第一章--流体流动演示文稿-制药单元操作技术(教学)课件.ppt
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1、第一章流体流动第一节流体流动的主要任务1、流体具有流动性的物体(液体和气体)。2、流体力学研究流体平衡和运动规律的科学(静力学、动力学)。3、学习流体流动目的(1)根据生产工艺流程的要求,确定管路和设备的直径。(2)估算输送流体所需要的能量。(3)压力、流量及流速等参数的测量和控制。此外,流体流动也是传热、传质过程的重要基础。第二节静止流体规律与应用流体的静止是流体运动的一种特殊方式。流体静力学是研究静止流体内部压力变化的规律。一、流体的压缩性流体的体积随压强和温度而变的这个性质,称为流体的压缩性。液体:工程上可按不可压缩性流体考虑。气体:属于可压缩性流体。1二、流体的主要物理性质1密度、相对
2、密度和比体积(1)密度单位体积的流体所具有的质量,符号:;单位:kg/m3则:m流体的质量,;V流体的体积,m3。气体的密度气体:具有可压缩性,t;V;;pV 当压力不太高、温度不太低时,可按理想气体状态方程计算:由理想气体方程求得操作条件(T,P)下的密度:纯气体所以 或:2混合气体密度的计算:M均=M1y1+M2y2+Mnyny1、y2、y3yn气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数【例题1-4】、【例题1-5】液体密度的计算液体的密度一般用实验方法测定。纯液体密度,练习查(附录二、三、四、五)混合液体的密度的准确值要用实验方法求得。混合液体密度的近似值可由下式计算:取1kg液体为基准,假设
3、各组分在混合前后体积不变,则:混合液中各纯组分的质量分数混合液中各纯组分的密度;kg/m3【例题1-1】、【例题1-2】、【例题1-3】3(2)相对密度定义流体密度与4时水的密度之比,习惯称为比重。符号:即:没用单位,仅仅是一个比值。4时,1000kg/m3【例题1-6】(3)比体积定义单位质量流体所具有的体积。习惯称为比容。符号:;单位:m3/kg。则:与关系互为倒数。41000则结论:当P一定时,可用某流体柱的高度表示压强的大小。(3)压强的表示方法绝对压强(简称绝压):流体的真实压强。它是以绝对真空为基准测得的流体压强。表压强(简称表压):它是流体的真实压强与外界大气压强的差值。测压仪表
4、上读取的压强值。它是以当地大气压强为基准测得的流体压强值。即用压力表测得比大气压高出的数值。表压=绝对压强(外界)大气压强真空度:它是外界大气压强与流体的真实压强的差值。即用压力表测得比大气压低出的数值。真空度即为负表压。真空度=(外界)大气压强绝对压强*求真空度时,一定要用当地大气压强6绝对压强、表压强和真空度之间的关系,如图1-17图1-1 绝对压强、表压和真空度的关系三、流体静力学基本方程式1、方程的推导设:敞口容器内盛有密度为的静止流体,取任意一个垂直流体液柱,上下底面积均为Am2。作用在上、下端面上并指向此两端面的压力分别为P1和P2该液柱在垂直方向上受到的作用力有:(1)作用在液柱
5、上端面上的总压力P1P1=p1A(N)(2)作用在液柱下端面上的总压力P2P2=p2A(N)(3)作用于整个液柱的重力GG=gA(Z1-Z2)(N)由于液柱处于静止状态,在垂直方向上的三个作用力的合力为零,即:p1A+gA(Z1-Z2)-p2A=0令:h=(Z1-Z2)整理得:p2=p1+gh8(6)方程是以不可压缩流体推导出来的,对于可压缩性的气体,只适用于压强变化不大的情况。使用流体静力学基本方程式的条件:静止、密度均匀的连续流体。3、静力学基本方程的应用(1)测量流体的压差或压力U管压差计U管压差计的结构如图,使用时内装指示液。对指示液的要求:指示液要与被测流体不互溶,不起化学作用,且其
