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化工基础第二章动量传递第一页，讲稿共九十三页哦2.1基本概念1、理想流体和实际流体理想流体：不具有粘性，因而在流动时不产生摩擦阻力的流体。实际流体：具有粘性，因而在流动时产生摩擦阻力的流体。第二页，讲稿共九十三页哦2、流体的密度定义：单位体积的流体所具有的质量。符号：，=m/v;SI制：kgm-3 1gcm-3=1000 kgm-3 =f(T,P)第三页，讲稿共九十三页哦液体的密度:用比重计法测定.工程上液体的比重用 ST277 表示,是无因次量.ST277 =/水=/1000液体混合物的密度第四页，讲稿共九十三页哦气体的密度混合气体的密度：方法1方法2第五页，讲稿共九十三页哦3、流体的连续性把流体看作是由无数微团（质点）所组成的连续介质，流体所占的空间全部为这种连续介质所充满。强调：1）在宏观上，流体质点是连续的；2）流体质点的运动也是连续的。第六页，讲稿共九十三页哦4、压强1）定义：垂直作用于单位面积上的力。P=F/A；单位：Pa(N/m2)在流体力学中，常用液柱高度表示压强P=液体的重量/液体的底面积 第七页，讲稿共九十三页哦2)单位1atm=101325Pa=760mmHg=10.336mH2O =1.0336kgfcm-21at=10mH2O=98100Pa=735.6mmHg 工程上 1kgfcm-2 定为 1 at 第八页，讲稿共九十三页哦3)压强的表示方法绝对压强:用绝对零点为起点计算的压强表压:用当时当地的大气压为起点的压强真空度:低于当时当地的大气压绝对压强=表压+大气压真空度=大气压 绝对压强第九页，讲稿共九十三页哦第十页，讲稿共九十三页哦第十一页，讲稿共九十三页哦请判断下列压强值的大小.(1)500000Pa（绝对压强）;(2)40000kgf/m2（绝对压强）;(3)1.5kgf/cm2（表压）;(4)450mmHg（真空度）;(5)1.6mH2O（绝对压强）答案(1)500000Pa;(2)392000Pa;(3)248000;(4)41300Pa;(5)15700Pa (1)(2)(3)(4)(5)第十二页，讲稿共九十三页哦2.2 流体静力学方程液体本身的重力:=gA(Z1-Z2)垂直方向的作用力为:P1A+gA(Z1-Z2)=P2 A第十三页，讲稿共九十三页哦整理得:P1A+gAZ1=P2 A+gAZ2 或:称为流体静力学方程第十四页，讲稿共九十三页哦工程上将单位重量的流体所具有的能量称做压头,单位为:m液柱。流体静力学的意义：在静止的流体内部，位压头和静压头之和为常数第十五页，讲稿共九十三页哦结论：1）静止流体内部任一点的压强是液面深度的函数；2）同一静止流体，同一水平面上，各点压强相等；3）当液面上方的压强变化时，液面内部各点的压强都要变化。第十六页，讲稿共九十三页哦例1：如图问1）1、2、3点的压强相等吗？2）4、5、6点的压强相等吗？3）当P0=760，计算B、C上方的压强。第十七页，讲稿共九十三页哦2.3 流体静力学应用1、U型管压差计第十八页，讲稿共九十三页哦指示液的要求：1）不与被测流体相容，且不起化学反应；2）指示液的密度 被测液的密度3)毒性小，挥发性小。第十九页，讲稿共九十三页哦测压原理:第二十页，讲稿共九十三页哦2)液封作用:1)防止气体的泄漏起封闭作用;2)防止气体倒流起止逆作用;3)有时可防止设备超压起泄压作用.