【精品】化工原理精品ppt课件.ppt

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1、化工原理学习要求学习要求 1、本章学习目的本章学习目的 通通过过本本章章学学习习，重重点点掌掌握握流流体体流流动动的的基基本本原原理理、管管内内流流动动的的规规律律，并并运运用用这这些些原原理理和和规规律律去去分分析析和和解解决流体流动过程的有关问题，诸如：决流体流动过程的有关问题，诸如：（1 1）流流体体输输送送：流流速速的的选选择择、管管径径的的计计算算、流流体体输送机械选型。输送机械选型。（2 2）流流动动参参数数的的测测量量 ：如如压压强强、流流速速、流流量量的的测量等。测量等。（3 3）建建立立最最佳佳条条件件：选选择择适适宜宜的的流流体体流流动动参参数数，以建立传热、传质及化学反应

2、的最佳条件。以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。2023/2/22 2、本章应掌握的内容、本章应掌握的内容 （1 1 1 1）流体静力学基本方程式的应用；）流体静力学基本方程式的应用；）流体静力学基本方程式的应用；）流体静力学基本方程式的应用；（2 2 2 2）连连连连续续续续性性性性方方方方程程程程、柏柏柏柏努努努努利利利利方方方方程程程程的的的的物物物物理理理理意意意意义义义义、适用条件、解题要点；适用条件、解题要点；适用条件、解题要点；适用条件、解题要点；（3 3 3 3）流动阻力的计算；）流动阻力的计算；）流动阻力的计算；）流动阻力的计算；（4 4）管路计算。）管路计算。2023/2

3、/23第二章第二章 流体的流动（流体的流动（Fluid Flow）221 1 概述概述 一、一、流体的概念流体的概念 1 1、流体：流体：液体和气体称统为流体。液体和气体称统为流体。1main1main 2 2、流体的特征流体的特征：（1 1）具有流动性具有流动性，即抗剪和抗张的能力很小；，即抗剪和抗张的能力很小；（2 2）无固定的形状无固定的形状，随容器的形状而变化；，随容器的形状而变化；（3 3）在外力作用下其内部发生相对运动在外力作用下其内部发生相对运动。swf0011-03.swf 2023/2/24二、本章解决的问题二、本章解决的问题 1 1、流体的输送流体的输送:输送管道管径的合理

4、选择，管输送管道管径的合理选择，管路的布置路的布置以及以及输送设备的型式及功率的确定输送设备的型式及功率的确定。2、流动参数的测量流动参数的测量：化工生产中，需要随时化工生产中，需要随时对管路或设备中物料的压强、流量、流速等多种参对管路或设备中物料的压强、流量、流速等多种参数进行测量。而数进行测量。而所用的测量仪表多是根据流体静止所用的测量仪表多是根据流体静止或流动的规律设计的。或流动的规律设计的。2023/2/25222 2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 流体在重力与压力的作用下达到相对平衡流体在重力与压力的作用下达到相对平衡的状态，即为静止状态。的状态，即为静止状态。流体静力学

5、就是研究流体静力学就是研究流体处于静止状态的规律。流体处于静止状态的规律。222 21 1 流体的密度流体的密度 一、密度一、密度 1 1、密度概念：、密度概念：单位体积流体所具有的质单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度。量，称为流体的密度。m/Vm/V 2023/2/28 流体的密度，流体的密度，kg/mkg/m3 3;m m 流体的质量，流体的质量，kg;kg;V V 流体的体积，流体的体积，m m3 3；流体的密度是流体的物理性质之一，可查物性数流体的密度是流体的物理性质之一，可查物性数据表。（据表。（P330P330，P331P331可查空气及水的密度。）可查空气及水的密度。）2

6、2、影响密度的因素：、影响密度的因素：物性、温度、压力物性、温度、压力 （1 1）可压缩性流体与不可压缩性流体）可压缩性流体与不可压缩性流体 a a、可压缩性流体：可压缩性流体：指密度随温度与压强的变化指密度随温度与压强的变化而变化的流体；而变化的流体；b b、不可压缩性流体：不可压缩性流体：指密度只随温度变不随压指密度只随温度变不随压强变的流体。强变的流体。2023/2/29 （2 2）液体的密度）液体的密度 液体的密度液体的密度一般认为不随压强的变化而变化（极一般认为不随压强的变化而变化（极高压力下除外），高压力下除外），只随温度而变化只随温度而变化，因此，因此是不可压缩是不可压缩性流体性