6、密度应大于被测流体的密度。通常采用的指示液有:水、油、四氯化碳或汞等。原理:等压面上的A点和B点压力应相等()设流体作用在两支管口的压力为和,且,A-B截面为等压面根据流体静力学基本方程式分别对U管左侧和U管右侧进行计算整理得:10讨论:(a)压差()只与指示液的读数R及指示液同被测流体的密度差有关。(b)若压差p一定时,()越小,读数R越大,误差较小。(c)若被测流体为气体,气体的密度仅为液体密度的千分之一左右,即,上式可简化为:应用(a)测量压力差U形管两端分别与测压点相连。(b)测量表压U形管一端通大气,一端通被测流体。图 1-4 测量表压图 1-5 测量真空度11第三节流体流动规律与应
7、用一、流量方程式1流量:单位时间内流经管道任一截面的流体量,称为流体的流量。流量有两种表示方法:(1)体积流量:单位时间内流经管道任一截面的流体体积,称为体积流量。符号:qv,单位:m3/s或m3/h。液体qv=f(T);气体qv=f(T,p)(2)质量流量单位时间内流经管道任一截面的流体质量,称为质量流量。符号:qm,单位:kg/s或kg/h。质量流量与T和p无关质量流量与体积流量的关系为2流速单位时间内流体在流动方向流过的距离,称为流速。流速亦有两种表示方法:在制药厂中,沿管道输送流体是经常性的操作,因此必须解决流体在输送过程中所遇到的一些问题。13管路的选用一般管道的截面是圆形的,若d为
8、管子的内直径,则管子截面积带入流量方程式,得:讨论:当流量为定值时(1)du,阻力,动力消耗,日常操作费用;,设备费;反之,u,d,阻力,动力消耗日常操作费用;,设备费(2)选定适宜流速确定管径,以总费用最小为原则。【例题1-13】总结管径选取的步骤:(1)选取的适宜流速u计(2)初算管子内径d计(3)按标准选定管子内径d(4)校和实际流速u(5)代入单位均为法定单位15管路的选用一般管道的截面是圆形的,若d为管子的内直径,则管子截面积带入流量方程式,得:讨论:当流量为定值时(1)du,阻力,动力消耗,日常操作费用;,设备费;反之,u,d,阻力,动力消耗日常操作费用;,设备费(2)选定适宜流速
9、确定管径,以总费用最小为原则。【例题1-13】总结管径选取的步骤:(1)选取的适宜流速u计(2)初算管子内径d计(3)按标准选定管子内径d(4)校和实际流速u(5)代入单位均为法定单位16或者:1若流体是不可压缩性的液体,其密度不变,则或者:即流速与截面积成反比2对于圆形截面的管子则即流速与管径的平方成反比3流体为气体因气体可压缩,可变化,固不可忽略【例题1-14】小结:流量、流速及流量方程式的表达式;连续性方程的原则式及引申式18四、流体稳定流动时的能量衡算柏努利方程1流体流动时所具有的机械能(1)位能:由于流体几何位置的高低而决定的能量。位能是一个相对值,其大小随所选基准水平面的位置而定。
10、kg流体的位能J;1kg流体的位能J/kg1N流体的位能J/N(2)动能:由于流体有一定流速而具有的能量。kg流体的动能J;1kg流体的动能J/kg1N流体的动能J/N19(3)静压能:流体克服截面上的压力而作的功,即由于流体有一定静压力而具有的能量。kg流体的静压能J;1kg流体的静压能J/kg1N流体的静压能J/Nkg流体的总机械能为:J;1kg流体的总机械能为:J/kg1N流体的总机械能为:J/N20(4)外加能量:1kg流体从输送机械所获得的机械能。用表示,单位为J/kg。1N流体的外加能量J/N(5)损失能量(阻力损失):1kg流体克服两截面间各项阻力所消耗的能量。用表示,单位为J/
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- 第一章 流体 流动 演示 文稿 制药 单元 操作 技术 教学 课件
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