第一章 流体流动与输送2013
化学工艺设计学潘鸿章版课后习题答案解析
范文范例指导参考第一章流体流动过程与输送机械习题1.A地某化工厂的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为610，设备移至mmHg 异地B操作时，若要求塔内维持相同的操作压强，真空表读数有何变化？（A地平均大气压强为640，B地平均大气压强为760）mmHgmmHgP?P?P?640-P?610?P?30mmHg A地：解：A绝真A绝绝mmHg7303760-0?PP?P?? B地：B绝B真2.在稳态流动系统中，水连续的由粗到细流经一个变径管路，粗管内径是细管的两倍，求细管内水的流速是粗管内的几倍。
解：稳态流动q?q?Av?vA211vv22122dv221???422vd112m（有效），池底连φ144mm×D为1.54mm的排水4.如图所示，一高位水池内径m m求管路出水口的体积流量。
，总损失压头为管，管路长3306、2-2截面。
1-1取出口管中心线为基准面，取高位水池截面，管路出口处解：?2121h???Zh??Z??22pvvpv2?m.1v6?00?.62??s0?0??0?98/学习资料整理f1e2??g22ggg22g2．范文范例指导参考???2333?/mh?103.?0.02871q?vA?.98?m144(?8)?1032/s22v4倍，在5如图所示，有一连续稳态流动管路系统，粗管截面积为细管截面积的5.点截面处的平均流速为，14、5五个截面（如图所示）31管路系统中去、2、、13?1?m，，表压强为1000，泵的压头为8，输送的液体密度为120KPa mkg?sm?试计算：求各点截面的位压头、静压头、动压头和总压头。
）（1若不考虑管路阻力损失，m点截面的位压头、静压）若整个管路阻力所产生的压强降为（22液柱，求5 头、动压头和总压头。
) 或以泵中心线为基准面都可以解：以地面为基准面( 截面可知1）由1-1（2pv）100120?1（11m0523?22?.0501?1?Z?????.1??gg2gg2学习资料整理范文范例指导参考2-2截面22pvpv2112m.0505?30??31??h?1?Z?0?He??Z?.f21??g22gggv5?vAmZ?1,v?A?v截面3-3233322322vv32,0.05?1.25m?25?25?g2g2,总压头?31.05m p3m28.81??31.5?1.25??g22vv34m?1,?.25Z?6m4 4-4截面g2g2p4,m总压头?31.05.315?1.25?6?23.8m??g22vv52m05?06Z?m,.?5 5-5截面g22gp5m?250?31.5?.05?总压头?31.05m,6?g22vv52m?05?m,0.Z?65（2）g22g p5m6?2305m,??29.05?0.05?.总压头?3105-229.?g367.常压下，用泵将敞口容器中的油品以13?的流量输送到敞口高位槽中，hm?m，直管管出口在高位槽液面下，两槽的液面差为253mm，输送管为φ76mm×学习资料整理范文范例指导参考?mm为0.023，摩擦粗力系数长度为100，泵的效，各种管件的当量长度为150率为60％，求泵的实际功率。
第一章流体流动与输送
B-eq.的解题要点
作出工艺流程图，划定衡算范围。 选取截面。截面应与流向垂直，截面间流
体是连续的。界面或界面间应包括尽可能 多的已知量或可求量。 选择基准面 列出方程。注意压强表示方要一直；单位 统一
B-eq.应用举例
例1 虹吸管问题
用虹吸管从高位槽向反 应器加料。反应器与储槽 均通大气，要求料液速度 达1m/s，料液在管内的能 量损失为20J/kg（不包括 出口损失），求高位槽液 面比管出口应高出多少？
流动状态密切相关
1.1 流体流动基本概念
连续介质假定——流体由无数质点组成， 质点的大小比分子间距离大得多，比设备 尺寸小得多。
系统与控制体
系统-包含众多质点的集合。 控制体-考察问题的对象。
定态流动（连续稳定过程）与非定态流动
流体的压强
单位
N/m2=Pa 106Pa=1MPa
流体柱高度 ( p=ρgh ) 1 atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O
黏度的单位 SI制：Pa S 物理制 P（泊） 习惯用厘泊（cP)——百分之一泊表示 1 Pa S =1000 cP 1 P =100 cP
黏度的测量方法：旋转式黏度计、毛细管黏度计、 落球式黏度计。
1.3 非牛顿型流体
分类