7、流体。如：当温度不变时，压强增加一个大气压，。如：当温度不变时，压强增加一个大气压，水的密度只增加水的密度只增加0.50.5。液体的密度随温度的升高而降低液体的密度随温度的升高而降低。因为温度升高，。因为温度升高，液体体积增大，分子间距离增大，所以密度减小。所液体体积增大，分子间距离增大，所以密度减小。所以在查液体的密度时只要注意它的温度即可。以在查液体的密度时只要注意它的温度即可。如：要查如：要查1313下水的密度，而附录物性数据表中下水的密度，而附录物性数据表中只有只有1010及及2020下的密度值（常压下）：下的密度值（常压下）：2023/2/210 1313=999.7-0.15(13

8、-10)=999.25kg/m=999.7-0.15(13-10)=999.25kg/m3 3 或：或：1313=998.2+0.15(20-13)=999.25kg/m=998.2+0.15(20-13)=999.25kg/m3 310:1 999.7kg/m320：2 998.2kg/m313时的密度时的密度 13可以用以下方法求得：可以用以下方法求得：温度每变化温度每变化1 1，密度的变化值为：，密度的变化值为：2023/2/211（3）气体的密度气体的密度气体的密度既随温度变又随压强变气体的密度既随温度变又随压强变。如：气体由。如：气体由1atm1atm等温压缩至等温压缩至1.1atm

9、1.1atm时，其密度也增加为原来的时，其密度也增加为原来的1.11.1倍。所以一般倍。所以一般将气体视为可压缩性流体将气体视为可压缩性流体。因此气。因此气体的密度必须标明其状态。体的密度必须标明其状态。当当压力不太高，温度不太低的情况下，气体一般压力不太高，温度不太低的情况下，气体一般可近似的按理想气体处理，理想气体的密度计算：可近似的按理想气体处理，理想气体的密度计算：P气体的气体的绝对压强绝对压强，kPa；T 气体的绝对温度，气体的绝对温度，K;M 气体的摩尔质量，气体的摩尔质量，kg/kmol;R 气体状态常数，气体状态常数，R8.314kJ/kmol.K2023/2/212二、比容二

10、、比容比容是指单位质量流体所具有的体积比容是指单位质量流体所具有的体积，多用于气，多用于气体。用体。用v表示：表示：vV/mm3/kg比容是密度的倒数。比容是密度的倒数。2023/2/213222 22 2 流体的压强流体的压强一、压强概念一、压强概念 流体垂直作用于单位面积上的压力称为流体流体垂直作用于单位面积上的压力称为流体的静压强的静压强，简称压强。在工程上，简称压强。在工程上,习惯上称压强为习惯上称压强为压力。用压力。用p p表示。表示。p pF/AF/A N/m N/m2 2,Pa,Pa p p流体的静压强，流体的静压强，Pa;Pa;F F流体垂直作用于表面上的压力，流体垂直作用于表

11、面上的压力，N;N;A A作用面的面积作用面的面积,m,m2 2。2023/2/214二、压强的单位二、压强的单位 1 1、SISI：N/mN/m2 2Pa,Pa,或用或用 kPakPa 2 2、工程单位制：工程单位制：kgf/mkgf/m2 2,习惯上用习惯上用kgf/cmkgf/cm2 2,称为工称为工程大气压或工业大气压，用程大气压或工业大气压，用atat表示。表示。3 3、CGSCGS制：物理大气压，用制：物理大气压，用atmatm表示表示。4 4、以流体柱高表示：常用的有：、以流体柱高表示：常用的有：mHmH2 2O O，mmHgmmHg等。等。2023/2/215 换算关系：换算关

12、系：1atm=1.0133101atm=1.0133105 5Pa=101.33kPa=760mmHg Pa=101.33kPa=760mmHg =10.33mH =10.33mH2 2O=10330 kgf/mO=10330 kgf/m2 2 =1.033kgf/cm =1.033kgf/cm2 2=1.033at=1.033at1at=1 kgf/cm1at=1 kgf/cm2 2=9.8110=9.81104 4PaPa =98.1kPa=735.6mmHg=10mH =98.1kPa=735.6mmHg=10mH2 2O O 2023/2/216三、压强的基准三、压强的基准 1 1、绝

13、对压强绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强，这是流体的称为绝对压强，这是流体的真实真实压强。压强。2 2、表压强表压强：当被测流体的绝对压强大于外界大当被测流体的绝对压强大于外界大气压时气压时，所用的测压仪表称为，所用的测压仪表称为压强表压强表（压力表）。（压力表）。压强表上所测得的压强称为表压强。压强表上所测得的压强称为表压强。表压强并非被测流体压强的实际值，而是被测表压强并非被测流体压强的实际值，而是被测流体的绝对（实际）压强比外界大气压高出的值，流体的绝对（实际）压强比外界大气压高出的值，即：即：表压强绝对压强外界大气压表压强绝对压强外界大气压20

