流体动力学PPT精选文档

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
查附录七,选择DN100mm(4in),即φ114mm×4mm的水煤气管
水在管内的实际流速
u0 .7 q 8 V 5 d20 .7 4 8 5 5 / 3 0 6 .0 1 0 0 6 2 1 .4 2 m /s
9
制药过程原理及设备课件 四、稳定流动与不稳定流动
稳定流动:流体流
动时,任一截面处流体 的流速、压力、密度等
||
||
He
H f
z1 2 1 gu 1 2p g 1 H e z2 2 1 gu 2 2p g 2 H f (2)
式(2)中各项单位 J/kgJ Nm
N/kg
23
制药过程原理及设备课件
z1u 21 g 2pg 1H ez2u 22 g 2pg 2 H f
位动 静 外

压压 压 加

头头 头 压
d35 723.55m 0 m
水在分支管路3a、3b中的流量相等 u2A2 2u3A3
水在管3a和3b中的流速
u3u22(d d3 2)21.2 1(51500 )20 2.3m 0 /s15
制药过程原理及设备课件 1.3.2 稳态流动系统的机械能守恒(伯努利方程)
1.总能量衡算
换热器
2 p2 u2 ρ2
W eqeUzg 1 2u2p
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。
20
制药过程原理及设备课件
2.实际流体的机械能衡算
U 1 z 1 g 1 2 u 1 2 p 1 1 W e q e U 2 z 2 g 1 2 u 2 2 p 2 2
1u1A12u2A2
u1
u2
推广至任意截面
2
q m 1 u 1 A 1 2 u 2 A 2 L u A C o n s t
——连续性方程
11
制药过程原理及设备课件 讨论
1. 导出条件:①流体充满全管; ② 稳定流动。
2.均质、不可压缩流体, ρ=常数
q V u 1 A 1 u 2 A 2 L u A C o n s t
例:确定输送设备的有效功率 如图所示,用泵将河水打入洗涤塔中,喷淋下来后流入下水道, 已知道管道内径均为0.1m,流量为84.82m3/h,水在塔前管路 中流动的总摩擦损失(从管子口至喷头进入管子的阻力 忽略不计)为10J/kg,喷头 处的压强较塔内压强 高0.02MPa,水从塔中流 到下水道的阻力损失可忽 略不计,泵的效率为65%, 求泵所需的功率。
p1
z2g
p2
(2)理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ流体在流动过程中任意截面上总机械能、 总压头为常数,即
zg1u2 p Con.st z 1 u2 p Con.st
2
2g g
27
制药过程原理及设备课件 (3)伯努利方程式适用于不可压缩性流体。 (4) 对 于 可 压 缩 流 体 , 当 (p1-p2)/p1<20% 时,仍可用该方程计算,但式中的密度ρ应以两截 面的平均密度ρm代替。
(2)选取位能基准面 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。
30
制药过程原理及设备课件 (3)选取截面
与流体的流动方向相垂直; 两截面间流体应是定态连续流动; 截面宜选在已知量多、计算方便处。
(4)定压力基准 压力表示方法也应一致,即同为绝压或同为表压。
z 1 g 1 2u 1 2 p 1 W ez 2 g 1 2u 2 2 p 2 p f (3)
式中各项单位:
J gkg =J m3 =Pa kg m3
压力损失
25
制药过程原理及设备课件
(4) 效率η
Pe Pa
有效功率,指单位时间内流体从 流体输送机械(如泵、风机)获得 的机械能
3a
1
2
3b
14
制药过程原理及设备课件
解: 管1的内径 水在管1中的流速 管2的内径 水在管2中的流速 管3a及3b的内径
d18 9248m 1 m
d21 u10 4q2 dV8 124 0.1 7980 m 1500 .00 3 m 8211.75m/s
u2u1(d d1 2)21.7 5(180)120 1.1m 5 /s



