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栏目:媒体新闻 发布时间:2020-05-26 09:15
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  1.本站不担保该用户上传的文档完备性,不预览、不比对实质而直接下载发生的忏悔题目本站不予受理。

  * * 若Vf为转子的体积,Af为转子最大片面的截面积,?f为转子材质的密度, ?仍为被测流体的密度,若上逛环形截面为1-1,下逛环形截面为2-2,则流体流过环形截面所发生的压强差为p1-p2 转子接受的压力= 转子所受的重力---流体对转子的浮力 * * 仿制孔板流量计的流量公式可写出转子流量计的流量公式,即 CR——转子流量计的流量系数、无因次,与Re值及转子体式相合,由实践测定或从相合仪外手册中查得。当环隙间的Re104时,CR可取0.98。 AR—转子与玻璃管的环形截面积。 * * 4、转子流量计刻度的校正 通俗流量计正在出厂之前,先用20常压净水或20常压气氛永别举动标定流量计刻度的介质 ,当行使于衡量其他液体时,必要对原有的刻度加以校正。P75 1)正在统一刻度下,两种液体的流量合联为 2)正在统一刻度下,两种气体的流量合联为 下标1、2永别体现标依时所用的气体和实质用的液体。 * * 因转子材质的密度比任何气体的密度ρg要大得众,故上式可简化为 5、优弊端 便宜——读取流量简单 ,能量失掉很小,衡量范畴也宽,能用于侵蚀性流体的衡量 弊端——管壁众人为玻璃成品,故不行经受高温和高压,正在装置行使流程中也容易破裂,且条件装置时务必坚持笔直 下标g1、g2永别体现标依时所用的气体和实质用的气体。 * * 本章小结 1、什么是流体?其特性有哪些? 2、密度、粘度的物理事理永别是什么?独揽理思气体密度的策动法子。 3、可压缩流体与不成压缩流体的区别是什么? 4、什么是绝压、外压及真空度?它们与大气压强有何合联? 5、静止流体内部压强的改观顺序是什么?其外达形势有几种? * * 6、独揽U形管压差计与微差压差计的测压道理及其相合策动。 7、流体连绵性方程的物理事理是什么? 8、稳态活动与非稳态活动有何区别? 9、讲明柏氏方程的物理事理及式中各项的物理事理。 10、独揽柏氏方程各式外达式间的换算合联。 11、 独揽柏氏方程正在化工坐蓐中四个方面的行使及策动。 * * 2、进口与出口 流体从容器进入管内,可看作从很大的截面A1卒然进入很小的截面A2,属于卒然缩小,A2/A1?0,因而?进=0.5 ; 流体自管内进入容器或从管内直接排放到管外大的空间,可看作卒然扩张,A1/A2 ?0,因而 ?出=1.0 。 * * 行使柏氏方程举办策动时,出口截面上的动能应与出口阻力失掉对应相似: 若截面取正在管出口的内侧,则体现截面上的流体还未抵达出口,还未分开管道,截面上仍具有动能。而流体因还未抵达出口,出口不席卷正在接洽的编制范畴内,因而出口阻力失掉不应计入编制的总能量失掉?hf内; 若所取截面正在管出口的外侧,体现截面上的流体仍然通过出口,分开管道,截面上的动能为零,但出口席卷正在所接洽的编制范畴内,因而出口阻力失掉应计入编制的总能量失掉内,流速用管内的流速。 * * 若截面2-2取正在管出口的内侧: ?hf1不席卷出口阻力失掉,u2就等于管内的流速。 若所取截面2-2正在管出口的外侧,?hf2席卷出口阻力失掉,u2’就等于管出口外即大的空间的流速,近似为0, u2’ =0。 * * 式中的le称为管件或阀门确当量长度,单元为m 。体现流体流经某一管件或阀门的局限阻力失掉,相当于流过一段与其具有相仿直径,长度为le的直管的阻力失掉。 (二)当量长度法 流体流过管件、阀门等局限身分所惹起的能量失掉,可仿制直管阻力策动公式(范宁公式),写成: 或 * * le都由实践测定。下图(参考书P58 图1-29)列出了少许管件、阀门及流量计等确当量长度(戒备这只是湍流环境下的值)。 P59 例1-20自学 看待流体流经直径褂讪的管道时,假如用当量长度法策动局限阻力,那么管道总能量失掉可写成通式: * * * * 活动阻力小结 1、流体正在管中的活动阻力失掉席卷直管摩擦阻力失掉和局限阻力失掉,这是两种有素质区此外阻力失掉。前者首要是内摩擦,尔后者首要是涡流酿成的附加阻力(湍流剪应力)失掉。 2、直管中摩擦阻力失掉公式可能用根本物理定律和辅助定章的法子获取,其最终外达形势取决于辅助定章,即与流程持征相合。