14、23/2/2172023/2/2183、真空度真空度：当被测流体的绝对压强低于外界大气压当被测流体的绝对压强低于外界大气压时，时，所用的测压仪表称为所用的测压仪表称为真空表真空表，真空表上的读数称真空表上的读数称为真空度。为真空度。真空度表示被测流体的绝对压强低于外界大气压真空度表示被测流体的绝对压强低于外界大气压的数值。的数值。即：即：真空度外界大气压绝对压强真空度外界大气压绝对压强显然，显然，流体的绝对压强越低，则其真空度就越高，流体的绝对压强越低，则其真空度就越高，真空度是表压强的负值真空度是表压强的负值。2023/2/219压强的基准：压强的基准：2023/2/220注意：注意：外界大

15、气压随大气的温度，湿度和所在外界大气压随大气的温度，湿度和所在地区的海拔高度而变，为了避免绝对压强、表压强地区的海拔高度而变，为了避免绝对压强、表压强及真空度相互混淆，在以后的讨论中，及真空度相互混淆，在以后的讨论中，对表压强及对表压强及真空度均加以标注，真空度均加以标注，如：如：200kPa200kPa（表），（表），50kPa50kPa（真）（真）等，还要注明当时当地的外界大气压，若没有注明等，还要注明当时当地的外界大气压，若没有注明则表示为则表示为1atm1atm。2023/2/221 例例2-12-1在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为读数

16、为8080kPa，在天津操作时，真空表读数应为多，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知兰州地区的平均大气压少？已知兰州地区的平均大气压85.385.3kPa，天津地，天津地区为区为101.33101.33kPa。解：为维持操作的正常进行，应解：为维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压保持相同的绝对压强强，根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝，根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压强。对压强。绝压绝压=大气压大气压 -真空度真空度 =85300=85300 80000=5300Pa 80000=5300Pa 真空度真空度=大气压大气压-绝压绝压 =101330-5300=96030P

17、a=101330-5300=96030Pa2023/2/222222 23 3 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 流体在重力与压力的作用下，达到平衡，便流体在重力与压力的作用下，达到平衡，便成静止状态，如果这个平衡被打破，流体便产生流成静止状态，如果这个平衡被打破，流体便产生流动。动。由于重力就是地心引力，可以看作是不变的，由于重力就是地心引力，可以看作是不变的，起变化的是压力，所以起变化的是压力，所以这里讨论的实质上是静止流这里讨论的实质上是静止流体内部压强的变化规律体内部压强的变化规律。描述这一规律的数学表达。描述这一规律的数学表达式，就称为式，就称为流体静力学基本方程式流体静力学

18、基本方程式。2023/2/223一、相对静止状态流体受力情况一、相对静止状态流体受力情况 容器中盛有静止液体，其密度为容器中盛有静止液体，其密度为 ，从该液，从该液体内部任取一垂直的体内部任取一垂直的微元液柱微元液柱作为研究对象。以作为研究对象。以容器底为基准水平面，液柱上下底面与器底的垂容器底为基准水平面，液柱上下底面与器底的垂直距离分别为直距离分别为Z Z1 1、Z Z2 2，作用于两上下底面的静压，作用于两上下底面的静压强分别为强分别为p p1 1、p p2 2:2023/2/224对于微元对于微元垂直液柱（垂直液柱（如左如左图图)其其受力情况受力情况上表面作用力：上表面作用力：F1=p

19、1 A下表面作用力：下表面作用力：F2=p2 A重力：重力：G=g A(Z1-Z2)2023/2/226 F1+G=F2 p1 A+g A(Z1-Z2)=p2 A p2=p1+g(Z1-Z2)F1 p1 A F2 p2 AG g A(Z1-Z2)二、二、流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式2023/2/227（一）以力的形式表示的表达式（一）以力的形式表示的表达式 p p2 2p p1 1 g(Zg(Z1 1Z Z2 2)若该液体上底面取在液体的自由液面（与大气若该液体上底面取在液体的自由液面（与大气接触的表面），则接触的表面），则p p1 1为作用于液面上的外压为作用于液面上的外压p p

20、0 0，下底，下底面取在离自由液面面取在离自由液面h h处，则：处，则：Z Z1 1Z Z2 2h h，p p2 2改用改用p p(见下图）见下图）上式变为：上式变为：p=pp=p0 0+ghgh 上两式都是上两式都是静力学基本方程式力的形式表达式静力学基本方程式力的形式表达式。物理意义物理意义：说明了在重力场中，流体在重力与说明了在重力场中，流体在重力与压力作用下的平衡规律，即静止流体内部压强的变压力作用下的平衡规律，即静止流体内部压强的变化规律。化规律。2023/2/228p1=p0p2ph=Z1-Z22023/2/229gz=m/s2.m=m2/s2=J/kg由上式可知，在静止流体中，不

