化工原理第一章_3
第一章-流体流动-第三节-流体流动中的守恒原理
西北大学化工原理课件
ΣFx = qm (u2 x − u1x ) ΣFy = qm (u2 y − u1 y ) ΣFz = qm (u2 z − u1z )
式中qm为流体的质量流量，kg/s；ΣFx、ΣFy、ΣFz 为作用于控制体内流体上的外力之和在三个坐标轴上 的分量。
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动量守恒定理的应用举例 (1) 弯管受力 (2)流量分配
1 2 p1 1 2 p2 z1 g + u1 + + he = z2 g + u2 + + Σh f ρ ρ 2 2
g z ——位能
u2 2 p
动能 静压能
总机械能
ρ
Σhf ——能量损失 he——外加能量 单位——J/kg
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用柏努利方程解决问题的步骤： 条件：对不可压缩的定态流动且与外界没有能量交换
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第三节
流体流动中的守恒原理
流体流动规律的一个重要方面是流速、压强等 运动参数在流动过程中的变化规律。流体流动应当 服从一般的守恒原理：质量守恒、能量守恒和动量 守恒。从这些守恒原理可以得到有关运动参数的变 化规律。
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一、 质量守恒
1、流量 单位时间内流体流过管道任一截面的物质量 体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。 qV—单位（m3/s或m3/h）—因次[L3/T] 质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。 qm—单位(kg/s或kg/h)—因次[M/T] 二者关系： q m＝q vρ
℘ u + =C ρ 2
2
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2、沿流线的机械能守恒 柏努利方程也适合于做定态流动时同一流线的 流体，因为定态流动时流线和轨线重合。 3、理想流体管流的机械能守恒
化工原理(第一章第三节)
• 三、流动类型
• 1.层流 层流 • 流体质点作直线运动，即流体分层运动， 流体质点作直线运动，即流体分层运动，层 次分明，彼此互不混杂。 次分明，彼此互不混杂。 在总体上沿管道向前运动， 在总体上沿管道向前运动，同时还在各个方 向作随机的脉动。 向作随机的脉动。
• 2.湍流 湍流 •
• 四、影响流型的因素
• 二、粘度 • 衡量流体粘性大小的物理量叫粘度。 衡量流体粘性大小的物理量叫粘度。 • 粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速 度梯度时剪应力的大小。 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。 联系，只有在运动时才显现出来。 • 粘度是流体物理性质之一， 粘度是流体物理性质之一 ， 其值一般由实验 测定。液体的粘度随温度升高而减小， 测定 。 液体的粘度随温度升高而减小 ， 气体的粘 度则随温度升高而增大。 度则随温度升高而增大 。 压力对液体粘度的影响 很小，可忽略不计，气体的粘度， 很小 ， 可忽略不计 ， 气体的粘度 ， 除非在极高或 极低的压力下，可以认为与压力无关。 极低的压力下，可以认为与压力无关。 • 粘度的单位， SI制中为 制中为： .s， 粘度的单位，在SI制中为：Pa .s，常用单位 还有： (P)、厘泊(cP) 它们之间的换算是： (cP)， 还有：泊(P)、厘泊(cP)，它们之间的换算是： • 1 Pa .s = 10 P = 1000 cP
1. 连续性方程
u1 d2 2 u2 =( d1 )
2. 柏努利方程
p2 1 2 p1 1 2 u2 +Wf u1 +We = gZ2 + ρ + gZ1 + ρ + 2 2 当能量用液柱高度表示时，上式可改写成 当能量用液柱高度表示时， p2 1 2 p1 1 2 u2 +hf u1 +he = Z2 + Z1 + + + ρg ρg 2g 2g 当能量用压力表示时， 当能量用压力表示时，柏氏方程可改写成
化工原理第一章第三节(07级)PPT课件
Ne=ms we=15×2880=43200(w)=43.2(kW)