滞流可能解析,湍流时不得不借助实践。 * * 3、局限阻力是一种极丰富的活动形象,平常只可以实践测得某些参数(如阻力系数)来举办估算。 4、工程上常采用“当量”的法子去向理少许目前尚不明了或无法测定的量。即用一个量去取代原有量,而该量容易测得,睹其恶果与原有量正在某方面等效。正在局限阻力策动中的“当量长度法”即是实例。它依赖于阅历,并无牢靠的外面凭据。 * * 2)操作型策动? 一、管道策动实质和根本合联式 1.策动的宗旨是: 确定流量、管径和能量之间的合联 2.策动席卷两品种型 1)计划型策动 是给定输送劳动,计划经济合理的输送管道编制,其中心是管径 该类策动为为定解题目,存正在参数优化采取 是对必定的管道编制求流量或对原则的输送流量策动所需能量即有用功,最终确定输送呆板的功率。 § 2-6 管道策动 * * 3.策动的根本合联式是 连绵性方程,柏发愤方程(席卷静力学方程)及能量失掉策动式(含λ确切定) 除能量策动外,平常需试差策动求解。 二、管道分类 按管道组织可分为 (一)、纯粹管道 1、 界说:由等径或异径管段串联而成的管道编制称为纯粹管道。 2、特色: (1)流体通过各串联管段的流量相当 (2)总阻力损等于各管段失掉之和 * * 并联和分支管道称为丰富管道。 A B A B C 并联管道 分支管道 (二)丰富管道 只接洽纯粹管道的策动 * * 三、管道策动中常用的策动法子—试差法 管道策动实质上是连绵性方程、柏氏方程与能量失掉策动式的笼络使用。 因为已知量与未知量的环境差异,策动法子也随之而厘革。正在实质化工策动中常碰到的管道策动题目,概括起来有以下三种环境: * * (1)已知管径、管长、管件和阀门的创立及流体的输送量,求流体通过管道编制的能量失掉,以便进一步确定流体输送设置所参与的有用功、设置或管内任一截面上的压强或设置间的相对身分等。这类策动斗劲容易。前面接洽的全部例题均属这种环境。 (2)已知管径、管长,管件和阀门的创立及其对应确当量长度,求流体的流速或流量; (3)已知管长、流体的流量,管件和阀门的创立及其对应确当量长度,求管径。 * * 后两种环境都存正在一个协同的题目,即流体的流速u或管径d未知,因次不行策动雷诺准数Re ,则无法判定活动型态,就不行确定摩擦系数?。正在如此的环境下,工程上不时采用试差的法子来治理。 * * 试差法的方法(以第二种环境为例): (1)假设一个?值( ?设),由柏氏方程及阻力策动式算出流速u; (2)再用此u值策动Re及查出? /d; (3)查?-Re图,查出?值( ?查); (4)斗劲两个?值的巨细,若?查= ?设,则原假设准确,则按原假设算出的u值准确;若?查≠?设,则要另一次假设,不停到 ?查= ?设为止。 若已知流型为滞流,则无须查图,直接用公式?=64/Re策动即可。 * * 应予指出,试差法不是用一个方程解两个未知数。而它如故遵从几个未知数就应有几个方程求解的准绳。只是此中的少许方程斗劲丰富,或全部函数合联式未知,仅给出了变量合联弧线图,这时可借助试差法。 可是正在试算之前,对所治理的题目应作一番明白,才智避免几次的试算。如看待管道策动,可参考流速外采取流速,而摩擦系数?的值平常正在0.02~0.03的范畴内选用。 P61 例1-21 自学 * * § 2-7 流体流量的衡量 先容了测速管、孔板流量计、转子流量计及文氏流量计,条件谙习他们的机合、操作道理。 P67~76 自学 * * 一、测速管——又称皮托(Pitot)管 1、机合 它是由两根弯成直角的专心套管所构成,外管的管口是紧闭的,正在外管前端壁面周围开有若干测压小孔,为减小差错,测速管的前端常做成半球形以节减涡流。 * * 衡量时,测速管可能放正在管截面的任一个身分上,并使管口正对着管道中流体的活动偏向,外管与内管的末了永别与液柱压差计的两臂相邻接。 * * 正在A、B处列柏氏方程: 因A、B较近,故 ZA=ZB ,?且管口处速率uB=0 ,故有: 内管所测的是静压能pA/ρ和动能uA2/2之和,合称为 冲压能hA,外管壁上的测压小孔与流体活动偏向平行,故外管测的时是流体静压能pB/ρ=hB。 压差计读数反响冲压能与静压能之差,即 ur即为流体正在衡量点处的局限流速。 * * 若该U型管压差计的读数为R,指示液的密度为?0,流体的密度为? ,则凭据静力学根本方程,可得 当被测的流体为气体时,上式可化简为 * * 该当戒备: ???? 衡量的是点速率。 ???? 诈骗测速管可测定速率分散,不行测均匀速率。 ???? 