《化工原理》课件—01流体流动(层流时机械能损失)
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化工原理课件——第一章 流体流动
3、Vs，Ws，u，G之间的关系：
u=Vs/A Vs=uS G=Ws/A=uA/A=u
4、圆形管道直径的选定：
一般管路截面积都是圆形，
S＝
4
d
2 i
Vs=u
4
d i2
则 u=Vs/
4
di=
d i2
4V s
u
稳定流动与不稳定流动
1、 稳定流动 各截面上流体的流速，压强，密度等有关物理量仅随位置而改变，不随时间而 改变的流动称为稳定流动。 2、不稳定流动 各截面上流体的流速，压强，密度等有关物理量不仅随位置而改变，而且随 时间而变的流动就称为不稳定流动。
流体静压强（压力）
静止流体中任意界面上只受到大小相等方向相反的压 力，由于该压力产生在静止流体中，因而称为静压力。 单位面积上所受的静压力，称为流体静压强。 p =P/A N/m2(Pa) 使界面的面积缩小并趋于一点 ：
p lim
p A
A 0
流体静压强的特征
1、流体静压强的方向总是和作用的面相垂直，并指相所考虑的那部 分流体的内部，即沿着作用面的内法线方向。 2、静止流体内部任何一点处的流体静压力，在各个方向都相等。 3、在流体与固体接触的表面，不论器壁的方向形状如何，流体静压 力总是垂直于器壁。
流体稳定流动时的物料衡算—连续性 方程
物料衡算 Ws1＝Ws2＝常数 kg/s u11A1=u22A2＝常数 ～ 连续性方程 若流体不可压缩液体 ＝常数 u1S1=u2S2 对圆管 S=d2/4 u1d12=u2d22
流体稳定流动时的能量衡算—柏努利 方程
一、流动系统的总能量衡算
第一章化工原理流体流动课件
第一章流体流动液体和气体统称为流体。
流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小，无固定形状，随容器的形状而变化，在外力作用下其内部发生相对运动。
流体随压强的改变而改变自身体积的性质称为流体的压缩性。
压缩性的大小被看作是气体和液体的主要区别。
由于气体在压强增大时体积缩小，而液体则变化不明显，故气体属于可压缩性流体，液体属于不可压缩性流体。
气体在输送过程中若压强和温度变化不大，因而体积和密度变化也不大时，也可按不可压缩流体来处理。
一般气体在常温常压下仍可按理想气体考虑，以简化计算。
在化工生产中，涉及流体流动的规律，主要有以下几个方面：(1)流体阻力及流量、压强的计算(2)流动对传热与传质及化学反应的影响(3)流体的混合第一节流体静力学基本方程流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。
也即流体在静止状态下流体内部压力的变化规律。
1－1－1 流体的密度单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为：（1—1）式中：ρ——流体的密度，kg / m3；m——流体的质量，kg；V——流体的体积，m3。
不同流体的密度是不同的，对一定的流体，密度ρ是压力p和温度T的函数，可用下式表达：ρ = f ( p，T )液体的密度随压力的变化甚小，可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体。
温度对液体的密度有一定影响，但改变不大（极高压力下除外），液体的密度ρ一般可从物理化学手册或有关资料中查到。
气体具有压缩性及膨胀性，其密度随压强，温度的变化很大。
当压强不太高，温度不太低时，其密度可近似地按理想气体状态方程式来计算：ρ= m / V = pM / RT （1—2）式中：p——气体的绝对压强，kN / m2或kPa；T——气体的绝对温度，K；M——气体分子的分子量；R——气体常数，8.314 kJ / kmol·K。
若以知标准状态下气体的密度ρ0、温度T0和压力P0，则某状态下(T、P)理想气体的密度ρ也可按下式计算：ρ = ρ0T 0P / TP0（1—3）式中：ρ0——标准状态下（T０＝273K P０＝101.33 kPa）气体的密度，kg / m3ρ0 = M / 22.4 kg / m3在化工生产中所遇到的流体，往往是含有几个组分的混合物。
化工原理课件 1 流体流动
46
1）普通 U 型管压差计（ U-tube manometer ）
pa p'a
p1 Bgz1 R p2 Bgz2 AgR
p1 Bgz1 p2 Bgz2 A B gR
z2
定义： 虚拟压强 P p gz z1
P1 P2 A B gR
粘度是流体的重要物理性质之一, 它是流体组成和状 态 ( 压力、温度) 的函数。
气体: f (T , p) 一般而言: f (T ) T
液体: f (T ) T
24
2.流体的粘度
μ的单位:
1）SI制:
[] [ ]
du / dy
Pa m.s 1.m1
11
第1章 流体流动
1.1 流体的物理性质 1.1.1 流体的密度
12
1.定义
单位体积流体的质量，称为流体的密度。
m
V
kg/m3
13
2.液体的密度
液体的密度: f (T )
混合液体的密度: 设定混合液体的体积= 分体积之和, 即:
V VA VB ...