第二十一页，讲稿共九十三页哦2.4 流体流动过程中的物料衡算1、流量和流速流量:单位时间通过导管任一截面的流体量。体积流量(V)，单位：m3/s或m3/h质量流量(m)，单位：kg/s或kg/h两者的关系：第二十二页，讲稿共九十三页哦流速：单位时间内流体在导管内所经过的距离，单位：m/s,用表示第二十三页，讲稿共九十三页哦、粘度流体流动时产生内摩擦力的性质称为粘性，衡量粘性大小的物理量称为粘度。或第二十四页，讲稿共九十三页哦牛顿粘性定律单位面积上的内摩擦力（也称剪切力）垂直于流体运动方向的速度变化率第二十五页，讲稿共九十三页哦粘度系数，简称粘度单位(SI)：CGS制:P(泊)对气体：温度、压力、密度增加，粘度增加;对液体：温度增加，粘度减小；压力增加，粘度变化不大第二十六页，讲稿共九十三页哦3、稳定流动和不稳定流动溢流第二十七页，讲稿共九十三页哦流体在管道或设备流量、流速和压力等有关物理参数都不随时间变化而变化，只随空间位置的改变而变化，这种流动称为稳定流动。只要有一项是随时间变化的，则称为不稳定流动。第二十八页，讲稿共九十三页哦4、流体流动的类型层流的特点：1）流体质点作一层滑过一层 的位移；2）流体的流速沿断面按抛物线 分布；3）管中的平均流速为最大流速 的1/2。第二十九页，讲稿共九十三页哦湍流的特点：1）流体质点有剧烈的湍动；2）流体的流速沿断面按塞形 分布；3）管中的平均流速为最大流速 的0.8.第三十页，讲稿共九十三页哦第三十一页，讲稿共九十三页哦5、雷诺数第三十二页，讲稿共九十三页哦圆直管中，层流湍流第三十三页，讲稿共九十三页哦管径的计算1）长方形管：2）对圆环形管：3）对于圆形管：第三十四页，讲稿共九十三页哦6、流体稳定流动时的连续性方程、流体稳定流动时的连续性方程 （物料衡算）（物料衡算）液体：则第三十五页，讲稿共九十三页哦2.5 流体流动过程中的能量衡算流体流动过程中的能量衡算1、流体流动时的能量形式、流体流动时的能量形式位能：流体因距所选的基准面有一定距离，由于位能：流体因距所选的基准面有一定距离，由于 重力的作用而具有的能量重力的作用而具有的能量mgZ动能：流体因流动而具有的能量动能：流体因流动而具有的能量 第三十六页，讲稿共九十三页哦静压能：静压能：克服静压能所做的功克服静压能所做的功第三十七页，讲稿共九十三页哦、理想流体流动过程中的能量衡算、理想流体流动过程中的能量衡算对对1-1截面截面对对2-2截面截面第三十八页，讲稿共九十三页哦两边同除两边同除mg 得：得：理想流体的伯努力方程理想流体的伯努力方程第三十九页，讲稿共九十三页哦、伯努力方程的意义和适用范围、伯努力方程的意义和适用范围意义：意义：1）理想流体在导管中作稳定流动时，导管任一截面）理想流体在导管中作稳定流动时，导管任一截面 的总能量或总压头为一常数；的总能量或总压头为一常数；2）机械能中各项可相互转化。）机械能中各项可相互转化。第四十页，讲稿共九十三页哦对实际流体，对实际流体，适用于液体、压力变化比较小的气体适用于液体、压力变化比较小的气体第四十一页，讲稿共九十三页哦4、伯努力方程应用举例、伯努力方程应用举例例例2 高位水槽水面距出高位水槽水面距出水管净垂直距离为水管净垂直距离为6.0m,出水管为出水管为 ,管道较长管道较长,流动过程中的压头损失为流动过程中的压头损失为5.7mH2O,试求每小时可试求每小时可输送的水量输送的水量(m3).第四十二页，讲稿共九十三页哦例例3 已知已知R=40mmH2O,如图求空气的流量如图求空气的流量.