用毕托管测出ur ,可诈骗圆管中流体活动的速率分散图,查得umax 后, 进而求得均匀速率。 ???? 为了担保测速管装置正在速率分散的稳固段,衡量点上、下逛的直管长度最好大于50倍的管径,起码也应大于8~12倍的管径。 ???? 为了尽量节减仪外自己对活动的搅扰,毕托管的外径应不大于管道内径d的1/50。 * * 二、孔板流量计 1.机合与道理 正在管道里插入一片与管轴笔直并带有圆孔的金属板,空的中央位于管道的中央线上。如此组成的装配称为孔板流量计。 机合:带圆孔的金属板;压差计。 道理:当流体流经孔板小孔时,发生分明压差,流量越大,压差越大。 * * * * 活动截面最小处(如图中截面2-2’)称为缩脉 * * 3)道理 假设管内活动的为不成压缩流体 正在上逛未缩短处的1-1’截面与孔板处下逛截面0-0’间列柏动利方程式(暂略去能量失掉),得: 看待水准管,Z1=Z0,简化上式并拾掇后得 * * (1)流体流经孔板的能量失掉不行粗心,故上式应引进一校正系数C1,用来校正因粗心能量失掉所惹起的差错,即 接洽: (2)工程上采用角接取压法测取孔板前后的压强差(pa-pb)取代(p1-p0),再引进一校正系数C2,用来校正测压孔的身分,则 (3)由连绵方程式 * * 静力学方程式 (4)则得 为策动孔板小孔流速u0的公式 (5)若以体积或质地流量外达,则为 * * 4)便宜——容易制作 、退换孔板很简单 弊端——流体原委孔板后能量失掉较大,并随A0/A1的减小而加大 ;孔口角落容易侵蚀和磨损,因而流量计应按期举办校正 6)孔板流量计的能量失掉(或称长久失掉)可按下式估算 * * 三、转子流量计 1、机合 * * 2、实物 (1)外型 玻璃(小流量) * * 3、道理 (1)流体自下而崇高过笔直的锥形管时,转子受到两个力的效用: a.一是笔直向上的鞭策力,它等于流体流经转子与锥管间的环形截面所发生的压力差 b.一是笔直向下的净重力,它等于转子所受的重力减去流体对转子的浮力 (2)当压力差与转子的净重力相当时,转子处于平均形态,即中断正在必定身分上。正在玻璃管皮相面上刻有读数,凭据转子的中断身分,即可读出被测流体的流量 * * 从该图可能看出,离壁面越近,流体减速越大,离壁面必定隔断(y= ?)后,流体的流速挨近流速u。因而,正在壁面相近正在厚度为?的流体层内存正在着明显的速率梯度。 1、活动界线层:正在壁面相近存正在着明显的速率梯度的流体层,称为活动界线层,简称界线层。平常将流体的流速低于未受壁面影响的流速的99%的区域视为界线层。 正在界线层内,因为存正在明显的速率梯度du/dy,纵使粘度很小,也有较大的剪应力?,因而流体活动时摩擦阻力很大; * * ?为界线层的厚度,等于由壁面至速率抵达主流区的点之间的隔断,可是因为界线层内的减速效用是慢慢消亡的,因而界线层的周围外面上应延迟至距壁面无穷远方。 工程上平常原则外缘的流速为主流区流速的0.99倍,而将该前提下界线层外缘与壁面间的笔直隔断定为界线层的厚度?。这种人工的原则,对治理实质题目所惹起的差错可能粗心不计。 * * 界线层内流体的活动也分为滞流与湍流,于是相应的将界线层也分为滞流界线层与湍流界线层。 (1)滞流界线层:假如界线层内,流体的活动老是成滞流,这种界线层称为滞流界线层;圆管滞流界线层 (2)湍流界线层:界线层内的活动首要为湍流,则为湍流界线层。 (3)滞流内层:正在湍流界线层内,迫近壁面处仍有一薄层流体呈滞流活动,这即是滞流内层或滞流底层。 滞流内层厚度?b与流体活动时的湍动水准相合,即与Re相合,Re越大,湍动水准越强,滞流内层厚度?b越薄。 * * * * 2、流体的主流区:界线层以外,粘性不起效用,即速率梯度不分明,可视为零,如此的区域称为流体的外流区或主流区。 看待流体正在平板上的活动,主流区的流速应与未受壁面影响的流速相当,因而主流区的流速仍用u体现。 正在主流区内,因为du/dy≈0,则剪应力?≈0,是以,主流区内 ,流体活动时摩擦阻力也趋近于零,可算作理思流体。 * * 行使界线层的观念,把活动流体分成两个区域,即存正在明显的速率梯度的界线层区和简直没有速率梯度的主流区,如此一种活动模子,将粘性的影响节制正在界线层内,可使实质流体的活动题目大为简化,而且可用理思的法子加以治理。 界线层的观念的提出,看待后面接洽的传热、传质流程的钻研也具有主要的事理。 * * §2-5 流体正在管内的活动阻力 本节是正在上节接洽管内流体活动形象本原上,进一步接洽柏努利方程式中能量失掉(活动阻力)的策动法子。 