| 假塑性流体
| 无屈服应力 |
|与时间无关|
| 涨塑性流体
|
| 有屈服应力 宾汉塑性流体
查Re=3×105, ε/d=0.0005时的λ=0.018
查Re=104, ε/d=0.0001时的λ=0.03。
管路上的局部阻力计算法
阻力系数法 当量长度法
h' f
u2 2
hf
l d
化工原理—第一章流体流动
化工原理—第一章流体流动流体流动是化工工程中的重要内容之一，是指在一定的条件下，流体沿特定的路径进行移动的现象。
流体流动在化工工程中有着广泛的应用，例如在管道输送、搅拌、混合、分离等过程中都会涉及到流体的流动。
流体流动的研究内容主要包括流体的运动规律、流体的运动特性以及流体流动对设备和工艺的影响等方面。
在化工原理中，主要关注的是流体的运动规律和运动特性，以便更好地了解流体的性质和行为。
在理解流体流动性质前，首先需要了解流体分子的间隙结构。
一般来说，液体的分子之间距离较小，存在着较强的分子间吸引力，因此液体的分子有较强的凝聚力，可以形成一定的表面张力。
而气体的分子之间距离较大，分子间的相互作用力比较弱，因此气体的分子呈现无规则的运动状态。
流体流动有两种基本形式，即连续流动和非连续流动。
连续流动是指流体在管道或通道内以连续的形式流动，比较常见的有层流和湍流两种形式。
层流是指流体在管道中以层层相叠的方式流动，流速和流向都比较均匀，流线呈现平行或近似平行的形式。
层流特点是流动稳定，流速变化不大，并且流体分子之间相互滑动。
而湍流是指流体在管道中以旋转、交换和混合的方式流动，流速和流向变化较大，流线呈现随机分布的形式。
湍流特点是流动动荡，能量损失较大，并且流体分子之间会发生相互的碰撞。
流体流动的运动规律受到多种因素的影响，其中包括流体的黏度、密度、流速、管道尺寸、摩擦力等。
黏度是流体流动中的一个重要参数，它反映了流体内部分子之间相互作用的强度。
密度是流体流动中的另一个重要参数，它反映了单位体积内流体分子的数量。
流速是指流体单位时间内通过其中一横截面的体积。
流体流动对设备和工艺的影响也十分重要。
例如在管道输送过程中，流体的流速和流体动能的传递与损失会影响到输送效果和能耗；在搅拌过程中，流体的流动对传质和传热起着重要作用；在分离过程中，流体的流动会影响到分离设备的设计和操作。
因此，对流体流动的研究和掌握对于化工工程的设计和操作都具有重要意义。
化工原理思考题答案解析
化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同（P7、P9）答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。
2、试说明黏度的单位、物理意义及影响因素（P9）答:单位是N∙s∕∏f即Pa∙s,也用CP（厘泊），1CP=ImPa∙s,物理意义：黏度为流体流动时在与流动方向相垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力（分子间的引力和分子的运动和碰撞）。
影响因素：流体的种类、温度和压力。
3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？（P12T3例1-3）答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。
4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？（P25）答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re<2000时，流动为层流；Re⅛4000时，为湍流，2000WReW4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？（P25）答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动程度。
6、层流与湍流的本质区别是什么？（P24、P27）答：层流与湍流的本质区别是层流没有质点的脉动，湍流有质点的脉动。