以 1 kg混合液体为基准，有
p p p11 p2 2
RR aa bb
00
0 0
aa
bb
RR
pp11
a
a
a
p p p11 p2 2
0
0
pp11 pp22
pp22
bb
02 02
RR1 1
aa
a
01 01
bb
((aa))
((bb))
((cc))
((dd))
1）普通 U 型管压差计（ U-tube manometer ）
1）普通 U 型管压差计（ U-tube manometer ）
pa p'a
p1 Bgz1 R p2 Bgz2 AgR
p1 Bgz1 p2 Bgz2 A B gR
z2
定义： 虚拟压强 P p gz z1
P1 P2 A B gR
粘度是流体的重要物理性质之一, 它是流体组成和状 态 ( 压力、温度) 的函数。
气体: f (T , p) 一般而言: f (T ) T
液体: f (T ) T
24
2.流体的粘度
μ的单位:
1）SI制:
[] [ ]
du / dy
Pa m.s 1.m1
11
第1章 流体流动
1.1 流体的物理性质 1.1.1 流体的密度
12
1.定义
单位体积流体的质量，称为流体的密度。
m
V
kg/m3
13
2.液体的密度
液体的密度: f (T )
混合液体的密度: 设定混合液体的体积= 分体积之和, 即:
V VA VB ...
以 1 kg混合液体为基准，有
p p p11 p2 2
RR aa bb
00
0 0
aa
bb
RR
pp11
a
a
a
p p p11 p2 2
0
0
pp11 pp22
pp22
bb
02 02
RR1 1
aa
a
01 01
bb
((aa))
((bb))
((cc))
((dd))
1）普通 U 型管压差计（ U-tube manometer ）
化工原理课件第1章：流体流动
C.G.S制
dyn
cm2 P（泊 ） cm s cm
换算如下：
1厘泊（cP）＝10－2 泊（P）＝10－3 N· s/m2＝10－3 Pa· s 运动粘度：
化工原理——流体流动
1.3.1 流体流动的基本概念
• 温度对粘度的影响：
气体的粘度比液体的粘度大约小两个数量级。
•
压力对粘度的影响一般可以忽略不计 对于不缔合混合液体：lg m xi lg i
Y Fy / m Z Fz / m
其数值也就分别等于自由落体加速度g在x、y、z轴上的分 量，则： z X Y 0
Z m g / m g
x y
化工原理——流体流动
1.1.2 流体流动中的作用力
2. 表面力——与流体微元接触的外界（器壁、或指定的 流体微元周围的其他流体）施加于该流体微元之力。
化工原理——流体流动
B
p1 p A gh1 p2 pB g (h2 R) i gR
h2
A
p1 p2
整理得：
h1
( p A ghA ) ( pB ghB ) Rg ( i )
' ' pA pB Rg ( i )
i 1 n
• 混合物的粘度
对于低压混合气体：
m
y M
i 1 n i i
n
i
1 2
y M
i 1 i
i
1 2
化工原理——流体流动
1.3.1 流体流动的基本概念 4. 粘性流体与理想流体
自然界中的流体都具有粘性，具有粘性的流体统称为粘性流体或 实际流体。完全没有粘性即μ＝0 的流体称为理想流体。 理想流体实际上不存在，但引入理想流体的概念在研究实际流体 流动时很重要。因为粘性的存在给流体流动的数学描述和处理带来很 大困难，因此对于粘度较小的流体如水和空气等，在某些情况下可首 先将其视为理想流体。但当粘性对流动起主导作用时，则实际流体不 能按理想流体处理。
《化工原理》课件—01流体流动(连续性方程+能量衡算)
1 2
u12
p1
Ws
gz2
1 2
u22
p2
W f ,12
gz1
1 2
u12
p1
gz2
1 2
u22
p2
1、计算输送流体所需的功Ws或功率P； 2、计算流体流速、压强、所处位置高度； 3、分析机械能之间相互转化的规律等。
