化工原理习题课.ppt

从图中看到，当Re<2000时：λ与Re成直线关系，即有：
λ=64/Re，这时阻力计算公式就是泊肃叶公式。这时Hf∝u 当2000<Re<4000时过渡流：这时λ的计算较复杂，一般可将
**理想流体柏努力方程的物理意义：
①机械能守恒；
②机械能之和为一常数，且它们之间可以相互转化；
③当流体流速u=0，则柏努力方程变为了流体静力学方
程，说明流体静力学方程是柏努力方程的一个特例，也具
有静力学方程的意义。
第一章 绪论
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伯努利方程的几何意义
P 64 L u2
Re d 2
……（3）
三个式子都是流体在直圆形管道层流流动时摩擦阻力的计算公式，也叫 哈根—泊肃叶公式。可见层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数： λ=64/Re
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（二） 而对于湍流形态λ如何求λ？
1、 λ的图解法
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一、直圆形管道阻力的通用公式
范宁公式对于层流、湍流都适用。只是两种情况下不摩擦系 数λ不同。
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（一）流体层流流动时的摩擦阻力计算公式
……（1） ……（2）
绝压/表压/真空度的关系
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PA,绝
PA（表）
大气压线
P大气压
P（真空度）
PB,绝 绝对零压线
8
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第一章 绪论
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第二节 流体静力学
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一、静压力特性 （1）流体静压强的方向总是和作用面垂直且指向该作用
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2、实际流体柏努力方程
流体流动需要一定的能量，而且流体流动过程中还存在摩擦阻力，也要消耗能 量，这就需要采用泵或风机给流体施加能量。即存在能量输入、损失。
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实验揭示出，当流体充满管道作稳定流动时，流体的流动形态 可以分为二类： 2.1 滞流形态（层流形态）： 2.2 湍流形态（紊流形态） 2.3 如何来判断流体的流动形态？
雷诺通过因次析，得到一个无因次的数群，也叫雷诺准数：
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Re du
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说明在质量流量不变的情况下，流速与管道截面积成反比。
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四、稳态流动的能量衡算式—柏努力方程
（一）流体流动过程中的能量形式
位能：流体在重力作用下，因距离基准面有一定的 高度而具有的能量。 （重力势能）
机械能 静压能：流体因被压缩而能向外膨胀做功的能力。
面。 （2）在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向
都是相等的。
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二、流体静力学基本方程式
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Pa
P1
H
h P2
Z1 Z2
静止流体的受力分析
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由左图的受力平衡得出流体静力学基本方程
P2 + Z2ρ.g =P1+ Z1ρ.g ……（1）
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三、静力学基本方程的应用—关键是找准等压面
1. 压力及压差的测量 1）U型压差计
2)双液体U管压差计—微压计 3)倒U形压差计
2.液位测量 1）玻璃管液面计 2）远距离控制液面计
3、液封高度的计算
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2、由（2）式：静压能与位能之和为一常数，并且静压能与位能
可相互转换
3、由（3）式得.液面上方受到的压强，能以同样大小传递到液
体内部。
4、将（3）式变形成（4）式得：压力或压力差可用液柱高度表
示，须注明液体种类。
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第一章 绪论
和实际流体。（黏度）
（4）按流体的流变特性分为牛顿型和非牛顿型流体。（牛
顿黏性定律）
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3、流体的密度
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单位体积流体的质量称为流体的密度ρ 。
m V
kg/m3
3.1 液体密度
液体混合物
1 w1 w2 wn
1 2
n
wi—质量分数
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第四节牛顿粘性定律与流体流动形态
1 、黏度： 单位SI制：【Pa.S】或（泊P、厘泊cP）
P=0.1 【Pa.S】； cP=0.001 【Pa.S】 2、流动形态
动能：流体因流动而具有的能量。
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能量的单位J
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（二）流体稳态流动时能量衡算式—理性流体柏努力方程
gH 1
1
u2 1
P1
gH
2
1
u2 2
P2
2
2
（1）
（1）式中每一项都表明每kg流体所具有的各种机械能单位为【J/kg】
若（2）式两边同除以g,则有：
3.2 理想气体密度
气体混合物 y11 y22 yn n yi—摩尔（体积）分数
或
pm pM
nRT RT
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Mn—纯组分摩尔质量
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4、流体的压强 单位： Pa；atm；某流体柱高度；
三、稳态流动时的物料衡算式——连续性方程
研究对象：连续性流体、不可压缩、稳态流动
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对该系统进行物料衡算：对不可压缩流体
qm1 = qm2 ；
u1.A1.ρ1 = u2.A2.ρ2