活动阻力发生的原由 1)流体有粘性,活动时发生内摩擦—阻力发生的本原; 2)固体外外促使活动的流体内部爆发相对运动—供给了活动阻力发生的前提; 3)活动阻力巨细与流体自己物性,壁面体式及活动情状等要素相合。 * * 一、活动阻力分类 流体正在管道中活动时的阻力可分为直管阻力与局限阻力两种。 1、直管阻力:直管阻力又称沿程阻力,是流体正在直管中活动时,因为流体的内摩擦而发生的能量失掉,用hf体现。而滞流与湍流时的环境又差异,需永别接洽。 * * 柏氏方程中的能量失掉一项?hf是指所钻研的编制的总能量失掉(或总阻力失掉),因而是上两者的加和,即 ?hf=hf+hf’ 2、局限阻力:是流体通过管道中的管件、阀门、卒然扩张、卒然缩小等局限阻挡时,其流速的巨细和偏向均爆发改观,且流体受到搅扰或冲锋,漩涡加剧而耗费的能量。用hf’体现。 管件是指弯头、三通、活接优等的总称。 * * ?hf是柏氏方程中的一项,它也可能用差异法子体现,但事理也要跟着厘革: (1)单元质地流体所失掉的能量:用?hf体现 ,单元:J/kg; (2)单元重量流体所失掉的能量:用Hf体现,单元:m; (3)单元体积流体所失掉的能量:用⊿pf体现,单元:Pa 三个物理量之间的合联: Hf= ?hf / g , ⊿pf=? ?hf * * 效用: 厘革管道偏向(弯头); 邻接支管(三通); 厘革管径(变形管); 断绝管道(管堵)。 螺旋接头 卡箍接头 弯头 三通 变形管 管件:管与管的邻接部件。 * * * * * * 或 二、直管阻力的策动 (一)直管阻力的策动通式(推导P47~48) 流体正在圆形直管内的活动阻力与动能u2/2成正比,与管长l成正比,与管径d成反比,即: * * 上两式即是策动圆形直管阻力的通式,称为范宁(Fanning)公式。 该式看待滞流和湍流的环境都实用。式中?是无量纲系数,称为摩擦系数。它是雷诺准数和管壁粗拙度的函数。 * * (二)管壁的粗拙度 化工坐蓐中所铺设的管道,按其材质的本质和加工环境,大致可分为润滑管和粗拙管。 管壁的粗拙水准称为管壁的粗拙度,可用绝对粗拙度和相对粗拙度来体现。 * * 2、相对粗拙度:是指绝对粗拙度与管道的内径的比值,即? /d 。 管壁的粗拙度对摩擦系数的影响水准与管内径d相合,看待?相仿的管道,d差异,对摩擦系数的影响也差异,对d小的影响斗劲大。 因而探讨管壁的粗拙度对摩擦系数的影响要用相对粗拙度。 1、绝对粗拙度:是指管壁壁面凸出片面的均匀高度,以?体现,参考书P49的外1-2可查少许常用质料的绝对粗拙度的值。 * * (三)摩擦系数的策动 范宁公式中,管长l、管径d及流体的流速u都容易获取,因而策动阻力失掉,环节正在于确定摩擦系数的值。因为滞流与湍流这两类活动类型的摩擦阻力正在本质上差异,是以摩擦系数的策动也差异,要永别接洽。 1、滞流时摩擦系数的策动 (1)滞流时阻力失掉发生的原由: 滞流时的活动阻力来自流体自己所具有的粘性而惹起的内摩擦力(剪应力) 。滞流时,对牛顿型流体,内摩擦力的巨细屈从牛顿粘性定律。 * * (2)策动公式:流体滞流活动时,流体质点作出格稳定的平行活动,管壁上高卑不屈的地方,都被有法例的流体层所掩盖,而活动速率又斗劲迟缓,流体质点对管壁上高卑片面不会有碰撞效用,因而,正在滞流时,摩擦系数与管壁粗拙度无合,仅为雷诺准数的函数,看待圆管:流体流过壁面的环境1滞流 推导P50 * * 2、湍流时摩擦系数的策动 (1)湍流时阻力失掉发生的原由:流体作湍流活动时,活动阻力除了来自流体自己的粘性惹起的内摩擦力外,还因为流体内部质点的犯科例转移、脉动和碰撞,充满了大巨细小的漩涡,流体质点间的动量调换出格热烈,发生了附加阻力,又称湍流剪应力。 因而湍流时的总摩擦力,应等于内摩擦力(剪应力)与湍流剪应力之和。是以湍流时的活动阻力是驯服总摩擦阻力所耗费的能量。湍流时总的摩擦应力抵抗从牛顿粘性定律。 * * 当流体作湍流活动时,流体质点的运动斗劲芜杂,流体质点之间互相碰撞,能量失掉比滞流时的大。可是湍流活动时,不管湍动水准众麽热烈,正在迫近管壁处,老是存正在着一层滞流内层,假如滞流内层的厚度?b大于管壁的绝对粗拙度? ,即?b >? ,如图(a)所示,那么管壁粗拙度对摩擦系数的影响与滞流时相仿。 流体流过壁面的环境1滞流 流体流过壁面的环境2湍流 ? * * ? 跟着雷诺准数的弥补,滞流内层慢慢变薄,当?b <? 时,如图(b)所示。壁面凸出片面便伸入湍流区内,与流体质点爆发碰撞,使湍流加剧,此时管壁粗拙度对摩擦系数的影响便成为主要要素。况且雷诺准数越大,滞流内层越薄,这种影响越明显。