1.2流体动力学.ppt

2、液面的测定、液面的测定 （1）液位计的原理遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的一种应用。液柱压差计测量液位的方法：由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。当R0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。（2 2）远距离液位测量装置）远距离液位测量装置 管道中充满氮气，其密度较小，近似认为 而所以 AB 压差计读数压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度的大小，反映出贮罐内液面的高度。压缩氮气自管口经调节阀通入，调节气体的流量使气流速度极小极小，只要在鼓泡观察室内看出有气泡缓慢逸出即可。3、液封高度的计算、液封高度的计算 液封的作用：若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用就是：当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为安全性液封安全性液封。若设备内为负压操作，其作用是：液封需有一定的液位，其高度的确定：防止外界空气进入设备内返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件第二节第二节 管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式 1.体积流量体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。VSm3/s或m3/h2.2.质量流量质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。mSkg/s或kg/h。二者关系：（一）、流量（一）、流量一、一、流体的流量与流速流体的流量与流速返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（二）、流速（二）、流速2.2.质量流速质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。1.1.流速流速（平均平均流速）流速）2.单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。kg/（m2s）流量与流速的关系：m/s返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件对于圆形管道：流量VS一般由生产任务决定。流速选择：3.管径的估算管径的估算 d 设备费用 流动阻力 动力消耗 操作费均衡考虑uu适宜适宜费费用用总费用总费用设备费设备费操作费操作费返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件常用流体适宜流速范围：常用流体适宜流速范围：水及一般液体 13 m/s粘度较大的液体 0.51 m/s低压气体 815 m/s压力较高的气体 1525 m/s 返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件 二、二、稳定流动与不稳定流动稳定流动与不稳定流动稳稳定定流流动动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化；不不稳稳定定流流动动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件三、三、稳定流动系统的质量守恒稳定流动系统的质量守恒连续性方程连续性方程 对于稳定流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：推广至任意截面 连续性方程连续性方程11 2 2返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件不可压缩性流体，圆形管道：即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件四、四、稳定流动系统的能量守恒稳定流动系统的能量守恒伯努利方程伯努利方程 一、总能量衡算一、总能量衡算返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（1）内能 贮存于物质内部的能量。1kg流体具有的内能为U（J/kg）。衡算范围：1-1、2-2截面以及管内壁所围成 的空间衡算基准：1kg流体基准面：0-0水平面（2）位能 流体受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流体所具有的位能为zg（J/kg）。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（3）动能 1kg的流体所具有的动能为 (J/kg)（4）静压能 静压能=1kg的流体所具有的静压能为(J/kg)（5）热 设换热器向1kg流体提供的热量为 (J/kg)。lAV返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（6）外功(有效功)1kg流体从流体输送机械所获得的能量为We(J/kg)。以上能量形式可分为两类：机械能：位能、动能、静压能及外功，可用于输 送流体；内能与热：不能直接转变为输送流体的能量。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件2实际流体的机械能衡算实际流体的机械能衡算 假设 流体不可压缩，则 流动系统无热交换，则 流体温度不变，则(1)以单位质量流体为基准 设1kg流体损失的能量为Wf（J/kg），有：(1)式中各项单位为J/kg。并且实际流体流动时有能量损失。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（2）以单位重量流体为基准 将(1)式各项同除重力加速度g:令 则（2）式中各项单位为返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件z 位压头动压头He外加压头或有效压头。静压头总压头hf压头损失返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（3）以单位体积流体为基准 将(1)式各项同乘以 :式中各项单位为（3）压力损失返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件3理想流体的机械能衡算理想流体的机械能衡算 理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。（4）（5）伯努利方程式伯努利方程式 返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件4.4.伯努利方程的讨论伯努利方程的讨论（1）若流体处于静止，u=0，Wf=0，We=0，则伯努利方程变为 说明伯努利方程即表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律。（2）理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，即返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件Hz2210返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件 We、Wf 在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量。（3）zg、某截面上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能；有效功率：轴功率：返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（4）伯努利方程式适用于不可压缩性流体。对于可压缩性流体，当 时，仍可用该方程计算，但式中的密度应以两截面的平均密度m代替。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件4伯努利方程的应用伯努利方程的应用 管内流体的流量；输送设备的功率；管路中流体的压力；容器间的相对位置等。利用伯努利方程与连续性方程，可以确定：返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（1）根据题意画出流动系统的示意图，标明流体的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围；（2）位能基准面的选取 必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准面应选过管中心线的水平面。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（4）各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。（3）截面的选取 与流体的流动方向相垂直；两截面间流体应是稳定连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件（5）大口截面的流速为零。（6）上游截面与下游截面的确定。伯努利方程更确切的表达式为：上游截面的三项能量+从输送机械获得的能=下游截面的三项能量+管道中的摩擦损失能量（7）水平管截面确定基准面时，一般是取通过管中心的水平面为基准面。返回广州大学化工原理电子课件广州大学化工原理电子课件总结：总结：管路系统的总阻力损失为管路系统的总阻力损失为管出口弯管阀门管入口机械能衡算方程：机械能衡算方程：2-2面取在出口内侧时，hf中应不包括出口阻力损失，但 2-2面取在出口外侧时，hf中应包括出口阻力损失，其大小为 ，但2-2面的动能为零。22u222u2