21、同位置上流体具由上式可知，在静止流体中，不同位置上流体具有的静压能与位能的值不同，但是两项之和恒为常数，有的静压能与位能的值不同，但是两项之和恒为常数，这说明这说明静止流体中能量守恒且可以相互转换。静止流体中能量守恒且可以相互转换。（二）以能量的形式表示的表达式（二）以能量的形式表示的表达式将第一种表达式：将第一种表达式：p p2 2p p1 1 g(Zg(Z1 1Z Z2 2)变一下形：变一下形：2023/2/230三、讨论三、讨论1 1、静力学基本方程式的、静力学基本方程式的应用条件：重力场中，静应用条件：重力场中，静止的止的连续连续的同一种流体；的同一种流体；2 2、由式、由式 p=pp

22、=p0 0+ghgh知道，当知道，当p p0 0一定时，静止流体一定时，静止流体内部任一点的压强的大小与该点距液面的深度内部任一点的压强的大小与该点距液面的深度h h及液体及液体本身的密度有关，而与该点所在水平位置及容器的形状本身的密度有关，而与该点所在水平位置及容器的形状无关。无关。所以，所以，在静止的连续的同一液体内部，处于同一水在静止的连续的同一液体内部，处于同一水平面上各点的压强都相等，平面上各点的压强都相等，这样的点称为等压点，这些这样的点称为等压点，这些点构成点构成的水平面称等压面的水平面称等压面，这也是连通器的基本原理。这也是连通器的基本原理。2023/2/231上式说明，上式说

23、明，压强差的大小可以用一定高度的液体压强差的大小可以用一定高度的液体柱来表示，柱来表示，这就是压强的单位可以用这就是压强的单位可以用mmHgmmHg，mHmH2 2O O来表来表示的依据。但是示的依据。但是必须注明是何种液体必须注明是何种液体，否则就失去了，否则就失去了意义。意义。4 4、静力学基本方程式是用液体为例推导出来的，、静力学基本方程式是用液体为例推导出来的，液体的密度液体的密度 常数。气体的密度随压强而变化，但常数。气体的密度随压强而变化，但在化工容器里，气体的密度变化不大，可以认为是常在化工容器里，气体的密度变化不大，可以认为是常数，所以也同样适用于气体，故称为数，所以也同样适用

24、于气体，故称为流体流体静力学基本静力学基本方程式。方程式。3、将式、将式p=pp=p0 0+ghgh变一下形，为：变一下形，为：2023/2/232 例例2-22-2(1)1)判断下面各式是否成立判断下面各式是否成立 pA=pA pB=pB pC=pC （2）细管液面高度细管液面高度。已知：已知：1=800kg/m3 2=1000kg/m3 H1=0.7m H2=0.6m 2023/2/233 pA=pA pB=pB解：（解：（1）判断两点压强是否相等，关键是等压点的判断两点压强是否相等，关键是等压点的条件是否满足（静止，连续，同一流体，同一水平条件是否满足（静止，连续，同一流体，同一水平面）

25、。面）。等式成立。等式成立。因因A及及A两两点与点与B及及B在静止的连在静止的连通着的同一种流体内，通着的同一种流体内，并在同一水平面上。并在同一水平面上。pC=pC 的关系的关系不能成立不能成立。因。因C及及C两点虽在静止流体两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面截面CC不是等压面。不是等压面。2023/2/234故：故：2gh+p0=1gH1+2gH2+p0（2）计算）计算玻璃管内水的高度玻璃管内水的高度h静力学方程应用静力学方程应用 思路：根据等压点，分别列出某点压强的计算公式，思路：根据等压点，分别列出某点压强的计算

26、公式，然后联立求解。然后联立求解。pB=pB pB=1 gH1+2 gH2+p0 pB 2 g h+p02023/2/2352 22 24 4 流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用 一、压强与压差的测量一、压强与压差的测量 化工生产中，压强是一个重要的控制条件，化工生产中，压强是一个重要的控制条件，测量压强的仪表很多。测量压强的仪表很多。下面介绍的是以流体静力学基本方程式为依下面介绍的是以流体静力学基本方程式为依据所设计的测压仪表，称为据所设计的测压仪表，称为液柱压差计液柱压差计，可用来，可用来测量流体的压强或压差。测量流体的压强或压差。2023/2/236 1 1、U U型管