第四十三页，讲稿共九十三页哦例例4某化工厂用泵将碱液池的液碱输送到至某化工厂用泵将碱液池的液碱输送到至吸收塔顶吸收塔顶,经喷嘴喷出经喷嘴喷出,如图如图.泵的进口管为泵的进口管为 mm的钢管的钢管.碱在进口管中的流速为碱在进口管中的流速为1.5m/s,进口管为进口管为 的钢管的钢管.储液池中碱储液池中碱液深度为液深度为1.5m，池底至塔顶喷嘴上方入口处，池底至塔顶喷嘴上方入口处的垂直距离为的垂直距离为20m,碱液经管系的摩擦阻力损失碱液经管系的摩擦阻力损失为为30J/kg,碱液经喷嘴的压力为碱液经喷嘴的压力为0.3at(表压）表压）,而碱而碱液的密度为液的密度为1100kg/m3,设泵的效率为设泵的效率为65%,试求试求泵所需的功率泵所需的功率.第四十四页，讲稿共九十三页哦图4图5第四十五页，讲稿共九十三页哦例例5 某车间用压缩空气输送某车间用压缩空气输送98%的浓硫酸的浓硫酸.每批压送量为每批压送量为0.5m3.要求要求15min内押送完毕内押送完毕.押送用钢管为押送用钢管为 ,管子出口离酸槽液管子出口离酸槽液面上的垂直距离为面上的垂直距离为16m,输送过程硫酸的温输送过程硫酸的温度为度为293K,损失能量为损失能量为10J/kg.试求开始押送试求开始押送时压缩空气的表压时压缩空气的表压(管路中没有外加功管路中没有外加功).第四十六页，讲稿共九十三页哦例例6、已知循环量为、已知循环量为36m3/h，BA之之间间的阻力的阻力为为hf49J/kg，AB之间的阻力为之间的阻力为hf98.1J/kg,管管径相同求径相同求(1)若若A处的压强为处的压强为0.25MPa时，时，B处的处的压强为多少？（压强为多少？（2）泵对流体所提供的能量。）泵对流体所提供的能量。第四十七页，讲稿共九十三页哦例例7、如图所示、如图所示,20的水在的水在内内径为径为100mm100mm的垂直光滑管中流的垂直光滑管中流动动，当闸阀当闸阀K K关闭时关闭时，A A、B B两两截面截面处压处压力表的力表的读数读数差差为为2kg/cm22kg/cm2，若，若闸阀闸阀K打开时，打开时，A处的压力比截面处的压力比截面B处的压处的压力高力高2.05kg/cm2,求求(1)判断水判断水在管中的流动方向。在管中的流动方向。(2)计算计算A、截面之间的摩擦阻力损失。截面之间的摩擦阻力损失。（3）估算管内水的体积流量。）估算管内水的体积流量。第四十八页，讲稿共九十三页哦注意注意:1）水平基准面的选择；）水平基准面的选择；2）截面的选择；）截面的选择；3）压强的单位两边要统一。）压强的单位两边要统一。第四十九页，讲稿共九十三页哦2.6流体流量的测定流体流量的测定1、孔板流量计、孔板流量计第五十页，讲稿共九十三页哦根据连续性方程根据连续性方程（1）（2）第五十一页，讲稿共九十三页哦（2）代入（）代入（1）且）且则则令令C0孔流系数，孔流系数，A0开孔的面积开孔的面积第五十二页，讲稿共九十三页哦第五十三页，讲稿共九十三页哦第五十四页，讲稿共九十三页哦2、转子流量计、转子流量计转子的净重力转子的净重力流体的上推力流体的上推力平衡时平衡时第五十五页，讲稿共九十三页哦2.7 实际流体流动时的阻力实际流体流动时的阻力1、流体阻力的表现、流体阻力的表现第五十六页，讲稿共九十三页哦2、阻力计算的通式、阻力计算的通式连续稳流时连续稳流时若令若令则则第五十七页，讲稿共九十三页哦该式为阻力通式，也称该式为阻力通式，也称Finning公式公式3、沿程阻力计算、沿程阻力计算f 