答：泵的有效功率为43.2kW。
2.16MPa 22
36m
第一章 流体流动
机械能衡算式与连续性方程是解决流体输送问题不可缺少的两个关 系式，下面通过几个例题来说明其应用。
例1 桶中的水经虹吸管流出，如图所示，设流动阻力可以不计，求管内 水的流速，又，求截面 A（管内）、B、C三处的静压力。管径不变，大 气压为101.3kPa。
D
(1) 能自动排出的水量及排水所需时间； H
1.5m
(2) 如在泄水孔处安装一内径与孔径相同
的0.5m长的导水管（虚线所示），水箱 能否自动排空及排水所需时间（流动阻 力可忽略不计。）
0.5m
d
解：(1) 设 t 时箱内水深 H，孔口流速为 u0，以孔口面为基准 面，在水面与孔口截面间列柏努利方程，有
解：取桶内液面为截面1,管出口为截面2,以截面2为计算位能的基准水 平面，则：Z1=0.7m，Z2=0。 u1=0，p1=pa=101.3kPa。
因无外功加入，流动阻力可以忽略不计，即：
We = 0, Wf = 0。 在截面1和截面2之间列柏努利方程，有:
Z1g+u12 /2+p1 /ρ+ We = Z2g+u22 /2+p2 /ρ+Wf 将已知数据代入上式得：0.7g = u22/2
利用此总压头数值可以分别求得各截面上的静压头与压力。 截面A： pA/ρg = h –ZAg-uA2/2g
=11.03-0.7-0.7 =9.63mH2O pA =9.63mH2O=94400Pa 截面B： pB/ρg = h –ZBg-uB2/2g
=11.03-1.2-0.7=9.13mH2O pB =9.13mH2O=89500Pa 截面C： pC/ρg = h –ZCg-uC2/2g
化工原理第一章3.4节
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（一）、光滑管 ）、光滑管 柏拉修斯式： 柏拉修斯式：
λ = 0.316 Re 0.25 ， Re = 8 × 10 3 ~ 10 5
0.32 λ = 0.0056 + 0.5 Re ， Re = 3 × 10 3 ~ 3 × 10 6 顾琉珍公式： 顾琉珍公式：
尼－卡公式： 1 卡公式：
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层流时此段长度与管层之比约等于0.05Re 湍流时进口段长度大约等于40～50d。
层流边界层 湍流边界层
缓冲层
层流底层
层流边界层与湍流边界层
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二、边界层分离（产生大量漩涡） 边界层分离（产生大量漩涡） 摩擦阻力（表面阻力） 形体阻力（弯曲、扩大或缩小、边界层分离）
式中 uρ = mu / V 量梯度。 µ 剪应力即动量通量＝ ρ 与单位体积动量的梯度之积 负号表示动量传递的方向是速度减小的方向 运动粘度 v = µ ，单位 m2/s ，cm2/s
µ d (uρ ) τ =− ⋅ ρ dy
d (uρ ) 是单位体积的动量， dy 以单位体积流体计的动
ρ
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二、范宁公式与摩擦因素 范宁公式推导：P2 －P1 － FW ＝0 πd 2 πd 2 P2 －P1 ＝ (P2 －P1 )( ) ＝ ∆Pf 4 4
FW=
τ w (πdl )
带入上式，则
∆Pf = (4l )τ w d
τ w l ρu 2 ∆Pf = 8( 2 )( )( ) ρu d 2
第三节 流体流动现象 1-9 粘度
一、牛顿粘性定律
流体层——无数极薄的圆筒，一层套一层，每一层上质点 流速相等 du du τ =µ dy ， dy——速度梯度 ∆ 流体的粘性只有在它运动时才显现出 粘性总是与速度梯度相联系
化工原理第一章
PV P V 0 T T
0
0
0
P
m
P
0
m
0
T0
T
0
T p 0 T p
10
化工生产中常遇到各种气体或液体混合物，在无实测 数据时，可用些近似公式进行估算 7. 液体混合物的密度 m : 假设混合液体为理想溶液， 以1kg混合物为基准，则1kg混合物的体积等于各组分 单独存在时体积之和，
28
（3）若液面上方所受压强p0 变化时，p将随之同步 增减，即液面上方所受压强能以同样大小传递到液 体内部的任一点上(巴斯噶原理)。 （4）若各项除以g，则方程变为
p p0 z1 z2 h g
此式说明，压强差(或压强)的大小可以用一定 高度h的流体柱来表示。
29