应用举例
1、确定输送设备的功率 P
用泵将碱液池的碱液输送至吸收塔顶，经喷 咀喷出，泵的进口管为108×4.5mm的钢管， 流速为1.5m/s, 出口管为76×2.5mm，储 液池碱液深度1.5m，池底至喷咀的垂直距 离20m,流动阻力损失30J/kg，喷咀处表压 0的.3效k率gf为/c6m52%，。碱液密度ρ=1100kg/m3,泵
p2v2
p2
p2
pdv d( pv) vdp ( pv) vdp
v1
p1v1
p1
p1
即：
Q
Ws
U
gZ
1 2
u2
( pv)
U Q W
p2
Q (( pv) vdp W f 12 )
p1
两式合并，有：
Q Ws Q (( pv)
p2
vdp
p1
W
f
12 )
gZ
1 2
u2
(
pv)
gz1
1 2
u12
p1
gz2
1 2
u22
p2
gz为单位质量流体所具有的位能； p/ρ为单位质量流体所具有的静压能；
u2/2为单位质量流体所具有的动能。
gz1
1 2
u12
p1
gz2
1 2
中山大学化工原理课件 第1章-流体流动(1)
1 atm(标准大气压)＝1.013×105 Pa ＝760 mmHg ＝10.33 mH2O
绝对压力 ---以绝对真空为基准
（2）压力大小的两种表征方法
表压 ---以当地大气压为基准
表压＝绝对压力－当地大气压
真空度＝当地大气压－绝对压力
真空度=当地大气压-系统绝压 ＝－（系统绝压－当地大气压） ＝－表压 例如某系统真空度为 200mmHg，当地大气压为 101.3kPa， 则：表压＝－真空度＝-200/760*101.3=-26.7kPa 系统绝压=表压＋当地大气压
四. 流体的流动属性 1．流量和流速 体积流量 流量 qV＝ V t
m3 / s
kg/s
qm ＝ qV
m 质量流量 qm ＝ t
流速
qV …… 平均流速 u ＝ A 体积流速 质量流速 qm w＝ A kg/(m2s)
m/s w＝u
qm ＝w A ＝ u A
2．流体的运动状态 (1) 稳定流动 流体流动过程中，任一截面上与流动相 关的物理量 (流速、压强、密度等) 不随时 间变化的流动。 (2) 不稳定流动 在流动过程中，流体在任一截面上的物 理量随时间而变化的流动。
1 7
第二节. 连续性方程式 流体流动过程中 质量守恒 涉及三大守恒定律： 动量守恒 能量守恒
1
质量衡算
衡算范围—划定体积/控制体积/控制体
控制体 2 1
对于在控制体内作稳定流动的流体， 根据质量守恒定律有： qm1 ＝ qm2 ＝ 常数
1 u1 A1 ＝ 2 u2 A2 ＝常数
2
连续性方程式
2 总能量衡算式：U1 + g1Z1 + u1 / 2 + p1/ 1 + Qe +We ＝U2 + g2Z2 + u22/ 2 + p2/ 2 (J/kg)
化工原理流体流动ppt课件
倾斜 管路 压差 测量:
Pa Pb
根据流体静力学方程
Pa P1 Bgm R
Pb P2 Bg(z m) AgR
P1 B gm R
P2 B g(z m) AgR
P1 P2 A B gR Agz 当管子平放时： P1 P2 A B gR
——两点间压差计算公式
式中 ：M１、M2、… Mn—— 气体混合物各组分的分子量
Ø气体混合物的组成通常以体积分率表示。
Ø对于理想气体：体积分率与摩尔分率、压力分率是相等的。
液体混合物: 液体混合时，体积往往有所改变。若混合前
后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体 积之和，则可由下式求出混合液体的密度ρm。
当被测的流体为气体时，A B , B 可忽略,则
P1 P2 A gR
※若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气
