化工原理2

流体类别
压强较高的气体 饱和水蒸汽： 8 大气压以下 3 大气压以下 过热水蒸气
常用流速 范围， m/s 15?25
40?60 20?40 30?50
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例题：某制药厂溶剂回收精馏塔进料量为 9000kg/h, 料液的密度为 810kg/m3,其他性质与水接近，试选择 适宜的进料管管径。
d ? ( 4Vs) 12
流体动力学主要研究流体流动过程中流速、压力等 物理量的变化规律，研究所采用的基本方法是通过 守恒原理（包括 质量守恒 、能量守恒 及动量守恒 ） 进行质量、能量及动量衡算，获得物理量之间的内 在联系和变化规律。 作衡算时，需要预先指定衡算的空间范围，称之为 控制体 ，而包围此控制体的封闭边界称为控制面。
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第一章 流体流动
1.4 流体流动的基本方程 1.4.1 总质量衡算-连续性方程
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二、总质量衡算-连续性方程的推导
图1-11 管路系统的总质量衡算
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二、总质量衡算-连续性方程的推导
如图 1-11 所示，选择一段管路或容器作为所 研究的控制体，该控制体的控制面为管或容器的 内壁面、截面 1-1与2-2组成的封闭表面。
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二、平均流速
平均速度 平均速度(bulk velocity)系指体积流量与流
通截面积之比，以 u 表示，其单位为 m/s。
u ? qv,s A
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二、平均流速
由于气体的体积流率随温度和压力变化，
故采用质量平均流速更为方便，通常称之为质 量通量(mass flux)，以G表示，单位为 kg/m2.s 。
流速选择过低，操作费用减小，但管径增大， 管路的投资费用随之增加。
适宜的流速需根据经济权衡决定。表 1-1列出 了一些流体在管道中流动时流速的常用范围。
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常用流体的适宜的经济流速范围
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
常用流速 范围， m/s 1?3 0.5 ?1 8?15 <8
rH
?
A Lp
Lp—流道的润湿周边长度， m；
A—流道的截面积， m2。
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例题：试计算（ 1）内管外径为 d1,外管内径为 d2组成 的环隙通道 ; （2）宽为a,高为b的矩形通道的当量直
径。
解： de ? 4rH
rH
?
A Lp
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第一章 流体流动
1.4 流体流动的基本方程
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一、概述
流体动力学
G ? qm,s ? ? qV,s ? ? u
AA
质量通量
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二、平均流速
管径、体积流量和平均流速之间关系
以d表示内径，则有
管内流速
u
?
4qV,s
?d2
（1-24）
管路直径
d ? 4qV,s
?u
（1-25）
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二、平均流速
选择平均流速： 流速选择过高，管径虽可以减小，但流体流
经管道的阻力增大，动力消耗大，操作费用随之 增加；
应予指出 ,过程工业中的流体输送因多在封 闭管道内进行，故其流动以一维居多。
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三、绕流与封闭管道内的流动
流体流动问题
流体的绕流流动 在封闭管道内的流动
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三、绕流与封闭管道内的流动
绕流流动 流体绕过一个浸没的物体流过，故也称为外
部流动。例如细颗粒物在大量流体中的沉降、填 充床内的流动等。 封闭管道内的流动
第一章 流体流动
1.3 流体流动概述 1.3.1 流动体系的分类
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一、定态与非定态流动
定态流动
流体流速或其它物理量仅随位置变化而不随时
间变化，即 非定态流动
?
??
?
0
流体流速或其它物理量不仅随位置变化而且随 时间变化，即
u ? u(x, y, z,? )
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二、一维与多维流动
若物理量只依赖于一个曲线坐标，则称此 流动为 一维流动 ；依赖于两个曲线坐标称为 二 维流动 ；依赖于三个曲线坐标则称为 三维流动 。
被输送的流体在管路中的流动。 研究流体在管路中的流动规律是本章的重要内容。
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第一章 流体流动
1.3 流体流动概述 1.3.1 流动体系的分类 1.3.2 流率与平均流速
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一、流量
单位时间内流过任一流通截面的流体体积 称为体积流率 (volume flow rate)，习惯上亦称之 为体积流量。
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对于不可压缩流体，
qV,s ? u1 A1 ? u2 A2 ? ??????? uA ? 常数
一、流量
流量的表示方法：
体积流量，以 qv,s表示，单位为 m3/s。 质量流量，以 qv,s 表示，单位为 kg/s。
体积流量与质量流量的关系为
qm,s ? ? qv,s
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二、平均流速
流速是空间位置的函数，我们称之为流体的 点速度。例如当流体流经一段管路时，由于流体 存在黏性，使得管截面上各点的速度不同。从而 由壁面至管中心建立起一个速度分布。在工程计 算时，通常采用 平均速度来代替这一速度分布。
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二、雷诺数（Reynolds number）
对于流体在直管内的流动： 当Re≤2000时属于层流； 当Re＞4000时属湍流； 当Re=2000 ～4000 之间时，属不稳定的过渡流。 工程上 Re＞3000 时按照湍流处理
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三、当量直径的概念
当量直径
de ? 4rH
（1-26）
水力半径
式中
一、雷诺实验
层流（ laminar flow ） 或 滞 流 （ viscous flow） 湍流或紊流 (turbulent flow)
图1-10 两种流动型态 19
二、雷诺数（Reynolds number）
雷诺数（Reynolds number ）
直径
Re ? du ?
?
流速 密度
黏度
反映流体流动状态的量纲为一数群。
根据质量守恒原理可得
qm,2
? qm,1 ?
dM
d?
?
0
（1-28）
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二、总质量衡算-连续性方程的推导
对于定态流动， dM / d? ? 0
则
qm,1 ? qm,2
或
?1u1 A1 ? ? 2u2 A2
(1-29)
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二、总质量衡算-连续性方程的推导
推广到管路上任意截面
qm ? ?1u1A1 ? ? 2u2 A2 ? ??????? ? uA ? 常数
?u
? 步骤：选流速
计算管径
圆整
校核流速
ຫໍສະໝຸດ Baidu15
例题 提示 管径的选择 管子规格
? 57mm? 3mm
外径
附录十七 附录十八
壁厚
总费用=操作费用+设备费用
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第一章 流体流动
1.3 流体流动概述 1.3.1 流动体系的分类 1.3.2 流率与平均流速 1.3.3 流动类型与雷诺数
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一、雷诺实验
图1-9雷诺实验 18