（5） 在工程上，也常以下列形式出现：
6
1–1–1 质量力与密度
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，其表示式为 m V 式中 m----- 流体的质量 ，kg； V---- 流体的体积， m3； ----流体的密度, kg ／m3 2、流体的比容：单位质量流体所具有的体积 。 单位 m3／kg，在数值上等于密度的倒数
1
第一章 流体流动
2
3
一、流体： 气体和液体具有流动性，且可以几乎毫无 阻力的分割，故统称为流体。
二、流体质点(微团)： 由大量分子构成的流体集团(或称流体微 团)，其大小与容器或管道的尺寸相比是微不 足道的，但比起分子平均自由程则要大得多。
4
三、流体的连续介质模型:
流体是由许多离散的即彼此间有一定间隙的、 作随机热运动的单个分子构成的。但从工程实际 出发讨论流体流动问题时，常把流体当作无数流 体质点组成的、完全充满所占空间的连续介质， 流体质点之间不存在间隙，因而质点的性质是连 续变化的。
《化工原理》基本知识点
第一章流体流动一、压强1、单位之间的换算关系：221101.3310330/10.33760atm kPa kgf m mH O mmHg====2、压力的表示（1）绝压：以绝对真空为基准的压力实际数值称为绝对压强（简称绝压），是流体的真实压强。
（2）表压：从压力表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压高出的值。
表压=绝压-大气压（3）真空度：从真空表上测得的压力，反映表内压力比表外大气压低多少真空度=大气压-绝压3、流体静力学方程式0p p ghρ=+二、牛顿粘性定律F du A dyτμ==τ为剪应力；du dy 为速度梯度；μ为流体的粘度；粘度是流体的运动属性，单位为Pa·s；物理单位制单位为g/(cm·s)，称为P （泊），其百分之一为厘泊cp111Pa s P cP== 液体的粘度随温度升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。
三、连续性方程若无质量积累，通过截面1的质量流量与通过截面2的质量流量相等。
111222u A u A ρρ=对不可压缩流体1122u A u A =即体积流量为常数。
四、柏努利方程式单位质量流体的柏努利方程式：22u p g z We hf ρ∆∆∆++=-∑22u p gz E ρ++=称为流体的机械能单位重量流体的能量衡算方程：Hf He gp g u z -=∆+∆+∆ρ22z ：位压头（位头）；22u g ：动压头（速度头）；p gρ：静压头（压力头）有效功率：Ne WeWs=轴功率：Ne N η=五、流动类型雷诺数：Re du ρμ=Re 是一无因次的纯数，反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系。
（1）层流：Re 2000≤：层流（滞流），流体质点间不发生互混，流体成层的向前流动。
圆管内层流时的速度分布方程：2max 2(1)r r u u R =-层流时速度分布侧型为抛物线型（2）湍流Re 4000≥：湍流（紊流），流体质点间发生互混，特点为存在横向脉动。
化工原理总结(第一章)ppt课件
)hf
u2
.
（3）de4 润 流 湿 通 周 截 边 面 长 积、uqAv A A： 真 4 1实 d面 e2 积
圆形套管的环隙：de d2d1
.
l le)u2
d
2
le d
（ 1 ） 管 管 进 出 口 口 ： ： 外 外 侧 侧 1 0 .5 u 2 u 1 0 、 0 、 内 内 侧 侧 0 0 u u 1 2 u u
Re2000层流=6R4ehf u
（2）Re
du
Re4000湍流一 完般 全湍 湍流 流 =fRd(ed
③有效功率: Pe、 轴功率: P
pf hf gHf
WgH、Pe
qmW、
.
Pe P
④应用要点: •确定上、下游截面及截面的选取； •位能基准面的选取； •单位的选取：即压力应同为绝压或表压； •外加能量（泵）：W（J/kg）、Pe=qmW、η=Pe/P；
.
6、阻力损失
h fhf h ， f (
第一章 流体流动
1、流体定义: 由无数流体质点所组成的连续介质
2、流体参数
① 流体的静压强
p P A
单位：N/m2或Pa、atm、mmHg、mH2O或
以流体柱高度表示 p gh
基准：P表 = P绝 －P大、P真=P大－P绝 = - P表
.
② 密度
（1）流体的密度： m f (p,T)
V
（2）气体的密度：
A A1 2 dd1 22
.