相通，那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气 压之差，也就是被测流体的表压或真空度。
p1 pa
p1 pa
表压
真空度
当P1-P2值较小时，R值也较小，若希望读数R清晰， 可采取三种措施：①两种指示液的密度差尽可能减
实际流体都是可压缩的
一般，液体可看成是不可压缩的流体 气体可看成是可压缩流体
第一节 流体静力学
流体静力学主要研究流体静止时其 内部压强变化的规律。描述这一规律的 数学表达式，称为流体静力学基本方程 式。先介绍有关概念。
一、流体的压力
（1） 定义和单位
压强－－流体垂直作用于单位面积上的力称为流 体的压强，工程上习惯称为流体的压力。
1mw 1 1w 2 2 w n ni n1w ii (1-7)
式中 w1、w2、…，wn —— 液体混合物中各组分的质量分率； ρ1、ρ2、…，ρn —— 液体混合物中各组分的密度，kg/m3；
化工原理第1章 流体流动 流动6课件
A( f B ) B ( f A)
b）实验，重新标定刻度-流量曲线(常用方法） * 量程不符时，
改变转子ρf、Vf、Sf
qV CR s2
2gVf ( f ) sf
3) 转子流量计的量程
4) 阻力损失
qV max S2,max
q S V min
2,m in
Re 10 4时，阻力损失不随流量 变化。
喉管
2) 特点 节流式流量计 (恒截面，变压差)
(2) 测量原理 列1-1及2-2面间的机械能方程式：
p1 u12 p2 u22
2 2
代入： u1
u2S2 S1
得：u22[1
(
S2 S1
)2
]
2
p
u2 C
2p
u2 C
2p
考虑流动阻力，引入校正系数
校正：u2 CV
2p
CV
2( )gR
p2 p1
20%时，视为不可压缩流体
，
m
p1 p2 20%时，按可压缩流体处理 p1
处理方法，见书P69-73
1.6 流速和流量测定
应用公式：
p1
gz1
u12 2
We
p2
gz2
u22 2
R
1u1s1 2u2s2
R
(
l
le
d
)
u2 2
1.6.1 测速管（毕托管 Pitot ） (1) 结构 同心套管、压差计
2) 特点： 变截面，恒压差
(2) 测量原理 原理：转子在流体中受力平衡，重力=浮力 对控制体(含转子的圆柱体)作力衡算：
V f f g (V V f )g S f ( p1 p2 )
化工原理课件1液体流动
即： f 0
t
1.流体流动
1.1.1 流体流动的考察方法
四、两种考察方法的比较 1、流线与轨线
⑴轨线 ：某一质点的运动轨迹 (拉格朗日法的结果)。
⑵流线：同一瞬间时不同质点 的速度方向(欧拉法的结果)。如右 图，流线上四个箭头分别表示在 同一时间四个不同空间位置上a、 b、c、d四个流体质点
1.流体流动
1.2.1 静压强在空间的分布
⑵对于气体 f ( p,T )， 即既与温度有关 ,又与压强有关 ， 是可压缩流体 。
二、流体静力学基本方程式 1、静压强
空间各点 p f x, y, z。
2、流体微元的受力平衡 如下图所示，作用于立方体流体微元上的力有两种，
即表面力和体积力。
压强或压强差的大小可用某种液体的液柱高度表示， 但必须注明是何种液体 。如mmHg，mH2O。
pv，v——流体的比容
[ p]
N/m2 Kg/m3
=
Nm Kg
=J/Kg
1.流体流动
1.1.3 流体流动中的机械能
内能 流体所含的能量机械能位压 动能强 能能 机械能（位能、动能、压强能）在流动过程可以互 相转换，亦可转变为热或流体的内能。但热和内能在流 体流动过程不能直接转变为机械能而用于流体输送。 机械能损失—内摩擦力作用。
⑶流线的两个重要属性 ①各流线是不会相交的 ②不是真正几何意义上的点， 而是具有质点尺寸的点
1.流体流动
1.1.1 流体流动的考察方法
2、系统与控制体 ⑴系统：是包含众多流体质点的集合（是采用拉格