27、压差计型管压差计 U U型管压差计如下图所示，它是一根型管压差计如下图所示，它是一根U U型的玻璃管，型的玻璃管，内装有密度为内装有密度为 0 0的液体，称为的液体，称为指示液指示液，指示液与被测指示液与被测流体（密度为流体（密度为）不互溶，不发生化学反应，且）不互溶，不发生化学反应，且 0 0。当测量管道中截面当测量管道中截面1 11 1与与2 22 2处流体的压强差时，处流体的压强差时，可将可将U U型管的两端分别与截面型管的两端分别与截面1 11 1 及及2 22 2相连。相连。由于由于两截面处的压强两截面处的压强p p1 1与与p p2 2不相等，不相等，所以当所以当达到达到稳定时，在

28、稳定时，在U U型管两侧指示液的液面便出现高度差型管两侧指示液的液面便出现高度差R R，称为压差计读数，其值大小反映的就是称为压差计读数，其值大小反映的就是1 11 1与与2 22 2两两截面间压强差（截面间压强差（p p1 1-p-p2 2）的大小。）的大小。2023/2/237U型管压差计型管压差计若管路不是水平安若管路不是水平安装，则两截面间有装，则两截面间有一个高度差，公式一个高度差，公式见见P20式（式（116）p1p22023/2/238 A-AA-A为等压面，则流体在为等压面，则流体在A-AA-A处的压强相等：处的压强相等：p pA A=p=pA A p pA A=p p1 1

29、+g(z+R)g(z+R);p pA A=p=p2 2+gz+gz+0 0gRgR p p1 1 +g(z+R)=g(z+R)=p p2 2+gz+gz+0 0gRgR p1p2=gR(0 0)U U型管压差计不但可以用来测量流体的压强差，型管压差计不但可以用来测量流体的压强差，而且还可以测量流体在管道任一截面处的压强而且还可以测量流体在管道任一截面处的压强。如果被测流体为如果被测流体为气体：气体：p1 p2 0 gR P21 P21 例例1 14 4 自学自学2023/2/2392 2、微差压差计、微差压差计 为将读数为将读数R R放大，除了在选用指示液时，尽可能放大，除了在选用指示液时，尽

30、可能的使其密度的使其密度 0 0与被测流体的密度与被测流体的密度 相接近外，还可以相接近外，还可以采用下图所示的微差压差计。采用下图所示的微差压差计。2023/2/240 微差压差计是对微差压差计是对U U型管压差计的改进。在型管压差计的改进。在U U型管压型管压差计的两侧臂上增设两个小室。差计的两侧臂上增设两个小室。小室内装入小室内装入A A、C C两种密度稍有不同且不互溶的指两种密度稍有不同且不互溶的指示液，示液，指示液指示液C C与被测流体（密度为与被测流体（密度为）不互溶，不发）不互溶，不发生化学反应，且生化学反应，且 A A C C 。小室（直径为小室（直径为D D）的横截面积要比）

31、的横截面积要比U U型管（型管（直径为直径为d d）的的截面积大的多（即：截面积大的多（即：D Dd d），这样），这样即使下方即使下方指示液指示液A A的高度差的高度差R R很大，两小室内指示液很大，两小室内指示液C C的液面也的液面也变化很小，可以认为基本上维持等高。变化很小，可以认为基本上维持等高。2023/2/241微微差差压压差差计计 Ch1h1h2 AAAp1p22023/2/242如图：如图：AA为等压面，为等压面，即即pA=pApA=p1+gh2+Cg(h1+R)，pA=p2+gh2+Cgh1+AgRp1p2（A C)gR只要选择两种密度差很小的适用的指示液，便可只要选择两种密

32、度差很小的适用的指示液，便可将读数将读数R放大到放大到U型管压差计的几倍或十几倍。型管压差计的几倍或十几倍。注意：注意：上式中上式中（A C)是两种指示液的密度差，是两种指示液的密度差，与被测流体的密度无关；与被测流体的密度无关；而而U型管压差计中的型管压差计中的(0 0-)是指示液与是指示液与被测流体的密度差，两者有本质的不同被测流体的密度差，两者有本质的不同。2023/2/243 当当被被测测量量的的流流体体压压强强或或压压差差不不大大时时，读读数数R R必必然然很很小小，为为得得到到精精确确的的读读数数，还还可可采采用用如如图图所所示示的的斜斜管管压差计。压差计。R与与R的关系为的关系为