是以,湍流时的摩擦系数不单与雷诺准数相合,还与管壁的相对粗拙度相合,即 ??=f (Re, ? /d )。 流体流过壁面的环境3 * * 湍流时,正在差异的Re范畴内,对差异的管材, ??的外达式差异,正在工程策动中,平常将实践数据举办归纳拾掇,以?/d 为参数,正在双对数坐标上,标绘Re与?的合联图。参考书P54图1-27。 * * 摩擦系数与雷诺准数及相对粗拙度的合联 * * 该图可分为四个差异的区域: (1)滞流区:Re≤2000,摩擦系数与管壁粗拙度无合,只是雷诺准数的函数。正在双对数坐标上两者的合联为不停线,外达这不停线 。正在这个区内,滞流或湍流的?~Re线都可能行使。但为了安乐起睹,看待活动阻力的策动,平常将湍流时的?-Re弧线延迟,以查取该区内的? 。 * * (3)湍流区:该区是图中Re ≥4000 以及虚线以下的区域。这是工程上常用的区域。这个区的特色是,摩擦系数?与Re及相对粗拙度? /d都相合。当? /d必定时,?随Re的增大而减小,当Re的值增至某一数值后, ?的值降落迟缓;当Re必定时, ? /d增大, ?也增大。 (4)十足湍流区:图中虚线以上的区域。此区内的各条?-Re弧线简直都趋近于水准线,即?只与? /d相合,而与Re无合。 * * 该区内,只消? /d确定,则?=常数, 由范宁公式明晰,若管道确定,那么l/d也即确定,此时活动阻力只与流速的平方成正比,因而该区又称阻力平方区。况且? /d越大,抵达该区的Re值越低。 * * 三、局限阻力的策动 管道上的活动阻力除了管壁所惹起的摩擦阻力外,还席卷流体流经管道局限身分如管进口、出口、管件、阀门及管截面的卒然扩张与卒然缩小等处显示的阻力。流体流过这些身分时,速率的巨细和偏向都爆发改观,并受到阻挡和搅扰,显示漩涡,使内摩擦弥补,酿成局限阻力。 驯服局限阻力所惹起的能量失掉有两种策动法子。 * * 此中 ? 为局限阻力系数,平常由实践测定。 (一)阻力系数法 驯服局限阻力所惹起的能量失掉,可能体现成动能的一个倍数, 即 或者 * * * * 下面先容最常碰到的两种环境的局限阻力系数: 1、卒然扩张与卒然缩小 管道因为直径厘革而卒然扩张或缩小,所发生的能量失掉可按上面的公式策动。式中的流速u的值取小管径的流速(即取较大的流速值策动)。 局限阻力系数可凭据细管与粗管的截面积之比,从下图查出(P57 图1-28) 。 * * * * 1、内摩擦力:运动着的流体内部,相邻的两层流体间的互相效用力,称为内摩擦力。 2、流体的粘性:流体正在活动流程中发生内摩擦力的本质,称为粘性。 粘性是使流体正在活动流程中发生能量失掉的首要原由,是影响流体活动的主要物性之一。 由于流体正在活动时有内摩擦,活动时就必必要驯服内摩擦而作功,从而将一片面呆板能转化为热而耗费掉,这即是能量失掉。 * * * * 3、牛顿粘性定律: 实践外明,看待必定的流体,内摩擦力F的巨细与两层流体层的速率差du成正比,与两层流体之间的笔直隔断dy成反比,与两层流体的接触面积A成正比,这即是牛顿粘性定律。 * * 若界说?为单元面积上的内摩擦力,即剪应力: ?=F/A 则有: 牛顿粘性定律 Newtonian viscous law * * 式中: ?—单元面积上的内摩擦力,称为内摩擦应力,或剪应力, N/m2 —速率梯度,体现正在与活动偏向相笔直的y偏向上,单元距 离的速率改观率,1/s ?—比例系数,其值随流体的差异而差异,流体的粘性越大,其值越大,称为粘度系数,简称粘度。 * * 4、牛顿型流体与非牛顿型流体 (1)牛顿型流体:剪应力与速率梯度的合联适应牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体。 全部气体及大大批液体都属于牛顿型流体; (2)非牛顿型流体:剪应力与速率梯度的合联不适应牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体。 如胶体、乳浊液、悬浮液、纸浆,牙膏等等都属于非牛顿型流体。(P14~16详尽实质,自学)。 本课程只接洽牛顿型流体。 * * 2、物理事理:流体的粘度体现促使流体活动发生单元速率梯度的剪应力,即,当速率梯度为一个单元时,由流体的粘性发生的剪应力。 粘度是流体的物理本质之一,是胸怀流体粘性巨细的物理量,可查物性数据手册。参考书P330~333,可查气氛及水的粘度,P341可查少许液体的粘度。 粘度老是与速率梯度相合联,唯有正在运动时才会展现出来,因而正在说明静止流体的顺序时,并没有提及这一本质。 