7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？（P28）答：层流内层、过渡层和湍流主体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？（P31、32、33）答：层流时Wfxu,管径一定流量U增大一倍，Wf增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf8/,管径一定流量U增大一倍，Wf增大流量增大四倍，能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？（P32、32、33）答：层流时Wf8u,流量一定管径d增加一倍，d2增大四倍，Wf减小为原来的1/4,能量损失是原来的1/4倍，完全湍流时Wf8tl2,流量一定管径d增加一倍，cP增大四倍，管径增加一倍能量损失是原来的1/4倍。
食品工程原理 流体流动与输送
食品工程原理练习题第一章流体流动与输送一、填空题1.牛顿粘性定律的表达式为τ=μdu/dy 。
2.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是___抛物线____型曲线，其管中心最大流速为平均流速的___2____倍，摩擦系数λ与Re的关系为____ λ＝64/Re _______。
3.流体在管路中作连续稳定流动时，任意两截面流速与管径的关系为U1/ U 2=d22/d12，所以，流速随着管径的减小而增大。
4.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是____流体具有粘性_________5.苯（密度为880kg.m-3，粘度为0.65厘泊）流经内径20mm的圆形直管时，其平均流速为0.06m/s，其雷诺准数为__1625____，流动形态为___层流_，摩擦系数为___0.039________。
6.某石油化工厂用φ108×4mm的钢管每小时输送原油38吨，油的密度为900kg/.m3，粘度为0.072 Pa.s ，此时Re为__1867__ ，流型为_层流_______。
7.流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的__1/16______。
8.液体在园管内作稳定连续滞流流动时，其摩擦阻力损失与管内径的__2____次方成反比。
9.液体在园管内作稳定连续流动时，当Re≤_2000____时为滞流流动，其λ=_64/Re_____;当Re≥__4000___时为湍流流动。
10.P/(ρg)的物理意义是表示流动系统某截面处单位____重量____流体所具有的静压能，称为__静压头________。
11.流体在园管内流动时，由于流体具有粘性，使得_____管壁______处速度为零，管的____中心____处速度最大。
12.测量流体的流量一般可采用__孔板；文丘里；转子，____等流量计。
测量管内流体点速度，则用__皮托管_____。
13.离心泵主要性能参数为扬程、流程、功率、效率。
第一章 流体的流动与输送
（ a）
p1＇＝pa－xρH2Og p1=RρHgg+p2=RρHgg+p2＇=RρHgg+pb－（R＋x）ρH2Og
根据式（a） pa－pb＝xρH2Og＋RρHgg－（R＋x）ρH2Og ＝RρHgg－RρH2Og ＝0.1×(13600-1000) × 9.81 =1.24 × 104Pa
2、斜管压差计（inclined manometer）
p2＝p0＋ρgh
由上式可知：
液体静力学基本方程式
当液面上方的压力一定时，在静止液体内任一点压力的大小，与液 体本身的密度和该点距液面的深度有关。 在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点的压力都 相等。此压力相等的水平面，称为等压面。
p2＝p0＋ρ gh可改写为
p p0 g
h
体积流量与质量流量之间的关系为： qm =ρ qv （1-14）
二、流速 1、平均流速
平均速度: 一般以管道截面积除体积流量所得的值，来表示流 体在管道中的速度。此种速度称为平均速度，简称流速。
u＝qv/A
(1-15)
流量与流速关系为： qm=ρqv=ρAu (1-16) 式中 A —— 管道的截面积，m2
由上式可知，压力或压力差的大小可用液柱高度表示
流体静力学基本方程式的应用 一、压力测量
1、U型管液柱压差计 （U-tube manometer） 根据流体静力学基本方程式则有：
U型管左侧 pb＝p2+mρg+Rρ0g U型管右侧 pa＝p1+(m+R)ρg
pa＝pb p1－p2＝R（ρ0－ρ）g
例1-4 如附图所示，常温水在管道中流过。为测定a、b两点的压
R‘与R的关系为: R＇＝R/sinα 式中α为倾斜角，其值愈小，则R值放大为R＇的倍数愈大。
食品工程原理 第一章 流体流动与输送
第一节 流体的物理性质
一、连续介质假定