5、流体的机械能衡算式：
z1g12u12
p1
Wz2g12u22
p2
hf
（J/kg）
z121gu12 pg1 Hz221gu22pg2 Hf （J/N=m）
化工原理讲稿(上册)-应化第1章流体流动3
⒋湍流摩擦系数－因次分析法的应用 ：
实验证明：d、u、ρ 、μ 一定时，ΔPf∝l/d
Pf du l K 2 u d d
e g
e g
l u 2 Pf 2KRe d d 2
而：
Pf
1 u umax 2
（二）层流时的速度分布和摩擦系数
32 lu Pf 2 d
——哈根—泊谡叶公式
32 2 l u 2 64 l u 2 64 l u 2 Pf . . . . . . du d 2 ud d 2 Re d 2
64 Re
（三）湍流时的速度分布与摩擦系数 ⒈湍流速度分布： 湍流流动加剧了管内流体的混合 与传递，使截面上的速度分布更 趋平坦。 速度分布符合1/n 次方规律：
四、直管阻力损失
(一) 计算通式
因摩擦阻力而引起的能量损失：
l u2 hf d 2
J/k g
－－范宁公式
λ是无因次的系数，称为摩擦阻力系数。
(一) 计算通式
流体的压力损失：
l u 2 p f d 2
J/m3(pa)
流体的压头损失：
l u2 Hf d 2g
u↑， μ ↓ → 惯性力主导 → 湍流 u↓， μ ↑ → 粘性力主导 → 层流
二、 边界层概念
1.平壁边界层的形成及发展
u0
u0
边界层界限
u0
y
x
定义：通常把从流速为0的壁面处至流速等于主体流 速的99%处之间的区域称为边界层。
1.平壁边界层的形成及发展
判据：
流型由Rex= xu0ρ /μ 值来决定，对于光滑的平板壁面：
Pf K d l u
化工原理课件 第一章第三节
如图所示，设有上、下两块面积很大且相距 很近的平行平板，板间充满某种静止液体。 若将下板固定，而对上板施加一个恒定的外 力，上板就以恒定速度u沿x方向运动。 若u较小，则两板间的液体就会分成无数平行 的薄层而运动，粘附在上板底面下的一薄层流体 以速度u随上板运动， 其下各层液体的速度 依次降低，紧贴在下 板表面的一层液体， 因粘附在静止的下板 上, 其速度为零，两平 板间流速呈线性变化。
随着流体的向前流动，流速受影响的区域逐 渐扩大，即在垂直于流体流动方向上产生了速度 梯度。 流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区 域，即流速降为主体流速的99％ 以内的区域。
边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。
流体在平板上流动时的边界层： 如图1-26所示， 由于边界层的形成，把沿壁面 的流动分为两个区域：边界层区和主流区。
二、流体的粘度 （动力粘度）
1.粘度的物理意义
流体流动时在与流动方向垂直的方向上产 生单位速度梯度所需的剪应力。 粘度总是与速度梯度相联系，流体只有在运 动时才显现出来。分析静止流体的规律时就不用 考虑粘度这个因素。 粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与 碰撞。
讨论 :
μ=f(p，T) T位时间通过单位截面积流体的质量；
μu/d 与流体内的黏滞力成正比。
u /( u / d )
2
du
Re
Re 数实际上反映了流体流动中惯性力与
黏滞力的比。标志着流体流动的湍动程度。 当惯性力较大时， Re 数较大；
当黏滞力较大时， Re 数较小；
一、层流时的速度分布 实验和理论分析都已证明，层流时的速度分 布为抛物线形状，如图1- 23所示。以下进行理论 推导。
物理单位制：
化工原理-化工原第一章(高材)09.3.3
流体的受力
处于重力场中的流体， 无论运动与否都受到力的作用。 连续介质的受力服从牛顿定律。
“流程工业”
加工流体的 机器与设备
过程装备
1.1流体的物理性质
固体、液体和气体
物质的三种常规聚集状态：固体、液体和气体；
流体:气态和液态物质合称为流体（包括超临界流体、 等 离子体等特殊流体）
流体的基本特征是具有流动性
从微观来看
分子之间有空隙 分子的随机运动
流体的物理量(如密度、 压强和速度等)在空 分布不连续。
V V 0 V
V0：流体质点或微团。尺度远小于液体所在空间的
特征尺度，而又远大于分子平均自由程
连续介质假定(Continuum hypotheses)(2)
注意：
该假定对绝大多数流体都适用。但当 流动体系的特征尺度与分子平均自由程 相当时，例如高真空稀薄气体的流动， 连续介质假定受到限制。
流体的密度:
Pa.s
工程制的单位:泊(P);厘泊(cP或mPa.s)
关糸:
1cP 103 Pa.s 102 P
运动粘度: 单位:SI制 m2 / s
1.1.3流体的黏度
牛顿粘性定律(P7): 流体的粘度
混合物粘度的估算:
混合物粘度的估算: 常压气体混合物粘度,可采用右式计算 式中: m 气体混合物的粘度
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 ...