二、流体的粘度 1、界说式: * * 从素质上讲,粘度是流体抗拒活动的一种本质,是流体分子间互相吸引而发生的阻挡分子间相对运动技能的量度,即流体活动的内部阻力。而牛顿型流体中剪应力和速率梯度的比值是固定褂讪的。此项比值被称为流体粘度系数,简称粘度。 * * 3、影响要素:温度与压强 平常的,液体的粘度是内聚力的呈现,液体的粘度随温度的升高而减小,而压强对液体的粘度影响很小,故通俗不予探讨。 气体的粘度是分子热运动时相互碰撞的显露,气体的粘度随温度的升高而增大,压强升高略有弥补,因而除压强极高或极低的环境下,必要探讨压强对气体粘度的影响外,正在平常工程策动中可不予探讨。 * * 4、粘度的单元: (1) SI: 或 ~~~~~ ~~~~~ * * (2)CGS: (泊) (3)两种单元间的换算合联: 1P=100CP 1Pa.s=10P=1000CP ~~~~~ * * §2-4-2 流体的活动型态 一、雷诺实践—1883年有名的雷诺实践 为了说明影响流体活动的要素,英邦物理学家雷诺(Reynolds)通过下面的实践,直接观测流体活动时内部质点的运动环境,及各式要素对活动情状的影响,这个实践称为雷诺实践。 如下图所示,正在水箱内B内装有溢流装配,以坚持水位恒定。水箱下部装有一段直径相仿的水准玻璃管,用阀门A调减省量,玻璃管入口处插进一根细管,细管上方与装有有色液体的容器C相连。 * * 雷诺实践装配 动画 * * 实践时,正在有溢流的环境下,微微掀开阀门A,使玻璃管内的水低速活动,然后掀开阀门D,把有色液体引入玻璃管中,此时可能观测到,有色液体成不停线,稳定的流过整根玻璃管,与管内的水不相搀和如图(a)。 1、滞流:管内流体质点作有法例的平行活动,质点之间互不碰撞,互不搅扰混同,这种活动型态称为滞流或层流。 图 (a)滞流 * * 正在(a)的本原上,调度阀门A,增洪流流速率,当流速增大到必定数值时,有色液体的流线显示犯科例的海浪形,如图(b)所示。这种活动型态称为过渡流。 图(b)过渡流 * * 正在(b)的本原上,赓续增大流速至某一临界值时,有色液体的流线便十足消亡,即有色液体流出细管后,随即散开,与水十足搀和正在一道,使整根玻璃管中的水外示平均的颜色,如图(c)。这种形象评释: 2、湍流:流体质点除了沿管道向前运动外,还存正在犯科例的径向运动,质点间互相碰撞,互相混同,发生漩涡,质点速率的巨细和偏向随时爆发改观,这种活动型态称为湍流或紊流。 图(c)湍流 * * Re响应了流体活动时的湍动水准,雷诺准数值越大,湍动水准也越大,是以可用雷诺准数来判定流体的活动型态。 二、流体活动型态的判别 1、雷诺准数:流体的活动型态是由众方面要素决心的,雷诺将流速u、管径d、流体的粘度?和密度?这几个物理量用统一单元制体现,并归纳成一个无量纲的复合数群,以Re体现,称为雷诺准数(Reynolds numbers) ,即 * * 2、无量纲数群(准数):平常几个有内正在合联的物理量按无量纲前提组合起来的数群称为无量纲数群(准数),量纲为1。 可是这种组团结非是大肆拉拢的,平常都是正在豪爽的实验的本原上,对影响某一形象或流程的各式要素有了必定的领会之后,再用物理说明或数学推演或二者相连合的法子定出来的。 无量纲数群(准数)既能反响所包括的各物理量间的内正在合联,又能讲明某一形象或流程的少许素质。如雷诺准数可用来判定流体的活动型态。 * * 3、量纲:正在量制中,以根本量的幂的乘积体现该量制中一个量的外达式,这个外达式即是该量的量纲。 根本量的量纲是其自己。如长度的量纲为L,质地的量纲为M,时候的量纲为T等。 而少许导出物理量的量纲式就要凭据它的单元来定,如: 流速u 单元为:m/s , 其量纲式:L T-1 ; 密度的单元为:kg/m3,其量纲式: ML-3 粘度的单元 :kg/m.s , 其量纲式:ML-1T-1 * * 因而,雷诺准数的量纲是1。 雷诺准数的量纲式为: * * 4、 活动型态的判别: 用雷诺准数判定流体的活动型态,因为实践前提差异,各式文献数值也差异,当流体正在圆管内活动时,目前斗劲公认的判别依照是: 当 Re≤2×103 时,为滞流; 当 Re≥4×103 时,为湍流; 当2×103 Re 4×103 时为过渡流。 * * 5、非圆形管道Re的策动: 当量直径:用de体现,体现非圆形管道相当于直径为众少的圆管。 当量直径的界说: * * 如:看待矩形管道,若长与宽为a、b ,则 钻研评释,当量直径用于策动湍流时斗劲牢靠,而用于策动滞流时是不牢靠的。 * * 三、流体正在圆形管道内的速率分散 无论是滞流依旧湍流,流体正在圆形管道内活动时,正在管道任一截面上,流体质点的速率随该点与管中央的隔断而改观,这种改观合联称为速率分散。速率正在管道截面上的分散顺序因流型而变。 1、滞流:滞流时,管内流体厉酷地分为众数专心圆筒,即流体层向前运动。由实践测得速率分散如下图所示的弧线。弧线成扔物线形,管中央处的速率最大(umax),截面上各点的速率的均匀值等于最大速率的0.5倍。即 u=0.5umax。 * * * * Re≤2000 u=0.5umax 滞流时流体正在圆管内的速率分散 滞流速率分散 * * 2、湍流: 由实践测得的湍流时圆管内的速率分散弧线如下图所示。因为流体质点激烈地分袂与搀和,使截面上靠管中央片面各点速率互相扯平,速率分散斗劲平均。 速率分散弧线不再是厉酷的扔物线,而是顶部斗劲平缓,况且雷诺准数越大,弧线顶部的区域就越开朗平缓,但迫近管壁处,质点的速率则蓦地降落,弧线较陡。均匀流速为管中央处最大流速大的0.8倍。u=0.8umax。 * * 湍流时流体正在圆管内的速率分散 u=0.8umax * * Re?4000 湍流时流体正在圆管内的速率分散 u=0.8umax * * 四、界线层的观念 流体的活动型态分为滞流和湍流,滞流时流体活动斗劲稳定,湍流时流体活动斗劲热烈,流体内部充满了大巨细小的漩涡。 可是通过实践涌现,纵使是正在湍流时,正在迫近壁面处,仍有一薄层流体成滞流活动,这个区域称为滞流底层或滞流内层。滞流内层对流体的活动、传热及传质等题目都具有很大的影响。为了讲明这个题目,必要接洽界线层的观念。(P43~46). * * 为了接洽题目的简单,以流体流过平板时的环境为例。 流体以匀速u流过平板,当流到壁面上时,壁面大将粘附一层静止的流体。这层流体层与相邻的流体层之间会发生内摩擦,使其流速减慢,这种减速效用会一层一层的向流体内部通报过去,酿成一种速率分散。如下图所示: * * * * 理思流体柏氏方程反响了理思流体稳态活动流程中,各式呆板能之间互相转换的数目合联。 五、柏努利方程式的接洽 1、 理思流体柏氏方程的物理事理: 上式中,管道任一截面上单元质地流体所具有的总呆板能为一常数。即: * * 2、?hf:是指1kg流体正在活动编制中活动时,因驯服各式活动阻力而失掉的能量,称为能量失掉或阻力失掉。单元:J/kg。 ?hf体现单元质地流体从1-1’截面流入到从2-2’截面流出的流程中所耗费的全部能量的加和。 3、方程式各项的单元都是:J/kg,压强的单元务必行使Pa才智单元同一。 戒备:实质流体的柏努利方程式中,前三项与后两项有着素质的差异。前三项是指正在某截面崇高体自己具有的能量,尔后两项是指流体正在两截面之间所获取或耗费的能量。 * * 4、外功(有用功):we是指流体输送呆板对单元质地流体所做的有用功,是流体输送呆板的主要数据。 单元时候内流体输送呆板所做的有用功称为有用功率,用Ne体现,单元:J/s=w.两者合联为: Ne=we.ws 流体输送呆板正在输送流体时,所做的功不也许为流体统共获取,因而就存正在一个恶果题目,用? 体现。 看待常用的输送液体的设置泵来说,泵轴耗费的功率,即电动机或其他原动机直接传动时传给泵轴的功率,称为泵的轴功率,用N体现,单元:w。轴功率必大于有用功率,两者之间的合联为: * * 看待非稳态活动流程中的任一倏得,柏氏方程如故创办。 5、看待可压缩性流体,因为其密度随压强而改观,因而两截面处的密度不相当,可是若所取编制的两截面处的绝对压强的改观率不赶上20%,即: 柏氏方程仍可行使,只是流体的密度?应取两截面处流体的均匀密度来取代: * * 流体静力学根本方程式是柏氏方程的一种出格环境。柏氏方程除了能外达流体活动的顺序外,还能外达流体静止形态的顺序,而流体的静止形态只可是是活动形态的出格形态。 6、若流体处于静止形态,则:u1=u2=0,不活动则没有阻力,?hf=0,静止不必要输送呆板,we=0,则柏氏方程变为: * * 7、流体能量的衡算基准: 流体能量的衡算基准差异,柏氏方程的外达式也不相同。 (1)以单元质地流体为衡算基准:即是上前面接洽的外达式; (2)以单元重量流体为衡算基准: 上式各项同时除以重力加快率g: * * 上式中的各项顺序称为位压头、动压头、静压头、有用压头及压头失掉,而He体现流体输送呆板对单元重量流体所供给的能量,因而称为有用压头。 则上式变为 以单元重量流体为衡算基准的柏氏方程 方程式中各项的单元都简化为:[m],体现单元重量流体所具有的能量,简化为高度的单元。 