33、:R RR/sinR/sin 式中式中为倾斜角，其值愈小，则为倾斜角，其值愈小，则R值放大为值放大为R的倍数愈大。的倍数愈大。3、斜管压差计、斜管压差计2023/2/244二、液位的测量（二、液位的测量（液位计）液位计）化工生产中为了了解容器里物料的贮存量，需要化工生产中为了了解容器里物料的贮存量，需要使用液位计进行液位的测量。使用液位计进行液位的测量。液位计的形式很多，下面介绍一种根据静止液体液位计的形式很多，下面介绍一种根据静止液体内部压强变化规律设计的液位计。内部压强变化规律设计的液位计。这种液位计是在容器的底部及顶部器壁上各开一这种液位计是在容器的底部及顶部器壁上各开一个小孔，两小孔间

34、用玻璃管相连，如下图所示：个小孔，两小孔间用玻璃管相连，如下图所示：2023/2/245液位计液位计2023/2/246 由于玻璃管和容器相通，由于玻璃管和容器相通，A A、B B两点是在静止的两点是在静止的同一流体内，并且在同一水平面上，故同一流体内，并且在同一水平面上，故A A点和点和B B点的点的压强相等，即：压强相等，即：pA=pB由流体静力学基本方程得：由流体静力学基本方程得：pA=p1+gh1pB=p2+gh2p1+gh1=p2+gh2因玻璃管上部与容器相通：因玻璃管上部与容器相通：p1=p2h1=h2即即玻璃管内的液位与容器内液位等高玻璃管内的液位与容器内液位等高。2023/2/

35、247三、三、液封液封液封，也称水封，是一种利用液体的静压强来封液封，也称水封，是一种利用液体的静压强来封闭气体的装置闭气体的装置。液封在生产中应用很广，如液封在生产中应用很广，如在压力设备上防止超在压力设备上防止超压起泄压作用，压起泄压作用，在真空冷凝器下面防止外界空气漏入在真空冷凝器下面防止外界空气漏入起密封作用（后面的例起密封作用（后面的例2-3）等等。各种液封的作用不。各种液封的作用不同，但设计原理是相同的，都是根据液体静力学原理同，但设计原理是相同的，都是根据液体静力学原理来确定所需的液封高度。来确定所需的液封高度。下图是乙炔发生器外的安全水封装置，当器内压下图是乙炔发生器外的安全水

36、封装置，当器内压强超过规定值时，气体便由管强超过规定值时，气体便由管2 2通过水封排出，达到通过水封排出，达到泄压目的。泄压目的。2023/2/248P0乙炔发生器水封乙炔发生器水封1、乙炔发生器；、乙炔发生器；2-水封管；水封管；3、水封糟、水封糟2023/2/249如已知乙炔发生器内最大压强为如已知乙炔发生器内最大压强为p根据式根据式p=p0+gh即水封高度为：即水封高度为：但但为了安全起见，为了安全起见，h应略小于应略小于2023/2/250 例例2-32-3已知抽真空装置的真空表读数为已知抽真空装置的真空表读数为80kPa，求气压管中水上升的高度，求气压管中水上升的高度R R。解：解：

37、p0=p+g Rp为装置内的绝对压强为装置内的绝对压强p=p0-真空度真空度2023/2/251 小小 结结 1、密度具有点特性，液体的密度基本上不随压密度具有点特性，液体的密度基本上不随压密度具有点特性，液体的密度基本上不随压密度具有点特性，液体的密度基本上不随压强而变化，随温度有改变；气体的密度随温度和压强而变化，随温度有改变；气体的密度随温度和压强而变化，随温度有改变；气体的密度随温度和压强而变化，随温度有改变；气体的密度随温度和压强而变。强而变。强而变。强而变。2 2 2 2、与位能基准一样，静压强也有基准。工程上、与位能基准一样，静压强也有基准。工程上、与位能基准一样，静压强也有基准

38、。工程上、与位能基准一样，静压强也有基准。工程上常用绝对压强和表压（真空度）两种基准。在计算常用绝对压强和表压（真空度）两种基准。在计算常用绝对压强和表压（真空度）两种基准。在计算常用绝对压强和表压（真空度）两种基准。在计算中，应注意用统一的压强基准。注意压强的中，应注意用统一的压强基准。注意压强的中，应注意用统一的压强基准。注意压强的中，应注意用统一的压强基准。注意压强的单位和单位和单位换算。单位换算。3 3 3 3、压强具有点特性。流体静力学就是研究重力、压强具有点特性。流体静力学就是研究重力、压强具有点特性。流体静力学就是研究重力、压强具有点特性。流体静力学就是研究重力场中，静止流体内部

