuSuSu理想流体：流动时没有阻力的流体1)推导条件不可压缩理想流体稳态流动恒温连续流体1.3.4柏努利方程2)推导过程作用于微元流体柱流动方向上的力:(1)作用于微元流体柱的重力的分力sin))(21(dldldsddsgdlFg忽略二阶无穷小，且由于dldsdldzgFgdldzsin（2）作用于上游截面的总压力pdsFp1fp3fp1fp1fg（3）作用于下游截面的总压力))()((2dldldsddsdldldppFp（4）作用于其侧面的总压力在运动方向上的分力dldldsddldldppFp)()21(3作用于微元流体柱运动方向上的合力：dldldSdddldppdldldsddsdldldpppdsdldsdldzgF)()21())()((dldsdldpdldsdldzgF忽略式中的二阶无穷小321pppgiFFFFFmaFidldsdldldsddSdldvm2fp3fp1fp1fg根据牛顿第二定律：式中dlduudldudtdldtdua0ududpgdzconstupgzupgzconstupgzududpgdz22.201222221112将m,a代入∑Fi=ma中整理可得：ρ=const常数gugpz223)柏努利方程几种表达形式222221112121uPgzuPgzkgJ/3/mJgugPzgugPz2222222111m=J/N222221112121upgzupgz位头静压头动压头（速度头）4)几点说明①各项的意义及单位②三种形式机械能的相互转换③Beroullieq.与静力学方程关系u=0ρρ2211PgZpgZconstPZgρ④Beroullieq使用条件5)应用①单位统一②基准统一③选择界面，条件充分，垂直流动方向④原则上沿流动方向上任意两截面均可1122p2,u2p1,u1文氏管a)文氏管和喷射泵222221112121uPgZuPgZ212122)(21PPuuV=u1A1=u2A2b)虹吸管200021112121ρPgZuPgZuZ0=0u1=0P1=P0=PagHu20条件：1、1-1面高于0-0面,为克服流动阻力，提供动能2、开始时，管中需充满液体以保证流体流动连续性222221112121upgzupgz1、设理想流体，分析管内各点流体的压力2、理想流体，是否能够H→∞?3、水是否可以从低处→高处、低压→高压流动?4、判断流体流动方向的依据?各截面上总机械能的大小虹吸管（虹吸现象）理想流体----三种形式机械能相互转化222221112121upgzupgz作业：P866、9、11