V VA VB ... WWW
VA
WA
A
aA
WA W
VB
WB
B
aB
WB W
a A为A组分的质量分率 , aB为B组分的质量分率 , 则有：
天大化工原理第3版课后习题答案1-3章
第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。
已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。
解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n mkg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。
设混合油为理想溶液。
解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。
若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。
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目录第一章流体流动与输送设备 (3)第一节流体静力学 (3)第二节流体动力学 (5)第三节管内流体流动现象 (7)第四节流体流动阻力 (8)第五节管路计算 (11)第六节流速与流量的测量 (11)第七节流体输送设备 (13)第二章非均相物系分离 (21)第一节概述 (21)第二节颗粒沉降 (22)第三节过滤 (25)第四节过程强化与展望 (27)第三章传热 (28)第一节概述 (28)第二节热传导 (28)第三节对流传热 (30)第四节传热计算 (30)第五节对流传热系数关联式 (31)第六节辐射传热 (34)第七节换热器 (35)第四章蒸发 (37)第一节概述 (37)第二节单效蒸发与真空蒸发 (37)第三节多效蒸发 (40)第四节蒸发设备 (41)第五章气体吸收 (42)第一节概述 (42)第二节气液相平衡关系 (45)第三节单相传质 (46)第四节相际对流传质及总传质速率方程 (49)第五节吸收塔的计算 (51)第六节填料塔 (58)第六章蒸馏 (60)第一节概述 (60)第二节双组分物系的气液相平衡 (60)第三节简单蒸馏和平衡蒸馏 (62)第四节精馏 (63)第五节双组分连续精馏的计算 (63)第六节间歇精馏 (67)第七节恒沸精馏与萃取精馏 (67)第八节板式塔 (67)第九节过程的强化与展望 (69)第七章干燥 (71)第一节概述 (71)第二节湿空气的性质及湿度图 (71)第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算 (73)第四节干燥速率和干燥时间 (75)第五节干燥器 (76)第六节过程强化与展望 (78)第一章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
1-1-1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ液体密度 一般液体可视为不可压缩性流体，其密度基本上不随压力变化，但随温度变化，变化关系可从手册中查得。
液体混合物的密度由下式计算：n n m a a a ρρρρ+++= 22111式中，i a 为液体混合物中i 组分的质量分数；气体密度 气体为可压缩性流体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算RT pM =ρ一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的数值，若条件不同，则此值需进行换算。
化工原理第一章第三节和第四节
3、边界层的分离
A点
流速为零 压强最大
驻点
加速减压
B点(u→max，p→min)
减速加压
C点(u=0，p→max)
边界层分离
2019/1/8
由此可见：
•流道扩大时必造成逆压强梯度，逆压强梯度容易造成边界
层的分离
•边界层分离造成大量漩涡，大大增加机械能消耗 摩擦阻力：流体沿着壁面流过时的阻力。 形体阻力：由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能 量损耗。 局部阻力：摩擦阻力与形体阻力之和。