朗日法考察流体的），系统的边界随着流体一起流动， 其形状和大小都是随着时间而变化。
⑵控制体：是划定一固定的空间体积，构成控制体
t
1.流体流动
1.1.1 流体流动的考察方法
四、两种考察方法的比较 1、流线与轨线
⑴轨线 ：某一质点的运动轨迹 (拉格朗日法的结果)。
⑵流线：同一瞬间时不同质点 的速度方向(欧拉法的结果)。如右 图，流线上四个箭头分别表示在 同一时间四个不同空间位置上a、 b、c、d四个流体质点
1.流体流动
1.2.1 静压强在空间的分布
⑵对于气体 f ( p,T )， 即既与温度有关 ,又与压强有关 ， 是可压缩流体 。
二、流体静力学基本方程式 1、静压强
空间各点 p f x, y, z。
2、流体微元的受力平衡 如下图所示，作用于立方体流体微元上的力有两种，
即表面力和体积力。
压强或压强差的大小可用某种液体的液柱高度表示， 但必须注明是何种液体 。如mmHg，mH2O。
pv，v——流体的比容
[ p]
N/m2 Kg/m3
=
Nm Kg
=J/Kg
1.流体流动
1.1.3 流体流动中的机械能
内能 流体所含的能量机械能位压 动能强 能能 机械能（位能、动能、压强能）在流动过程可以互 相转换，亦可转变为热或流体的内能。但热和内能在流 体流动过程不能直接转变为机械能而用于流体输送。 机械能损失—内摩擦力作用。
⑶流线的两个重要属性 ①各流线是不会相交的 ②不是真正几何意义上的点， 而是具有质点尺寸的点
1.流体流动
1.1.1 流体流动的考察方法
2、系统与控制体 ⑴系统：是包含众多流体质点的集合（是采用拉格
朗日法考察流体的），系统的边界随着流体一起流动， 其形状和大小都是随着时间而变化。
⑵控制体：是划定一固定的空间体积，构成控制体
化工原理第一章流体流动课件
流体静力学基本方程
STEP 02
STEP 01
流体静力学基本方程是流 体静压强与其密度和重力 加速度的关系式。
STEP 03
该方程是流体静力学中的 基础方程，对于理解流体 静力学中的各种现象非常 重要。
该方程可以用来计算流体 的静压强、流体的密度和 重力加速度之间的关系。
静压力对流体的作用力
流体在静压力作用下会产生压缩或膨 胀，这与其弹性有关。
Part
04
流体流动的阻力
流动阻力的产生与分类
流动阻力
流体在管道中流动时，由于流体内部及 流体与管壁之间的摩擦而产生的阻力。
VS
阻力分类
直管阻力和局部阻力。直管阻力是流体在 管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的 粗糙度引起的摩擦阻力；局部阻力则是流 体流经管路中的阀门、弯头等局部结构时 ，由于流体的方向和速度发生急剧变化而 引起的阻力。
流体微团的运动分析
流体微团的定义
流体微团是指流体中无限接近的、密合在一起的若干分子组成的微小团体。
流体微团的运动分析
通过对流体微团的运动分析，可以研究流体的宏观运动规律，如速度场、加速 度、角速度等。这些参数对于理解流体动力学的基本原理和工程应用非常重要 。
牛顿粘性定律及流体的分类
牛顿粘性定律的定义
绝对压力
以完全真空为零点测量的 压力，单位为帕斯卡（Pa ）。
表压
以当地大气压为基准测量 的压力，单位也为帕斯卡 （Pa）。
真空度
与大气压相比的压力差值 ，单位为帕斯卡（Pa）。
流体静压强分布规律
流体静压强大小与流体的 密度、重力加速度和高度 有关。
在重力场中，流体静压强 随高度增加而减小。
在同一高度上，不同流体 的静压强不同。
南京理工化工原理课件1--流体流动
衡算基准： 单位重量流体为基准（m）：
We hf H 压头损失 H e 有效压头； f g g
2 u12 p1 We u2 p2 We h f Z1 Z2 2g g g 2g g g g
z1：位压头 u12/2g:动压头 p/ρ g：静压头 单位体积流体为计算基准（Pa）