称为沿程阻力系数，称为沿程阻力系数，8 f称为摩擦系数称为摩擦系数第五十八页，讲稿共九十三页哦1）直管阻力计算）直管阻力计算稳定流动时稳定流动时第五十九页，讲稿共九十三页哦第六十页，讲稿共九十三页哦与通式比较可知层流时与通式比较可知层流时第六十一页，讲稿共九十三页哦2）湍流时阻力系数的计算方法）湍流时阻力系数的计算方法用基本单位表示的物理量称为基本物理量，用基本单位表示的物理量称为基本物理量，它的表达式称为因次式，物理量中的各个它的表达式称为因次式，物理量中的各个指数称为因子。指数称为因子。压强的因次式：压强的因次式：（A）第六十二页，讲稿共九十三页哦（1）（2）（3）从（从（1）、（）、（2）、（）、（3）得）得第六十三页，讲稿共九十三页哦代入（代入（A）式）式（B）（C）B与与C比较得比较得第六十四页，讲稿共九十三页哦第六十五页，讲稿共九十三页哦光滑管：光滑管：1）层流：）层流：2）过渡流：）过渡流：3）湍流区：）湍流区：4）阻力平方区：）阻力平方区：f与雷诺数无关与雷诺数无关第六十六页，讲稿共九十三页哦3）局部阻力计算）局部阻力计算（1）阻力系数法）阻力系数法（2）当量长度法）当量长度法第六十七页，讲稿共九十三页哦例例7如图从水箱接出一管路。若已知如图从水箱接出一管路。若已知d1=150mm,l1=25m,8f1=0.037,d2=125mm,l2=10m,8f2=0.039,闸阀的开度为闸阀的开度为1/2，水箱内的水面维持不变，需，水箱内的水面维持不变，需要输入的水量为要输入的水量为25l/s，求，求(1)直管的摩擦损失直管的摩擦损失,(2)局部阻力损失局部阻力损失,(3)总的压头损失总的压头损失.第六十八页，讲稿共九十三页哦2.8阻力计算的应用阻力计算的应用1、乌氏粘度计的原理、乌氏粘度计的原理设设a-b间的体积为间的体积为V，毛细管管径为，毛细管管径为d，流体，流体完全流过毛细管的时间为完全流过毛细管的时间为t，则流速为，则流速为(1)(2)第六十九页，讲稿共九十三页哦(3)第七十页，讲稿共九十三页哦(4)(4)代入（代入（3）得）得该式为乌氏粘度计的计算公式。该式为乌氏粘度计的计算公式。第七十一页，讲稿共九十三页哦或或第七十二页，讲稿共九十三页哦2、球形颗粒在流体中运动时的阻力、球形颗粒在流体中运动时的阻力在流体绕过颗粒前后的能量守恒定律为：在流体绕过颗粒前后的能量守恒定律为：第七十三页，讲稿共九十三页哦形状阻力系数为形状阻力系数为第七十四页，讲稿共九十三页哦因此液体绕过颗粒前后产生的压差为：因此液体绕过颗粒前后产生的压差为：第七十五页，讲稿共九十三页哦3、形状阻力系数与雷诺数的关系、形状阻力系数与雷诺数的关系流体绕过颗粒时：流体绕过颗粒时：第七十六页，讲稿共九十三页哦第七十七页，讲稿共九十三页哦4、颗粒重力沉降时的受力分析、颗粒重力沉降时的受力分析第七十八页，讲稿共九十三页哦(1)颗粒自由沉降时：颗粒自由沉降时：F1=F2+F3第七十九页，讲稿共九十三页哦(2)(2)代入代入(1)得得:Stokeks公式公式第八十页，讲稿共九十三页哦2.9流体的输送机械流体的输送机械输送液体的机械称为输送液体的机械称为泵泵,输送气体的机械称为输送气体的机械称为鼓风机或压缩机鼓风机或压缩机.按工作原理分类按工作原理分类:(1)利用齿轮、活塞、螺杆挤压流体，如往复泵、往复利用齿轮、活塞、螺杆挤压流体，如往复泵、往复 压缩机、齿轮泵等。压缩机、齿轮泵等。