化工原理第一章 第三节和第四节
雷诺数Re
du Re
•Re是一个没有单位，没有因次的纯数，称为准数或无因次数群 •计算Re时，一定要注意各个物理量的单位必须统一 •雷诺准数可以判断流型 流体在圆形直管内流动时： 流体的流动类型属于滞流 当 Re 2000 时， 流体的流动类型属于湍流 当 Re 4000 时， 可能是滞流，也可能是湍流 2000 ＜ Re ＜ 4000 时，
3、管壁粗糙度对摩擦系数的影响
光滑管 化工管路 粗糙管 钢管、铸铁管 玻璃管、黄铜管、塑料管
绝对粗糙度 壁面凸出部分的平均高度ε
管壁粗糙度 相对粗糙度 绝对粗糙度与管道直径的比值
ε /d 。
2019/1/8
2019/1/8
4. 滞流时的摩擦损失
P 2 d umax R R 4l 2
64 / Re
——滞流流动时λ与Re的关系
滞流流动时，当体积流量为Vs的流体通过直径不
同的管路时, △Pf与管径d的关系如何？
Vs 32 l 2 d 128 lVS 4 Pf 2 d d 4
1 Pf 4 d
2019/1/8
化工原理总结(第一章)
03
传热原理及应用
传热的基本方式
要点一
总结词
传热的基本方式包括热传导、对流传热和辐射传热。
要点二
详细描述
热传导是热量在物质内部由高温向低温方向传递的过程， 主要依靠物质分子、原子或分子的振动和相互碰撞实现热 量传递。对流传热是流体在流动过程中，由于流体质点间 相对位移和混合而导致的热量传递过程。辐射传热则是通 过电磁波的形式传递热量的过程，不受物质媒介的限制， 可以穿越真空进行热量传递。
流体静压力的计算
流体静压力可以通过液柱高度或压力表来测量。在化工生产 中，流体静压力的计算对于设备选型和工艺流程设计具有重 要意义。
流体动力学
流量与流速
流量是单位时间内通过某一截面的流体量，流速则是单位时间内流过某一点的流体速度。流速与流量之间的关系 可以通过连续性方程来描述。
流动类型与阻力
根据流体的流动状态，可以分为层流和湍流两种流动类型。层流是指流体质点沿着直线方向流动，互不混杂；湍 流则是指流体质点沿着复杂的轨迹流动，且流体质点之间相互混杂。在流体流动过程中，会受到阻力作用，阻力 的大小与流体的性质、流动状态以及管道的形状等因素有关。
使用各种传感器和测量仪表，准 确、及时地采集实验过程中的各 种数据。
02
实验数据处理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
03
数据处理软件
对采集到的实验数据进行整理、 计算、分析和处理，提取有用的 信息。
使用专业的数据处理软件，如 Excel、Origin等，进行数据分析 和可视化。
实验误差分析
误差来源
识别实验中可能产生的误差来源，如测量设备的误差、操作误差 等。
03
单效蒸发的计算主要包括加热蒸汽消耗量、加热蒸 汽冷凝水产量、蒸发水产量等。
化工原理第一章 流体流动-PPT课件
§1-1 流体静力学基本方程
p (p dx )dydz Xdxdydz 0 ➢ X方向受力 pdydz x p 化简： X 0 x
p ➢ Y方向受力 同理得： Y 0 y
➢ Z方向受力
欧拉平衡方程
p p p Xdx Ydy Zdz ( dx dy dz ) 0 x y z
四、讨论 ➢等压面：静止的、连续的、同一液体的同一水平面上 ➢压力可传递——巴斯噶定理、 ➢ h=(p1-p2)/(ρ g) ➢化工设备中可压缩流体内各点压强相等
§1-1-4流体静力学基本方程式的应用
一、压差或压强测量 液柱式压差计
化工原理 流体流动 材料与化学工程学院 化学工程与工艺教研室 10
§1-1 流体静力学基本方程
X
二、定态流动
0
X
化工原理 流体流动
0
材料与化学工程学院 化学工程与工艺教研室
18
§1-2 流体在管内的流动
§1-2-3连续性方程 一、管路系统 简单管路 串联管路
管路系统
复杂管路
二、连续性方程
3 2 3 2
分支管路
Ws Ws Ws 1 2 3 当 1 2 i
gdz dp
C
gz p gz p 1 1 2 2
P1 1 P2
2 Z
2