三. 静压强的表示方法
绝对压强（ata）：以绝对真空为基准量得的压强； 表压强（atg）：以大气压强为基准量得的压强。
1-1-3 流体静力学基本方程
流体静力学基本方程是描述静止流体内部在压力和重力作用下， 流体的平衡规律，实质上是描述静止流体内部压强的变化规律。
对于dz微元：pA-(p + dp)A-ρ gAdZ= 0 对于同一流体，ρ 为常数，积分得： p1 p gz1 2 gz2
物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度时剪应力
的大小。
粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出
来。
粘度是流体物理性质之一，其值由实验测定
1-3-2 流动类型与雷诺准数
雷诺实验
流动类型：层流和湍流
雷诺指出： （1）当Re≤2000时，出现层流区，层流是稳定的。
（2）当2000＜Re＜4000时，有时出现层流，有时出现 湍流，决定于外界的扰动，此为过渡区。
p/ρ —单位质量液体所具有的静压能
1-1-4
流体静力学基本方程式的应用
一、压强与压强差的测量 1．U 型压差计
（pA+ρ gzA）－（pB+ρ gzB）=Rg （ρ A－ρ ） 两测压口处于等高面
pA－pB=（ρ A－ρ ）gR
2．微差压差计
（1）两种指示 液密度相 接近且不互溶。
化工原理流体流动与输送机械PPT课件
1.1.1.连续介质的假定
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
11
1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
12
1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
11
1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
12
1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：
化工原理-第一章-流体流动PPT课件
压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但必须 标明是何种液体液柱。
.
16
例题:1.判断下面各式是否成立 PA=PA′ PB=PB′ PC=PC′
2.细管液面高度 h
油 H1
水
H2
C C'
A h A'
1 = 800kg/m3 2 =1000kg/m3
H1= 0.7m
B B' H2= 0.6m
3.当细管水位下降到多高时,槽内水将放净?
0
P1 - P2= R g 0
倒U型管压差计？ P15
.
20
U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反
应，且其密度应大于被测流体。
.
21
2.倾斜液柱压差计
R1
R
R1=R/sin R= R1 sin
.
22
3. 微差压差计— 放大读数
p 1
p 2
C R
特点： （1）内装两种密度相近 且不互溶的指示剂； （2）U型管两臂各装扩 大室（水库）。
➢各项机械能的单位皆为J/kg。
.
46
➢ 对可压缩流体 ，当( p1 - p2 ) / p1 < 20% 时，上 式仍可用，ρ取平均值；
➢ 当流体静止时，u = 0，则可得到流体静力学方程
式。
Z1g+Pρ1
=Z2g+
P2 ρ
P2= P0+ g h
.
47
➢ 亦可用单位重量的流体为基准:
Z1+ρ P g 1+2 ug 12=Z2+ ρ Pg 2+2 ug 22
测量压强的仪表种类很多，其中以流体静力 学基本方程式为依据的测压仪器称液柱压差计， 它可测量流体的压强或压强差，其中较典型的有 下述两种。
.