流体：可以自由流动，无固定形状的物体 ——气体+液体+超临界流体。
连续介质假设：流体由无数个连续的质点组成。 质点：由许多个分子组成的微团，其尺寸比容器小得 多,但比分子自由程大得多。（宏观尺寸非常小，微观 尺寸又足够大）
例如：标准状态下1mm3的气体中有2.7×1016个分子，1mm3
p=大气压强-真空度=0.1-(400/760)×0.1=0.0474MPa
（2）表压为0.2MPa的饱和水蒸汽的绝对压强p为： p=大气压强+表压=0.1+0.2=0.3MPa
查饱和水蒸汽表，绝对压强为0.3MPa的饱和水蒸汽所对 应的饱和温度为133.3℃。
三、静力学基本方程
z x
pz
y
p pz z dz
SI单
位
:
N m2
Pa
换算：1 atm=760 mmHg=10.33 mH2O=101.33 kPa=1.033 at
特点：(1)方向与作用面相垂直； (2)从各方向作用于某一点上的流体静压强相等； (3)连续流体内同一水平面上各点的流体静压强 相等。→等压面
表压＝绝对压－大气压 压强
真空度＝大气压－绝对压
四、压强的静力学测量
1. U型压差计 以0-0’为等压面
p0=pa+(m+R)rBg p0’=pb+mrBg+RrAg
因为p0=p0’, 所以
pa-pb=R(rA-rB)g
2. 单管压差计
pa-pb=R(ri-r)g
优点：减少读数误差
3. 斜管压差计
pa-pb=R’sina(ri-r)g
已阅1-化工基础第一章(流体在管内流动的基本方程)
公称直径的特点
1、是近似内径的名义尺寸，并非真实直径； 2、以mm为单位，并且是整数； 3、按规格分成不同的等级，不能连续变化； 4、封头、法兰的公称直径是指与它相配的筒体或管子的公称 直径； 5、对容器的筒体及封头来讲，公称直径是指它的内径。
2013-9-10
例：今用一台水泵将水池中的水输送到
u 2 A2 2u3 A3
即水在管3a和3b中的流速为：
u 2 d 2 2 1.15 100 2 u3 ( ) ( ) 2.30m/s 2 d3 2 50
2013-9-10
1.3.3 柏努利方程式
1、流体流动的总能量衡算
（1）流体本身具有的能量
①内能：物质内部能量的总和 。
单位质量流体的内能以U表
截面中的任意一个截面。如衡算范围为水平管道，则基准水
2013-9-10
（4）静压能
定义：流体因被压缩而能向外膨胀而作功的能力。 ①静压能的表现
2013-9-10
②静压能的本质
在静止流体内部，任一处都有静压力，同样，在流动着的 流体内部，任一处也有静压力。如果在一内部有液体流动的 管壁面上开一小孔，并在小孔处装一根垂直的细玻璃管，液 体便会在玻璃管内上升，上升的液柱高度即是管内该截面处
——一维稳定流动的连续性方程
2013-9-10
对于圆形管道：
2 2 u1 d1 u2 d 2 4 4
u1 d 2 u2 d 1
2
表明：当体积流量qV 一定时，管内流体的流速与管道直径 的平方成反比。
2013-9-10
例 如附图所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一 段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm的分支管3a
化学工程基础 林爱光 清华大学出版社 第一章 流体流动与输送1.3
Vs测 Vs标
标 测
(气 体)
转子流量计的特点：
恒压差； 变截面；
恒阻力.
优点：读数方便，流动阻力小，测量范围宽； 缺点: 玻璃管不耐高温、高压，使用过程易 破碎，流体只能垂直向上流动。
安装注意事项：
必须垂直安装在管路上； 操作时，阀门要缓慢开启； 为便于检修或出现故障时切换， 须加设支路。 转子随流量增加而上浮,读数为最大截面积处;
2( A - )gR
2( A - )gR
pa - pb ( A - )gR
Vs A0 u0 C0 A0
实验测得C0值：
A0 C0 f (Re, ) A1
Re d1 u1
当C0为常数时
VS R
或
R VS
2
标准孔板的பைடு நூலகம்量系数
孔板流量计安装
暂不考虑能损 考虑能损
2 0
p1
u12 p0 u02 2( p1 p0 ) u02 u12 2 2
2 1
u u C1
2( p1 p0 )
角接取压法—标准孔板
u02 u12 C1C 2
2( pa pb )
u1 A1 u0 A0
2 2 1 2 0
上下游需各有一段等径直管为稳定段， 上游为10d，下游为5d。
优点：制造简单，随测量条件变化更换方便；
缺点：能量损失大,产生了永久压力降.