p p g ( z z ) 2 1 1 2
Z
1
p p 2 1 (z 1 z 2) g g
化工原理 流体流动 材料与化学工程学院 化学工程与工艺教研室 9
§1-1 流体静力学基本方程
流体类别 水及一般液体 粘度较大的液体 低压气体 易燃、易爆的 低压气体
化工原理内容概要-第1章
《化工原理》内容提要第一章流体流动1. 基本概念1）稳定流动：流速以及其他和流动有关的物理量不随时间而变的流动。
2）不稳定流动：流速以及其他和流动有关的物理量随时间而变的流动。
3）采用欧拉法考察流体运动，流线上各点的切线表示同一时刻各点的速度方向。
4）采用拉格朗日法考察流体运动，轨线是某一流体质点的流动轨迹，轨线上各点表示同一质点在不同时刻的空间位置。
5）轨线描述的是同一质点在不同时间的位置，而流线表示的则是同一瞬间不同质点的速度方向。
6）流体流动中的作用力有：表面力（压力、切力）；体积力（质量力）；剪应力。
7）流体中的能量包括：内能、机械能（位能、动能、压强能）。
8）层流：流体质点作直线运动，即流体分层流动，宏观上层次分明，彼此互不混杂。
9）湍流或紊流：流体不仅在总体上沿管道向前运动，同时还在各个方向作随机的脉动。
10）流型的判据—雷诺数Re：Re < 2000时，层流必定出现，为层流区；2000< Re < 4000时，为过渡流区；Re> 4000时，一般均出现湍流，为湍流区。
11）边界层：流体流动受固体壁面影响的区域称为流动边界层12）边界层发展：边界层厚度δ随流动距离增加而增加。
13）流动充分发展：边界层不再改变，管内流动状态也维持不变。
14）层流内（底）层：边界层内近壁面处一薄层，无论边界层内的流型为层流或湍流，其流动类型均为层流。
15）直管阻力损失：流体流经直管时，由于流体内摩擦力作用，沿管长产生的阻力损失。
16）局部阻力损失：流体流经管件阀件时，流道突变（流速的改变或流向的改变）产生的阻力损失。
阻力损失主要表现为流体势能的降低。
17）对非圆形管其当量直径：d e=4×流通截面积/润湿周边长；18）流体性质对流体输送管路最佳流速的选择：粘度较大的流体（如油类）流速应取低些；含有固体悬浮物的流体，为了防止管路的堵塞，流速则不能取得太低。
密度较大的液体，流速应取低些，而密度小的液体，流速则可取得比液体大得多。
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分析：
Vs=6m3/s
d=? u=? BE，Wf λ=?
试差法
20
30m
5m
【补例12】如本题附图所示，水从 水塔引至车间，管路为φ114×4mm 的钢管，共长150m（包括管件及阀 门的当量长度，但不包括进、出口 损失）。水塔内水面维持恒定，并 高于排水口12m，问水温为12℃时， 此管路的输水量为若干m3/h。
解：以塔内水面为上游截面1，排水管出口内测为下游截面2，
并通过排水管出口中心作基准水平面。在两截面间BE
即：
gz1
u12 2
p1
gz2
u22 2
p2
Wf
式中Z1=12m Z2=0 u1≈0 u2=u p1=p2
W f
l d
le
u2 2
150 0.5 u2 0.106 2
适宜管径
总费用 设备费
动力费 管径
5
“西气东输” 工程
6
7
管径1016mm
按照国际经验，每规划380公里 管线，就要建一个加压站，整个 管线4000公里将建12个加压站， 以始终保持84千克的管道压力。
8
9
输油管线
——“安大” 、“安纳”、“泰纳”
10
安大与安纳之争
11
泰纳线
12
二、操作型计算
d 2 u2
0.052.55879
0.00074
151000
e/d2=0.2/50=0.004，查图1-27，λ2=0.029
hf
2
o
2
l
d
le
2
u22 2g
1
0.029 50
25.7
0.05 0.33
14.8m
（3）全管路所需的压头和泵的功率：
所需总压头
he z
hf
管件、阀门的当量长度
闸阀（全开）
0.05×9=0.45
标准阀（全开）
0.05×300=15.0
90o弯头 3个 三通2个
0.05×35×3=5.25 0.05×50×2=5.0
u1
0.97
81 2 50
2.55m / s