39、静压强的分布规律。场中，静止流体内部静压强的分布规律。场中，静止流体内部静压强的分布规律。场中，静止流体内部静压强的分布规律。2023/2/252 4 4 4 4、对流体柱运用受力平衡原理，可以得到流体、对流体柱运用受力平衡原理，可以得到流体、对流体柱运用受力平衡原理，可以得到流体、对流体柱运用受力平衡原理，可以得到流体静力学方程。流体静力学方程表明静止流体内静力学方程。流体静力学方程表明静止流体内静力学方程。流体静力学方程表明静止流体内静力学方程。流体静力学方程表明静止流体内部的压强变化规律或机械能守恒原理。部的压强变化规律或机械能守恒原理。部的压强变化规律或机械能守恒原理。部的压强变化规律

40、或机械能守恒原理。5 5 5 5、U U U U形管压差计或微差压差计的设计依据是流体形管压差计或微差压差计的设计依据是流体形管压差计或微差压差计的设计依据是流体形管压差计或微差压差计的设计依据是流体静力学原理。静力学原理。静力学原理。静力学原理。应用静力学的要点是正确选择等应用静力学的要点是正确选择等应用静力学的要点是正确选择等应用静力学的要点是正确选择等压面，注意压面，注意压面，注意压面，注意等压面四要素等压面四要素。静力学基本方程式静力学基本方程式应用的解题步骤是选等压面、列方程、联立求应用的解题步骤是选等压面、列方程、联立求解。解。2023/2/2532-3 2-3 流体流动的基本方程

41、流体流动的基本方程 (Basic equations of fluid flow）*本节内容提要本节内容提要 主要是研究和学习流体流动的宏观规律及不同形式主要是研究和学习流体流动的宏观规律及不同形式的能量的如何转化等问题，其中包括：的能量的如何转化等问题，其中包括：（1 1）质量守恒定律）质量守恒定律连续性方程式连续性方程式 （2 2）能量守恒定律）能量守恒定律柏努利方程式柏努利方程式 推导思路、适用条件、物理意义、工程应用。推导思路、适用条件、物理意义、工程应用。*本节学习要求本节学习要求 学会运用两个方程解决流体流动的有关计算问题学会运用两个方程解决流体流动的有关计算问题2023/2/25

42、4 本节重点本节重点 以连续方程及柏努利方程为重点，以连续方程及柏努利方程为重点，掌握这两掌握这两个方程式推导思路、适用条件、用柏努利方程解个方程式推导思路、适用条件、用柏努利方程解题的要点及注意事项。通过实例加深对这两个方题的要点及注意事项。通过实例加深对这两个方程式的理解。程式的理解。本节难点本节难点 2-2截面选取是难点截面选取是难点。在应用柏努利方程式计。在应用柏努利方程式计算流体流动问题时，要特别注意流动的连续性、算流体流动问题时，要特别注意流动的连续性、上、下游截面及基准水平面选取的正确性，从而上、下游截面及基准水平面选取的正确性，从而正确确定衡算范围（上、下游截面的选取），这正确

43、确定衡算范围（上、下游截面的选取），这是解题的关键。是解题的关键。2023/2/2552-3-1 2-3-1 几个基本概念几个基本概念 一、流量与流速一、流量与流速 1 1、流量：流量：单位时间内，流体流过管道任一截面单位时间内，流体流过管道任一截面的流体量，称为流量。的流体量，称为流量。流体的量可以用体积来度量，也可以用质量来流体的量可以用体积来度量，也可以用质量来度量。所以有体积流量与质量流量之分。度量。所以有体积流量与质量流量之分。（1）体积流量：体积流量：单位时间内，流体流过管道任单位时间内，流体流过管道任一截面的体积，称为流体的体积流量。用一截面的体积，称为流体的体积流量。用V VS

44、 S表示，表示，单位：单位：m m3 3/s/s 2023/2/256（2）质量流量：质量流量：单位时间内，流体流过管道任单位时间内，流体流过管道任一截面的质量，称为流体的质量流量，用一截面的质量，称为流体的质量流量，用w ws s表示。表示。单位：单位：kg/s.kg/s.2、流速：、流速：单位时间内，流体在流动方向上流单位时间内，流体在流动方向上流过的距离，称为流体的流速。过的距离，称为流体的流速。（1）平均流速：平均流速：单位时间内，流体流过管道单单位时间内，流体流过管道单位截面积的体积，定义为平均流速，用位截面积的体积，定义为平均流速，用u u表示，单表示，单位：位：m/sm/s。（2