总压头
24
制药过程原理及设备课件 (3)以单位体积流体为基准
z 1 g 1 2 u 1 2 p 1 W e z2 g 1 2 u 2 2 p 2 h f (1 )
(1)×ρ,得
z 1 g 1 2u 1 2 p 1 W ez 2 g 1 2u 2 2 p 2 h f
在截面11和截面22间列单位重量流360057制药过程原理及设备课件43260水柱制药过程原理及设备课件44因倒u型管中为空气若不计空气质量p水柱mm170制药过程原理及设备课件45流向的判断在453mm的管路上装一文丘里管文丘里管上游接一压强表其读数为1375kpa管内水的流速13ms文丘里管的喉径为10mm文丘里管喉部一内径为15mm的玻璃管玻璃管下端插入水池中池内水面到管中心线的垂直距离为3m若将水视为理想流体试判断池中水能否被吸入管中
28
制药过程原理及设备课件 4.伯努利方程的应用 利用伯努利方程与连续性方程,可以确定:
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。
29
制药过程原理及设备课件 使用步骤: (1)根据题意绘制流动系统示意图
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 ;
31
制药过程原理及设备课件
❖ 注意点
若截面之一为容器的截面,另一为管子的截面。当 容器截面很大如贮槽,容器内的流速相对于管内流 速一般很小,u容≈0。
管子出口(从阻力损失项考虑)
下游截面 出口内侧 出口外侧
动能 U2/2
0
出口损失 0
U2/2
32
制药过程原理及设备课件 例 容器间相对位置的计算
如附图所示,从高位槽向塔内进料,高位槽中液位恒 定,高位槽和塔内的压力均为大气压。送液
制药过程原理及设备课件
1.3 流体动力学
1
制药过程原理及设备课件
1.3.1 质量守恒原理
一、流速与流量
1. 流量
① 含义:单位时间流过管道任一截面的物质量。 ② 体积流量 :单位时间内流体流过管道任一截面 的体积.
qV——m3/s或m3/h
提示:气体的体积流量须注明温度与压力
③ 质量流量 :单位时间内流体流过管道任一截面 的质量. qm——kg/s或kg/h
15~25 m/s
注意:钢管和规格已经标准化,计算出管径后 应按标准选定
7
制药过程原理及设备课件 钢管规格表示法: 壁厚 ФA×B 外径
8
制药过程原理及设备课件
例:水管的流量为45m3/h,试选择水管的型号. 解: 取u=1.5m/s
d4 q u V4 45 /1 3 .5 6000.103m = 103m m
1泵 p1 u1 ρ1
2' qe
z2
z1 1'
he
0
0'
16
制药过程原理及设备课件 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
位能基准面:0-0′水平面 能量分析:
(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)。 (2)位能
流体受重力作用在不同高度所具有的能量。
g p3 1.96
p311770P a(表 压 )
37
制药过程原理及设备课件
计算塔前管路,取河水表面为1-1’截面,喷头内侧为2-2’截
面,在1-1’和2-2’截面间列柏努利方程。
g1 zu 2 1 2ρ p 1 W eg2 zu 2 2 2p ρ 2 h f
流量与流速的关系: qmqVuAG A
4
制药过程原理及设备课件
二、流量方程式 描述流体流量、流速和流通截面积相互关系的 公式
uu qV / A
q mq Vu q m A G q A Vu A G A
Gqm qVG qmuqVu
A AAA
5
制药过程原理及设备课件
三、管径的估算 对于圆形管道