三．文丘里流量计
Vs CV A0
2( pa po )
式中CV — 流量系数无因次 ,
四．转子流量计
流体流动和输送.ppt
m
1
m
a1
1
a2
2
an
n
气体：
ρ= m V
=
pM RT
=
ρ0
T0 p Tp0
-----理想气体状态方程
气体混合物：混合前后质量不变，以1m3气体混合物为基准
ρm = Σψi ρi
理气
m
PM m RT
M m Mi yi
二、流体的静压强
垂直作用于流体单位面积上的力称为压强，习惯上 称之为压力，用 p 表示。
影响因素： 主要有体系、温度、浓度
T , L , G
思考：为什么？
气体内摩擦力产生的原因可以从 动量传递角度加以理解
液体的内摩擦力则是由分子间的 吸引力所产生
气 体 粘 度 共 线 图
第二节 流体流动的基本概念
一、流体静力学
因为流体静止，故 流体柱所受合力 ＝0
p2 A p1 A gA(Z1 Z2 ) 0
R 3 等压面
指示剂 0
? Enlarge the R value
➢Inclined manometer
p1
p2
R
a
R’ =R/sina
U形管压差计适用于被测压差不太小的场合。若所测压
力差很小，用U形压差计难以读准，可改用如图所示的双液
体压差计，将读数放大。
2、双液柱压差计
p1
p2
1略小于2
p1 p2 2 1 gR
一、物料衡算——连续性方程式 二、机械能衡算——柏努利方程式
习题课
第四节 流体流动的阻力损失
一、直管阻力损失的计算 二、局部阻力损失的计算
目录
第五节 管路计算
一、简单管路 二、复杂管路 习题课
2013-化工基础复习题及解答(高分子)
绪论一.选择题1.下面那个过程属于动量传递过程？（B ）A、萃取B、过滤C、蒸发D、干燥2.下列哪个单位为SI单位（A ）A、温度/KB、温度/℃C、体积/m3D、力/N二.填空1.请列举出化工中常用的5个SI单位（格式要求-量的名称/单位符号）长度/m、质量/kg、时间/s、热力学温度/K、物质的量/mol。
2.质量衡算、能量衡算与动量衡算是化学工程课程中分析问题的基本方法。
质量守恒定律是质量衡算的依据；能量守恒定律是能量衡算的依据；动量守恒定律是动量衡算的依据。
三.计算题1.丙烷充分燃烧时要使空气过量25%，燃烧反应方程式为：C3H8+5O2→3CO2+4H2O，试计算得到100 mol燃烧产物（又称烟道气）需加入空气的物质的量。
解：以1mol丙烷为计算标准。
根据反应方程式1molC3H8→5molO2氧气过量25%，换算为空气量：(1.25×5)/0.21 = 29.76（mol）其中O2为6.25mol，N2为23.51mol根据计算结果：空气量29.76mol→烟气量31.76mol那么，产生100mol烟气量需要的空气量：(100×29.76)/31.76 = 93.7(mol)2.在换热器里将平均比热为3.56 kJ/（kg·°C）的某溶液自25°C加热到80°C，溶液流量为1.0 kg/s，加热介质为120°C的饱和水蒸气，其消耗量为0.095 kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和水排出。
试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。
（120°C饱和水蒸气的焓值为2708.9 kJ/kg，120°C饱和水的焓值为503.67 kJ/kg。
）解：根据题意画出流程图基准：单位时间1s；在图中虚线范围内作热量衡算：在此系统中输入的热量：∑ Q I = Q1 + Q2（Q = mc PΔt）蒸气带入的热量：Q1 = 0.095 × 2708.9 = 257.3 kJ溶液带入的热量：Q2 = 1.0 × 3.56 × (25-0) = 89 kJ∑ Q I = Q1 + Q2 =257.3+89 = 346.3 kJ在此系统中输出的热量：∑ Q o = Q3 + Q4冷凝水带出的热量：Q3 = 0.095 × 503.67 = 47.8 kJ溶液带出的热量：Q4 = 1.0 × 3.56 × (80-0) = 284.8 kJ∑ Q o = Q3 + Q4 =47.8 +284.8 = 332.6 kJ热量损失= ∑ Q I - ∑ Q o = 346.3 - 332.6 = 13.7 kJ热量损失的百分数= 13.7/（257.3 - 47.8）= 6.5%3.P6例0-1；P7例0-2；P10例0-3第一章流体流动与输送一.选择题1．流体的输送方式通常有四种。
第1章 流体流动与输送
PB p2 gh2
p2 gh2 p1 gh1
h1 h2
液封
p p A 水 gh
p pA h 水 g
§1.2 流体流动 1.2.1定态流动与非定态流动
• 在流动系统中，若任一截面处的流速、压强、密 度等有关物理量仅随位置而变，但不随时间而变， 这种流动称为定态流动。 • 若流体流动时，流体任一截面处的有关物理量既 随位置又随时间而变，则称为非定态流动。
2
u2
1
2
'
• 位能： 位能=mgz
u1
Z2 1
'
1 • 动能： 动能= mu 2 2 • 静压能：设m kg体积为V m3的流体流经管道截 面积为A m2的管道，流体通过该截面所走过距 离为L=V/A。通过该截面时受到上游的力为F =pA，则流体压过该截面所作的功为：
Z1
V FL pA pV A
1.1.4流体静力学方程应用实例
U型管压差计
p1
p2
PA PA'
PA P 1 Zg Rg PA' P2 Zg R o g
Z
P 1 P 2 ( o )gR
ρo>>ρ
R