45、）质量流速：）质量流速：单位时间内，流体流过管道单单位时间内，流体流过管道单位截面积的质量，称为质量流速，用位截面积的质量，称为质量流速，用G G表示，单位：表示，单位：kg/mkg/m2 2.s.s2023/2/2573、Vs、ws、u、G之间的关系：之间的关系：u=VS/A,VS=uA,ws=VS=uA,G=ws/A=uA/A=u4、圆形管道直径的选定：、圆形管道直径的选定：对于圆形管道，对于圆形管道，2023/2/258由上式知，流体输送管道的直径可根据流量和由上式知，流体输送管道的直径可根据流量和流速来计算，流速来计算，流量一般由生产任务决定，所以关键流量一般由生产任务决定，所以关键在

46、于选择合适的流速。在于选择合适的流速。适宜流速的选择，应通过操适宜流速的选择，应通过操作费用与设备费用的经济核算来决定作费用与设备费用的经济核算来决定。2023/2/259流体种类流体种类及状况及状况常用流常用流速范围速范围m/s流体种类流体种类及状况及状况常用流常用流速范围速范围m/s水及一般水及一般液体液体13压压 力力 较较 高高的气体的气体1525粘度较大粘度较大的液体的液体0.518大大 气气 压压 以以下下饱饱和和水水蒸蒸汽汽4060低压气体低压气体8153大大气气压压以以下下饱饱和和水水蒸蒸气气2040易易燃燃、易易爆爆的的低低压压气气体体（如如乙炔等）乙炔等）8过热水蒸汽过热水

47、蒸汽30502023/2/260 在流量一定的前提下，若流速选的过大，则管在流量一定的前提下，若流速选的过大，则管径虽然可以减小，但流体流过的阻力增大，动力消径虽然可以减小，但流体流过的阻力增大，动力消耗增大，从而使操作费用增加；耗增大，从而使操作费用增加；若流速选的过小，操作费用可以减小，但管径若流速选的过小，操作费用可以减小，但管径增大，使设备费用增加。增大，使设备费用增加。2023/2/261 设计管道时，需综合考虑这两个相互矛盾的经设计管道时，需综合考虑这两个相互矛盾的经济因素，必要时需通过经济核算来确定适宜的流速，济因素，必要时需通过经济核算来确定适宜的流速，使操作费用与设备费用之和

48、最低。使操作费用与设备费用之和最低。根据适宜的流速，算出的合适的管径，选择适宜根据适宜的流速，算出的合适的管径，选择适宜的管材。管径算出后，还要查阅管子的规格，以选用的管材。管径算出后，还要查阅管子的规格，以选用标准管径。标准管径。P357 P357 列出了钢管的规格。列出了钢管的规格。管径的常用表示方法：管径的常用表示方法：1182.5(mm)1182.5(mm)2023/2/2622023/2/263铸铁管：铸铁管：价格低廉，但强度差，价格低廉，但强度差，笨重，耐压耐温性差，笨重，耐压耐温性差，常用于埋设在地下的常用于埋设在地下的污水管线。污水管线。2023/2/264水煤气管（有缝钢管）

49、：水煤气管（有缝钢管）：,有缝钢管一般为焊接而成。从有缝钢管一般为焊接而成。从外观看，有缝钢管里面可以看到直线或者螺旋线的焊外观看，有缝钢管里面可以看到直线或者螺旋线的焊缝，那是高频焊接的焊缝。缝，那是高频焊接的焊缝。对压力，温度要求不高对压力，温度要求不高的用有缝钢管比如生活水管，煤气管。的用有缝钢管比如生活水管，煤气管。一般分为一般分为镀锌管和黑管（不镀锌）镀锌管和黑管（不镀锌）2023/2/265无缝钢管：无缝钢管：无缝钢管是采用冷、热拔制成的，普遍用于介质压无缝钢管是采用冷、热拔制成的，普遍用于介质压力等于或大于力等于或大于1.6MPa.无缝钢管壁厚比较厚，内部没有焊缝。无缝钢管壁厚比

50、较厚，内部没有焊缝。输送载体要求高的，如压力，环境，维修，腐蚀，温度等，用输送载体要求高的，如压力，环境，维修，腐蚀，温度等，用无缝钢管无缝钢管 2023/2/266有色金属管：有色金属管：2023/2/267其它材料的管子其它材料的管子2023/2/268二、二、稳态流动与非稳态流动稳态流动与非稳态流动1、稳态流动稳态流动：在流动系统中，若任一截面上流在流动系统中，若任一截面上流体的流速、压强及密度等体的流速、压强及密度等参数仅随位置变，不随时参数仅随位置变，不随时间变间变，则这种流动称为稳态流动，则这种流动称为稳态流动，又称定态流动。又称定态流动。2、非稳态流动非稳态流动：流体在管道或设备