∑le
=25.70m
u12 2g
2.552 29.81
0.33m
18
Re 2
管路已定，要求核算在某给定条件下管路的输送 能力或某项技术指标，这类问题的命题如下：
1、给定条件：d，l，Σζ，e，p1，p2； 计算目的：输送量V
2、给定条件：d，l，Σζ ，e，p2，V； 计算目的：所需的p1。
连续性方程 柏努利方程 方程组有唯一解
阻力损失计算式
试差法
13
§1-20 简单管路
2
管路 简单管路 复杂管路
管路计算目的 设计型计算 操作型计算
2
一、设计型计算
给定输送任务，要求设计经济上合理的管路。 典型的设计型命题如下：
1、设计要求：规定输送量V，确定最经济的管径d 及须由供液点提供的势能p1/ρ。 2、给定条件：(1)供液与需液点间的距离。即管长l；
(2)管道材料及管件配置，即e及Σζ； (3)需液点的势能p1/ρ。
解：如图取截面，以1截面为 基准水平面，在1-2间列BE
u2 p
he Z 2g g hf
Φ89×4
Φ57×3.5
15
式中：p1= p2= 0（表压），u1=u2=0
BE可简化为 he=10+∑hf 管路要分两段计算
Φ89×4
（1）Φ89×4mm吸入管的损失hf1：
d1 =89-2×4=81mm=0.081m l1 =15m， e=0.2mm 管件、阀门的当量长度（查表1-2）
∴
Re 1
d 1u1
0.0810.97879
0.00074
93000
查图1-27，λ1=0.027
hf
1
i
1
l
d
le
1
u12 2g
0.5 0.027 15 10.9 0.081 0.048 0.44m
17
（2）Φ57×3.5mm吸入管的损失hf2： d2 =57-2×3.5=70mm=0.07m l2 =50m， e=0.2mm
设计人员必须再补充条件才能满足方程式的求解
3
分析: V一定 d 1 u
u↓，d↑
设备费↑
u↑，d↓
设备费↓
p1/ρ↑
操作费用↑
对于工艺管线
车间内部的管路
一般根据经验流速套用即可，p33 表1-4
4
长距离大流量的输送管路
最合理的管径或 流速的选择应进行 费用 经济核算
使每年的操作费用 与按使用年限的设备 折旧费之和为最小
简单管路通常指直径相同的管路或不同直径组成的 串联管路，无分支与汇合
特点：
①、w1=w2=w3通过各截面的流量不变
V1=V2=V3 (ρ=const.)
②、 hf 14 hf 1 hf 2 hf 3 hf 4
常见的问题：
1、已知d，l+∑le，Vs→he，N； 2、已知he→Vs；d
Logo
第五节 管路计算
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
已有公式： u1 A1 u2 A2
gz1
u12 2
p1
We
gz2
u22 2
p2
Wf
W f
l le
d
u2 2
l
d
u2
1
hf
10 0.44 14.8 25.24m
2
质量流率 有效功率
300 879 ms 1000 60 4.395kg / s
Ne mswe ms he g 4.395 25.24 9.81 1088J / s 1.088kW
泵轴功率
N
Ne
1.088 0.7
1.55kW
19
p34 例1-12
摇板式止逆阀
0.081×100=8.1
90o弯头
0.081×35=2.8
∑le =10.9m
Φ57×3.5
16
流速
u1
300 1000 60 0.0812 4
0.97m
/
s
速度头
u12 2g
0.972 29.81
0.048m
Hale Waihona Puke 20℃苯的物性，ρ=879kg/m3，μ=0.74cP=0.00074Pa•s
14
【补例11】 类似p33例1-11
如图所示，用泵将20℃的苯从地面以下的贮罐送到高位槽， 流量为300l/min。输送管出口比贮罐液面高10m。泵吸入管用 Φ89×4mm无缝钢管，直管长度为15m， 并有一个底阀（可 大致按摇板式止逆阀求其当量长度），一个90o弯头；泵排出 管用Φ57×3.5mm无缝钢管，直管长50m，并有一个闸阀、一 个标准阀、3个90o弯头和两个三通。阀门都按全开考虑。试 求泵的轴功率，设泵的效率为70%。