(2)利用高速转动的叶轮给流体动能利用高速转动的叶轮给流体动能,如离心泵、离心如离心泵、离心 压缩机等。压缩机等。(3)其它类型的泵，如喷射泵。其它类型的泵，如喷射泵。第八十一页，讲稿共九十三页哦1、离心泵的构造、离心泵的构造第八十二页，讲稿共九十三页哦叶轮、蜗状壳体叶轮、蜗状壳体工作叶轮、泵轴、工作叶轮、泵轴、排出口、吸入口排出口、吸入口第八十三页，讲稿共九十三页哦2、工作原理、工作原理启动前，泵壳先启动前，泵壳先充满充满液体。液体由于叶轮的液体。液体由于叶轮的旋转获得静压能和动能。当泵中心的液体进入旋转获得静压能和动能。当泵中心的液体进入泵壳内时，由于泵壳内时，由于流道变宽流道变宽，液体的流速下降而，液体的流速下降而使部分动能转化为静压能。于是具有较高静压使部分动能转化为静压能。于是具有较高静压能的液体到达出口并排出。泵中心由于液体被能的液体到达出口并排出。泵中心由于液体被抛出形成一定的真空度，而泵吸入管外储槽液抛出形成一定的真空度，而泵吸入管外储槽液面的压强比中心大，在这种压强差的推动下，面的压强比中心大，在这种压强差的推动下，储槽内的液体源源不断地被吸入泵内。补充被储槽内的液体源源不断地被吸入泵内。补充被排出的液体。排出的液体。第八十四页，讲稿共九十三页哦气缚现象气缚现象3、离心泵的主要性能参数、离心泵的主要性能参数1）扬程：由泵的结构、转速、流量决定。）扬程：由泵的结构、转速、流量决定。2）流量：单位时间内泵所输送的流体的体）流量：单位时间内泵所输送的流体的体 积量。积量。3）功率：）功率：单位：单位：kw4）效率：）效率：第八十五页，讲稿共九十三页哦泵的能量损耗原因：泵的能量损耗原因：1）出口处的静压强大，会倒流回泵内循环；）出口处的静压强大，会倒流回泵内循环；2）叶轮本身的摩擦损耗，消耗一部分能量。）叶轮本身的摩擦损耗，消耗一部分能量。第八十六页，讲稿共九十三页哦4、离心泵的特性曲线、离心泵的特性曲线H、Q、Ne、以及以及转转速（速（n）之）之间间的关系的关系在坐在坐标轴标轴上表示出来的曲上表示出来的曲线线。第八十七页，讲稿共九十三页哦开泵时应注意:1、进口处充满水；2、关闭出口阀。第八十八页，讲稿共九十三页哦H、Q、Ne与转速（与转速（n）的关系）的关系5、离心泵的吸入高度和气蚀余量、离心泵的吸入高度和气蚀余量用泵吸水有一定限制用泵吸水有一定限制第八十九页，讲稿共九十三页哦H1为压出高度为压出高度;H2为吸入高度为吸入高度(最高为最高为10mH2O);H为液体的升扬高度为液体的升扬高度(扬程）扬程）.第九十页，讲稿共九十三页哦H2为泵入口处的真空高度，为泵入口处的真空高度，它与几何高度有关系。它与几何高度有关系。第九十一页，讲稿共九十三页哦公式中的公式中的P2为泵入口处的压强，当为泵入口处的压强，当P2 当当时时温度下液体的温度下液体的饱饱和蒸汽和蒸汽压时压时，液体将，液体将产产生生大量气泡。大量气泡。进进入叶入叶轮压轮压强强较较高的区域后，即高的区域后，即被被压缩压缩、破裂，并突然凝、破裂，并突然凝结结，周，周围围的液体便的液体便会以极大的速度冲向气泡原来的空会以极大的速度冲向气泡原来的空间间，因而，因而产产生很大的冲生很大的冲击击力，加速叶力，加速叶轮轮的的损损坏，降低坏，降低泵泵的的扬扬程和效率，程和效率，这这种种现现象称象称为为“气气蚀现蚀现象象”。气蚀现象：气蚀现象：第九十二页，讲稿共九十三页哦需要的气蚀余量：需要的气蚀余量：第九十三页，讲稿共九十三页哦