16
例题:1.判断下面各式是否成立 PA=PA′ PB=PB′ PC=PC′
2.细管液面高度 h
油 H1
水
H2
C C'
A h A'
1 = 800kg/m3 2 =1000kg/m3
H1= 0.7m
B B' H2= 0.6m
3.当细管水位下降到多高时,槽内水将放净?
0
P1 - P2= R g 0
倒U型管压差计？ P15
.
20
U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反
应，且其密度应大于被测流体。
.
21
2.倾斜液柱压差计
R1
R
R1=R/sin R= R1 sin
.
22
3. 微差压差计— 放大读数
p 1
p 2
C R
特点： （1）内装两种密度相近 且不互溶的指示剂； （2）U型管两臂各装扩 大室（水库）。
➢各项机械能的单位皆为J/kg。
.
46
➢ 对可压缩流体 ，当( p1 - p2 ) / p1 < 20% 时，上 式仍可用，ρ取平均值；
➢ 当流体静止时，u = 0，则可得到流体静力学方程
式。
Z1g+Pρ1
=Z2g+
P2 ρ
P2= P0+ g h
.
47
➢ 亦可用单位重量的流体为基准:
Z1+ρ P g 1+2 ug 12=Z2+ ρ Pg 2+2 ug 22
测量压强的仪表种类很多，其中以流体静力 学基本方程式为依据的测压仪器称液柱压差计， 它可测量流体的压强或压强差，其中较典型的有 下述两种。
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Wf
l
d
u2 2
或：
p f
Wf
l
d
u 2
2
范宁（Fanning)公式，λ为摩擦系数。
4、阻力能量损失的各种表示法
W f，12 －单位质量流体流动阻力能量损失，J/kg
H f ,12
W f，12 g
－单位重量流体流动阻力能量损失， J/N= m，也称阻力压头。
Pf W f，12 －单位体积流体流动阻力能量损失，
)2
流体在圆管内作稳定层流流动时，管内（半径区域 内）各点的速度分布图
3、平均流速与最大流速的关系
平均流速：
u
qv
R 2
R
积分体积流量： qv 2ur rdr 0
ur
p f
4 l
(R2 r2)
推出：
qv
p f 2l
R
(R2 r2)rdr
0
qv
p f 2l
R
(R2 r2)rdr
0
qv
基准
解：
解题要求规范化
z1g
p1
u12 2
W
z2 g
p2
u22 2
hf
式中，z1=0，z2 =7；p1=0(表压)， p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u10, u2=u1(d2/d1)2=1.5( (89-2×3.5) /(76-2×2.5))2=2.0m/s
hf 40J / kg
(4)外加能量
外加能量W在上游截面一侧，能量损失在下游截面一侧。 外加能量W是对每kg流体而言的，若要计算的轴功率，需将W 乘以质量流量，再除以效率。
例 用泵将贮槽(通大气)中的稀碱液送到蒸发器中进行 浓缩，如附图 所示。泵的进口管为φ89×3.5mm的钢 管，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为 φ76 × 2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入 口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失 为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在 0.2kgf/cm2 （表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需的 外加能量。
3、阻力损失计算通式 - 范宁公式
➢圆直管中的范宁公式推导
分析流体在直径为d，长度为l的水平管内的水平受力
F wdl
1
u p1
F
d
F
p1
4
d
2
1`Βιβλιοθήκη l2Ｐ22`
p2
4
d
2
对匀速运动，合力为零，即：
p1 4
d2
p2
4
d2
F
p2
4
d2
wdl
p1
p2
4 wl
d
p1
p2
4 wl
d