总费用

d 4qV u
流量qV一般由生产任务决定。 流速选择:
操作费
设备费
u适宜
u
u↑→ d ↓ →设备费用↓ 流动阻力↑ →动力消耗↑ →操作费↑
均衡 考虑
6
制药过程原理及设备课件
常用流体适宜流速范围:
水及一般液体
1~3 m/s
粘度较大的液体
0.5~1 m/s
低压气体
8~15 m/s
压力较高的气体
(1) 以单位质量流体为基准
假设流体不可压缩,则
1 2
流动系统无热交换,则 qe 0
流体温度不变,则
U1 U2
z1g1 2u12p1W ez2g1 2u22p2
21
制药过程原理及设备课件
z1g1 2u12p1W ez2g1 2u22p2
设1kg流体损失的能量为Σhf(J/kg),有:
z 1 g 1 2 u 1 2 p 1 W e z2 g 1 2 u 2 2 p 2 h f (1 )
流体在均匀直管内作稳定流动时,平均流速沿 流程保持定值,并不因内摩擦而减速!
3.均质、不可压缩流体在圆管内流动
ud2 Const
u2 ( d1 )2
u1 d 2
12
制药过程原理及设备课件 4. 管路有分支
qm1
qm
qm2
qmqm1qm2
例1-14
13
制药过程原理及设备课件
❖ 例 如附图所示,管路由一段φ89mm×4mm的管1、 一段φ108mm×4mm的管2和两段φ57mm×3.5mm 的分支管3a及3b连接而成。若水以9×10-3m3/s的体 积流量流动,且在两段分支管内的流量相等,试求水 在各段管内的速度。
管 为 φ45×2.5mm 的 钢 管 , 要 求
pa
送 液 量 为 3.6m3/h 。 设 料 液 在 管
内的压头损失为1.2m(不包括 h
出口能量损失),试问高位槽的
液位要高出进料口多少米?
33
制药过程原理及设备课件 解:如图所示,取高位槽液面为1-1′截面,进料管出 口内侧为2-2′截面
z1 2 1 gu 1 2p g 1 H e z2 2 1 gu 2 2p g 2 H f
1kg的流体所具有的位能为gz(J/kg)。
17
制药过程原理及设备课件
(3)动能 流体有一定流速而具有的能量
1kg的流体所具有的动能
1 2
u
2
(J/kg)
(4)静压能 流体有一定静压力而具有的能量
质量为m、体积为V的流体通过截面A
推进流体进截面A的作用力为pA
p
流体通过截面A所走的距离为V/A,
流体带入系统的静压能 Fl pAV pV A
物理量只随位置变化而 与时间无关。
不稳定流动:流体流
动时,任一截面处流体的 流速、压力、密度等
物理量不仅随位置而变化, 而且随时间而变化。
稳定流动
不稳定流动
10
制药过程原理及设备课件 五、流体稳定流动时的物料衡算——连续性方程 前提: ① 稳定流动系统;
②管路中流体无增加和漏损。
qm1 qm2
1
2
z1=h ,u1≈0; p1=0(表压);He=0 ; z2=0; p2=0(表 压); ΣHf =1.2m
u 2 4q d V 20 .7 3 8 .6 5 3 6 0 0 .0 0 420 .7 9 6m /s
h 1 0.79621.21.23m 29.81
教材例1-16
34
制药过程原理及设备课件
35
制药过程原理及设备课件
36
制药过程原理及设备课件
解:取塔内水面为截面3-3’,下水道截面为截面4-4’,取
地平面为基准水平面,在3-3’和4-4’间列柏努利方程:
g3zu2 32p3g4zu2 42p4
Z31m , Z40.2m ,
式中: u3 u4 0 p4 0(表压)100k0g/m3
将已知数据代入柏努利方程式得:
④ 换算关系:qm=qv·ρ
2
制药过程原理及设备课件 2、流速 ① 定义 单位时间内流体在流动方向上所流经的距离。 ② 平均流速
流体在同一截面上各点流速的平均值
uu qV / A
3
制药过程原理及设备课件 ③ 质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
Gqm qVu kg/(m2·s)
AA
l A
1kg的流体所具有的静压能
pV p m
(J/kg)
18
制药过程原理及设备课件 (5)热 设换热器向1kg流体提供的热量为qe (J/kg)。
19
制药过程原理及设备课件 (6)外功(有效功)
1kg流体从流体输送机械所获得的能量为W (J/kg)。
z1g1 2u 1 2p 1 W e q ez2g1 2u 22p 2
轴功率,指电机输入流体输送设 备(如泵、风机)的功率
PegqVHe
26
制药过程原理及设备课件 3.伯努利方程的讨论
z 1 g 1 2 u 1 2 p 1 W e z2 g 1 2 u 2 2 p 2 h f (1 )
(1)若流体静止,u=0,Σhf=0,he=0,则伯努利方 程变为
z1g
式中各项单位为J/kg。
22
制药过程原理及设备课件 (2)以单位重量流体为基准
z 1 g 1 2 u 1 2 p 1 W e z2 g 1 2 u 2 2 p 2 h f (1 )
(1)/g :z1 2 1 gu 1 2p g 1 W g e z2 2 1 gu 2 2p g 2 h g f
相关文档
最新文档