A
A'
P1-P2 = ρ0gR
U型管压差计
液位计
PA=PB
PA p1 gh1
压强表示方法 压强表示方法：表压强，绝对压强，真空度
• 表压强=绝对压强-大气压强 • 真空度=大气压强-绝对压强 • 真空度=-表压强
绝对压强 1atm 表压强 测压点3 1个标准大气压 （表压为零；真空度为零） 真空度 测压点2 绝对压强 0
第一章 流体流动与输送设备(习题及答案)
第一章 流体流动与输送设备1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO 28.5％，O 27.5％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量m o lkg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=∑=∴ 混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+⨯⨯⨯⨯==-ρ2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。
解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211+=+=ρρρa a m3/36.881m kg m =∴ρ相对误差：%74.5%10093536.8811%100=⨯⎪⎭⎫⎝⎛-=⨯-实实m m m ρρρ3．在大气压力为101.3kPa 的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。
若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝p p p p p a a -=-=∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
解：液面下测压口处压力gh p z g p p ρρ+=∆+=10m h g p p g p gh p z 36.255.081.990010)4258(30101=+⨯⨯-=+-=-+=∆∴ρρρ5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。
化工单元操作技术第一章流体输送技术课件
伯努利方程的讨论
（2）可压缩流体
对于可压缩流体，若流动系统两截面间的绝对压力变 化较小（常规定为 p1 p2 ）20，%则仍可用伯式进行计算，
p1 但流体密度 应以两截面间流体的平均密度 来m 代替。
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
伯努利方程的讨论
A2 A1
d2 d1
2
（5）
说明不可压缩流体在管道内的流速与管道内径的平方成反比
式（1）至式（5）称为流体在管道中作稳定流动的连续性方程
连续性方程反映了稳定流动系统中，流量一定时管路各截面上 流速的变化规律。
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
伯努利方程——预备知识
（一）流动系统的能量
伯努利方程——预备知识
显然，设备内流体的真空度愈高，它的绝对压力就愈低； 表压力愈高，它的绝对压力就愈高。 绝对压力、表压力、真空度以及大气压之间的关系用公式表示为：
p表 p绝 p大, p真 p大 p绝
图示为：
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
伯努利方程——预备知识
注意！
大气压力的数值随大气温度、湿度和所在地海拔的变化而变化 压力以表压或真空度表示时应用括号注明，否则视为绝对压力 压力计算时基准要一致
位能是相对值，计算时 需规定基准水平面
位能：流体因处于重力场中而具有的能量。
单位质量流体的位能为g（z J / kg）
动能：流体因具有一定流动速度而具有的能量。
单位质量流体的动能为 1 u（2 J / kg） 2
静压能：流体具有一定的压力而具有的能量。
单位质量流体的静压能为p（J / kg）
第一章 流体流动及输送技术 化工单元操作技术
化工原理-第1章-流体流动
第二节 流体静力学
（1）作用在液柱上端面上的总压力
P1 p1( A方向向下)
（2）作用在液柱下端面上的总压力
P2 p2 A
（方向向上）
（静止状态，在垂直方向上的三个作用力的力 为零，即
p1 A gAZ1 Z 2 p2 A 0
第二节 流体静力学
2） kPa ；
—
（1——气体的绝对压力，
——气体的千摩尔质量，kg/kmol ； ——气体的热力学温度，K ； ——通用气体常数，8.314 kJ/（kmol· K）； 下标0表示标准状态，即273 K、101.3 kPa。 任何气体的R值均相同。的数值，随所用P、V 、T等的 单位不同而异。选用R值时，应注意其单位。
指
第二节 流体静力学
在图1-3中，水平面A-B以下的管内都是指示液，设ApA pB B液面上作用的压力分别为 和 ，因为在相同流体的 p A pB 同一水平面上，所以与应相等。即： 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 （1-10） 由式1-10可知，压差（ p p ）只与指示液的位差读 数R及指示液同被测流体的密度差有关。 若被测流体是气体， 气体的密度比液体的密度小得 指 指 ，于是上式可简化为 多，即
第二节 流体静力学