…（1）
…（2）
（1）（2）两式都叫稳态流动时的物料衡算式—连续 性方程。对于圆形管路， （2）式变形得：
外加压头或有效压头。 Hf：是指每单位重量流体流动因摩擦阻力而消耗的能量。称压 头损失。 各截面处位能、动能和静压能为状态参数。He和Hf为过程参数。
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五、伯努利方程的应用
1、注意仔细审题，明确已知条件和未知条件，找出解题思路。
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（三）流速与流量的关系：
1、qv=u.A ；【 m3.S-1】 =u.A×3600【 m3.h-1】
2、qm=ρ.u.A ； 【 kg.S-1】
qm=ρ.u.A×3600 ； 【 kg.h-1】 3、qm=qv.ρ
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从1-1截面到2-2截面进行衡算，对mkg流体进行衡算得：
对单位质量(每kg)流体进行衡算： 对单位重量(每N)的流体进行衡算：
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（1） （2）
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上面的式子都是实际流体的伯努利方程， 实际流体伯努利方程的物理意义： 1）当流体处于静止状态，则柏努力方程变为了流体静力学方程 2）总机械能（或总压头）之和为一常数，且可以相互转换。 3） He：是指外界施加给单位重量的流体的能量，【J/N】。也叫
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绪论
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1.1 学习目的：了解化工原理的研究对象，熟悉化工生 产中的基本原理和典型设备的基本知识，了解从实验化 学到工业生产所涉及的问题和解决问题的途径。（理论 到实践） 1.2 研究对象：根据某些物理操作的操作原理和特点归 纳出若干基本的单元操作，化学原理就是研究各单元操 作共性规律的。
[重点掌握]
1. 静力学方程 2. 连续性方程 3. 柏努利方程 4. 管路阻力损失计算 5. 流体测量 6. 离心泵原理及特性
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第一节 流体的基本性质
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1、连续介质假定及流体的定义 2、流体的分类
（1）按状态分为气体、液体 （2）按可压缩性可分为不可压缩流体和可压缩流体. （3）按是否忽略流体分子间作用力，分为理想流体
p1
gZ1
p2
gZ2
… （2）
P2=P1+ h.ρ.g …… （3）
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（二）流体静力学基本方程式的物理意义
1、由（1）式得。在容器中，某处的压强大小仅与其位置的高低
有关，与水平位置无关。（推广：静止的同一种连通的流体，在
同一水平面上各点所受到的压强相等---等压面）。
第一章 绪论
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根据单元操作所遵循的规律，将其划分为：
（1）质量传递
（2）热量传递
（3）动量传递
1.3 常用基本概念 （1）物料衡算：质量守恒定律在化工中的应用 （2）能量衡算：能量守恒定律在化工中的应用
1.4 单位：制国际单位制SI
第一章 绪论
1 z1
u22/2g
p2/ρg 2
u32/2g p3/ρg
3 z3
源自文库
图伯努利方程的几何意义
第二化章 学流化体工流动学院
Z — —位能头，m u2 — —动压头，m 2g p — —静压头，m g
第一章 绪论
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第五节 管内流动阻力
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流体在管道内流动时的阻力可分为两类：
滞流流动时的摩擦阻力
直管阻力
摩擦阻力
湍流流动时的摩擦阻力
局部阻力：流体经管件、阀门等导致产生的 阻力。
（2）
H
1
u2 1
P1
H2
u2 2
P2
2g g
2g g
（2）式中的每一项都表明每单位重量（N）流体所具有的各种机械能； 单位为：【J/N】或【m液柱】
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上面的式子都是理想流体柏努力方程。
H1、U12/2g、P/ρg分别是单位重量的流体所具有的位能、动能 和静压能，在工业中称：位压头，静压头，动压头。
2、确定衡算范围，选择1-1截面到2-2截面，明确能流方向。
3、要选好基准
基准量：根据是对单位质量还是单位重量流体衡算，选相应的伯努利
方程形式。
基准面：确定位能的相对大小，与地面平行即可，尽可能使计算简单。
4、列伯努利方程求解。
5、各物理量统一单位，都用SI单位。压强不仅单位要统一，而且基准也
要一致（表压、绝压）。
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第一章 流体流动和输送机械
本章内容和重点
[教学内容]
§1.1 流体基本性质 §1.2 流体静力学 §1.3 流体的动力学 §1.4 流动内部结构 §1.5 流体流动阻力 §1.6 管路计算 §1.7 流体流速、流量测量 §1.8 流体输送设备
第三节 流体动力学
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一、稳态（定态）流动：与流体流动相垂直的任一
截面上，流体的物理性质与流动参数均不随时间
的变化称为稳态流动。
二、流体的流量与流速
（一）流体的流量
体积流量qv：
m3.S-1；
质量流量qm：
kg.S-1；
（二）流速u：单位是：m/s。
第一章 绪论
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➢ 基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10.33mH2O =760mmHg
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绝压 ---以绝对零压作为基准
压强大小的两种表征方法 表压 ---以当地大气压为基准
第一章 绪论
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表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强 表压强=-真空度
① 当Re＜2000时，为滞流形态；
② Re＞4000时，为湍流形态；
③ 2000＜ Re ＜ 4000时，为过渡状态。
Re的物理意义：
（1）是判断流体流动形态的依据。
（2）反映流体流动的湍流程度。
(3)可变形为： Re=duρ/μ=ρu2/μu/d，体现惯性力与粘性力
之比。
根据Re准数的大小将流动分为三个区域：层流区、过渡区、湍 流区，但流动类型只有两种：层流与湍流。