已知不可压缩流体在水平等径管内作稳定流动时，柏
用柏努利方程式解题时的注意事项：
(1)选取截面 ➢连续流体； ➢两截面均应与流动方向相垂直。
强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。
不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的 相应截面。
(2)确定基准面
基准面是用以衡量位能大小的基准。
(3)压力
柏努利方程式中的压力p1与p2只能同时使用表压或绝对压 力，不能混合使用。
代入上式， 得W=128.41J/kg
管道内流体流动的阻力与能量损失
gz1
1 2
u12
p1
Ws
gz2
1 2
u2
2
p2
W f ,12
流体流动过程要解决的重要问题之一： 流体流动的阻力
本节核心内容：分析流阻因素、计算流阻
一、流体流动阻力与范宁公式
1、流体阻力产生的原因 流体粘性－－产生摩擦阻力的内因 湍流应力－－产生摩擦阻力的外因
等。
管件 (pipe fitting)
管件：管与管的连接部件。
弯头
作用：
➢改变管道方向(弯头); ➢连接支管(三通); ➢改变管径(变形管); ➢堵塞管道(管堵)。
三通
变形管
螺旋接头
卡箍接头
阀门 (Valve)
装于管道中用以开关管路或调节流量。
❖ 截止阀 (globe valve) ❖ 闸阀 (gate valve) ❖ 止逆阀(check valve): 单向阀
p f 2l
( R2 2
r2
R
1
r4
R
)
04 0
p f R4 8 l
平均流速为：
u
qv
R 2
p f
8l
R2
平均流速与最大流速的关系
由：
u p f R 2
8l
uc
p f
4l
R2
推出：
u uc 2
流体在圆管内作层流流动时，管截面上的平均流速
是最大流速的二分之一。
4、层流阻力损失计算式
u p f R 2
8l
R d 2
u p f d 2
32l
8lu 32lu
p f R2 d 2
哈根－泊谡叶公式
或者：
Wf
p f
32lu d 2
层流阻力损失计算式的物理意义
p f
32lu
d2
Wf
32lu d 2
1、流体在圆管内作层流流动时，压力降（阻力损失） 与流过的距离及流速成正比、与管径平方成反比。
2、降低流体粘度可减少阻力损失。
p1 p2
Wf
p f
dur
p f
2l
rdr
2、层流的流速分布与最大流速
积分：
ur 0
dur
p f
2l
r
rdr
R
得：
ur
p f
4l
(R2
r2)
层流流体在圆直管内的流速分布。
ur
p f
4l
(R2
r2)
当r=0时，
u uc
，uc
p f
4l
R2
ur
uc
1
(
r R
)2
作图：
ur
uc
1
(
r R
J/m3=Pa，也称为压力降或压力损失。
二、层流时的阻力损失计算
1、管内任取一流体柱分析其受力
推动力：净压力
( p p )r2
1
2
( p1 p2 )r2 pf r2
阻力：内摩擦力
rS
dur dr
(2rl)
2rl
dur dr
合力为零，即：
( p1
p2 )r 2
2rl
dur dr
对水平等径管：
5、层流时的摩擦系数计算式
比较哈根－泊谡叶公式与范宁公式
p f
32lu
d2
p f
l
d
u 2
2
得： 64 64 du Re
层流时，摩擦系数与流速反比。
本节要点
流体在圆直管中的流动阻力计算通式 —范宁（Fanning）公式
Wf
l
d
u2 2
p f
W f
2、流体阻力的分类
直管阻力损失（沿程阻力损失）
－流体流经直管产生的机械能损失
局部阻力损失
－流体流经管件、阀门产生的机械能损失
管子(pipe)
分类： ➢按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡
胶管等；
➢按加工方法：钢管又有有缝与无缝之分； ➢按颜色：有色金属管又可分为紫铜管、黄铜管、铅管及铝管
努利方程为：
p1
p2
Wf
Wf
4 wl d
上式为流体在圆形直管流动时，阻力损失与摩 擦应力之间的一般关系式。
Wf
4 wl d
阻力损失与流速有关，将Wf表示为动能的函数，即：
Wf
4 wl d
2 u2
u2 2
8 w l u 2 u 2 d 2
令：
Wf
8 w u 2
l d
u2 2
8 w u 2