混合液体的密度的准确值要用实验方法求得。如液体 混合时，体积变化不大，则混合液体密度的近似值可由下 式求得： （1-3） ——液体混合液的密度； ——混合液中各纯组分的密度； ——混合液中各纯组分的质量分数。
d4 （2）相对密度
20
d4
20
相对密度为流体密度与4℃时水的密度之比，用符号 表示，习惯称为比重。即 （1-4） 20
第1章流体流动和输送教案资料
第1章流体流动和输送第一章流体流动和输送1-1 烟道气的组成约为N275%，CO215%，O25%，H2O5%（体积百分数）。
试计算常压下400℃时该混合气体的密度。
解：M m=M i y i=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1103×673)=0.545kg/m3 m=pM m/RT=101.3×103×30.1/(8.314×1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。
现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa。
问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？解：成都p R=95-8=87kPa（真空度）拉萨p R=62-8=54kPa（真空度）1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。
在某气速下测得R1为400mmHg，R2为90mmHg，R3为40mmH2O，试求上述值。
解：p B=R3H2O g+R2Hg g=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa （表）13600×9.81=65766.2Pa（表）p A=p B+R1Hg g=12399.8+0.4×p=p A-p B=65766.2-12399.8=53366.4Pa1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。
若被测流体密度为0，空气密度为，试导出用R1表示的压强差计算式。
如倾角为30o时，若要忽略贮液器内的液面高度h的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D/d比值至少应为多少？D dR 1R1p2ph解：由静力学方程p=R(0-)g=R1sin(0-)g=R1(0-)g/2 (1)若忽略贮液器内液面高度的变化，则斜管内液位为：R’=R-h液柱长度：R1’=R1-h/sin=R1-2hp’=R ’(0-)g=R1’(0-)g/2=(R1/2-h)(0-)g又D2h/4= d 2R1’/4D2h=d 2R1’ =d 2(R1-2h)即h=R1(d/D)2/[1+2(d/D)2]所以p’=R1(0-)g/[2+4(d/D)2] (2)相对误差为 (p-p’)/p≤0.001代入式（1）和（2）： (p-p’)/p=1-1/[1+2(d/D)2]≤0.001解得：d/D≤0.02237 即D/d≥44.71-5 一虹吸管放于牛奶储槽中，其位置如图所示。
化工基础(张四方),流体流动
其它常用单位： 其它常用单位： atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、 标准大气压） 流体柱高度（ mmHg等 流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。 换算关系为： 1atm(标准大气压)=1.013×105 Pa =760 mmHg 换算关系为： 标准大气压)=1.013× )=1.013 1.033公斤 公斤( )/厘米 =10.33 mH2O =1.033公斤(力)/厘米2 2.压强的基准和表示形式 1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强称为绝对压强。 绝对压强（绝压） 流体体系的真实压强称为绝对压强。 它是以真空为起点的压力 2）表压强（表压）：以当时当地的大气压为起点的压力称为 表压强（表压） 表压。即绝对压强与大气压强之差。 表压。即绝对压强与大气压强之差。
压强 ，
真空度） 真空度）
例题： 例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表
读数为80 读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多 ，在天津操作时， 80 已知兰州地区的平均大气压85.3 85.3kPa，天津地 少？已知兰州地区的平均大气压85.3 ， 区为101.33 区为101.33kPa。 101.33 。 维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 解: 绝压= 绝压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
获得方法： 获得方法 ： （ 1）查物性数据手册 （2）公式计算： ） ）公式计算： 由理想气体方程求得操作条件（ 由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度 m PM ⇒ρ= = PV = nRT V RT 对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 kg) 存在时的体积之和， 存在时的体积之和，即
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2 2
J N= m
（1-7）
1.3.2 理想流体，且无外加功时
p1
z1 g
1 2 p2 1 2 u1 z2 g u2 2 2
（1-8）
1.3.4 方程式的意义 式（1-8）说明：理想流体作连续、定常流动时，任一截面上单位质量流体所具 有的静压能、位能与动能之和为定值，各种形式的机械能可以互相转化。 1.3.5 方程式应用时注意
流动阻力大小与流体性质（ 、 ）、壁面情况（ 或 /d ）及流动状况（ u 或 Re）有关。 流动阻力消耗了机械能，表现为机械能降低，称为压强降，用pf 表示。 注意：压强降pf 与两个截面间的压强差p的区别。 1.4.1 流体在直管中的流动阻力 l u2 hf d 2g （1-10） 式中
思考题 8 附图
第一章 流体流动与输送
1. 学习要点提示
1.1 流体静力学基本方程 讨论流体在重力和压力作用下，静止流体内部压强变化的规律及其在工程上的应用。 1.1.1 表达形式为 压力形式 能量形式 1.1.2 方程意义 1. 在同一静止流体内部，任一点的总势能相等；即不同位置的位能和静压能可以相互转 换； 2. 当液面上方压强一定时，静止流体内部任一点的压强大小是流体的密度和距液面深度的 函数。 1.1.3 方程应用的条件 在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体 1.1.4 解题关键 正确选取等压面。 1.2 连续性方程 反映流体在管内作定常连续流动时的质量守衡。表达式为： p2= p1+ g（z1- z2） (1-1) （1-2）
1.3.5.1 适用条件：（1）不可压缩流体在两截面间流体连续稳定流动； p1 p 2 p1 （2）对于气体，当 20%，可用两截面的平均密度ρm计算。 1.3.5.2 解题关键：
作图，正确选取截面，确定衡算范围 1.4 流体在管内的流动阻力 h f h f ,直 h f ,局 （1-9）
利用流体流经孔板前后产生的压力差来实现流量测量。
hf
le u 2 d 2g
特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。 1.5.2 转子流量计 通过转子悬浮位置处环隙面积不同来反映流量的大小。 1.6 离心泵 1.6.1 作用：将流体从低位能处向高位能处输送；或向流体补充能量，以克服流体在流动过程 中的能量损失。 1.6.2 主要性能参数与特性曲线： 1.6.1.1 离心泵的主要性能参数包括流量qV、扬程He、轴功率Na、效率。
思考题
1.在下图所示的U形压差计，两引压管中指示液液面高低的画法是否正确？如有错误，请 予以改正并说明原因。设管内流动的是理想流体。
(a)
思考题 1 附图
(b)
2. 某液体分别在本题附图所示的三根导管中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上 游截面1-1/的压力、流速相等。问：在三根管的下游截面2-2/的压力、流速是否相等？ 如果不相等，指出哪一种情况的数值最大？哪一种情况的数值最小？为什么？
p1 p z1 2 z 2 g g
A1u11=A2u22 （1-3） 不可压缩流体 A1u1= A2u2 （1-4） 对于圆管内均质、不可压缩流体的流动，（1-4）式可表示为：
u1 d 2 u2 d2
2
（1-5）
1.3 能量衡算方程式 能量衡算式描述流体作定常连续流动时，流入和流出一个系统的流体量和流 动参数之间的定量关系，反映流体流动中机械能守恒和转化。 1.3.1 实际流体，并有外加功时 2 2 p1 u p u z1 g 1 H e 2 z 2 g 2 h f 2 2 J· kg-1 （1-6）
思考题 2 附图
思考题 3 附图
3. 本题附图所示的高位槽液位恒定，管路中 ab和cd两段的长度、直径及相对粗糙度均相 同。某液体以一定的流率流过管路，液体在流动中温度可视为不变。问： （1）流体流过ab和cd两管段的能量损失是否相同？ （2）此两管段的压力差是否相等？并写出他们的表达式。 4. 某厂配置了两套管路系统，分别用来输送气体和液体。试分析当气体和液体的温度升高 而其它条件不变时，管路系统的输送能力如何变化。 5. 选择管径时应考虑哪些因素？ 6. 一定量的流体在圆形管内作层流流动，若管长及所用液体物性不变，而管径减为原有的 1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？ 7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好？ 8. 本题附图所示的测压管分别与三个设备 A 、 B 、 C 相连通。连通管的下部是水银，上部 是水，三个设备内水面在同一水平面上，问： (1) 1、2、3处压强是否相同？为什么？ (2) 4 、 5 、 6 处压强是否相等？为什么？ 若 h1=100mm， h1=200mm ，且知设备A直接通大 气(大气压强为101.33× 103Pa)，求B、C两设备内 水面上方的压强。
f (Re, )
d
（1-11） （1-12）
层流：
64 Re
湍流：由Re和 /d 查关联图或由其他经验式求。 1.4.2 局部阻力 u2 hf 2g （1-13） 或 （1-14） 注意：用式（1-13）或式（1-14）求突然扩大或突然缩小的局部阻力时，式中 u 均应取小管处的流速。 1.5 流量测量 1.5.1 孔板流量计