令: * * 以单元体积流体为衡算基准的柏氏方程 此中:⊿Pf=??hf 称为压强降,单元:Pa 上式各项的单元都简化为压强的单元:[Pa],体现单元体积流体所具有的能量。 (3)以单元体积流体为衡算基准: 原式各项同乘以密度?,则获得下式: * * §2-3-4 柏努利方程的行使举例 柏氏方程反响了流体稳固活动流程中各式呆板能之间的互相转换顺序,正在说明与治理流体活动与输送题目中行使出格普通。 柏氏方程可用于确定设置间的相对身分,用于策动管道中流体的流量,流体的压强及流体输送呆板的有用功率及轴功率等,可是有时必要与流体连绵性方程笼络起来治理。下面通过几个例子来讲明该方程的行使。 * * 一、确定容器间的相对身分 [例2-4]如本题附图所示,密度为900kg/m3的料液,从高位槽送入响应器中,高位槽内液位维护恒定,响应器内外压强为40kPa,进料量为50m3/h。邻接管直径为?108×5mm,料液正在邻接管内活动时的能量失掉为24.53J/kg(不席卷出口的能量失掉),试求高位槽内的液面应比响应器的进料口超越众少? * * * * 由题意,式中: Z1=Z,Z2=0 p1=0(外),p2=40kPa=4.0×104Pa (外), ?hf=24.53J/kg ,we=0 解:取高位槽液面为上逛截面1-1’ ,邻接管出口内侧为下逛截面2-2’,并以截面2-2’的中央线’基准面。正在两截面间列柏努利方程式: * * 解得 Z1=7.2m 即高位槽液面应比响应器的进料口超越7.2m。 P33 例1-13 自学 高位槽液面维护恒定,则 u1=0 将数值代入,得: * * 二、确定管道中流体的流量 [例2-5]水准透风管道某处的直径自300mm慢慢缩小到200mm,为了简略的估算此中气氛的流量,正在锥形接受两头各引出一个测压口,与U型管压差计相连,用水作指示液,测得读数R为40mm。设气氛流过锥形管的阻力可能粗心,求气氛的体积流量。已知气氛的温度为20℃,本地大气压强为760mmHg. 解:起首据题意画出简图,如下图所示: * * * * 凭据题意:Z1=Z2;因为两截面间没有外功参与,因而we=0;能量失掉粗心不计,则??hf=0; 因为透风管内气氛温度褂讪,压强改观很小,唯有40mm水柱,因而可按不成压缩流体来措置。 取两测压口永别为截面1-1’与截面2-2’,以管中央线’之间列柏氏方程: * * 故柏氏方程简化为: 拾掇一下: (p1-p2)可由U型管压差计读数求取: p1-p2=?0gR=1000×9.81 ×0.04=392.4 Pa * * 再由连绵性方程知: 取气氛的均匀摩尔质地为M=29kg/kmol, 则 气氛的均匀密度: (1) * * 将上式代入(1)式,得: (2.25u1)2-u12=648.6 解得 u1=12.6 m/s 那么 气氛的体积流量为: 则 : P33 例1-12 自学 * * 三、确定管道中流体的压强 参考书 P35 例1-15 自学 四、确定流体输送呆板的有用功率及轴功率 [例2-6]某化工场用泵将碱液输送至吸取塔顶,经喷嘴喷出,如附图所示。泵的进口管为φ108×4.5mm的钢管,碱液正在进口管中的流速为1.5m/s,出口管为 ???φ76×2.5mm的钢管,贮液池中碱液的深度为1.5m,池底至塔顶喷嘴上方入口处的笔直隔断为20m,碱液经管道的摩擦阻力失掉为30J/kg,碱液进喷嘴处的压力为0.3at(外压),碱液的密度为1100kg/m3。设泵的恶果为65%,试求泵所需的功率N。 * * * * ?? 已知 Z1=0 ,Z2=20-1.5=18.5m 因贮液池面较管道截面大得众,u1≈0, 碱液正在进口管中的速率 u=1.5m/s 则碱液正在出口管中流速按连绵性方程: 解:取碱液池的液面为1-1’截面,同时也为0-0’基准面,以塔顶喷嘴上方出口管管口内侧为2-2’截面,正在1-1’与2-2’截面间列柏努利方程: * * 碱液进口管内径 d=108-4.5×2=99mm=0.099m 碱液出口管内径 d2=76-2.5×2=71mm=0.071m 则 u2=1.5(99/71)2=2.92m/s 又知 ρ=1100kg/m3????,?????????????????????? p1=0(外) p2=0.3 ×9.81×104=2. 94×104N /m2 (外) ∑hf=30J/kg 将以上各值代入柏氏式得输送碱液所需的外功: * * 泵的恶果为65%,则此泵的功率为:(Ne=wews) N=wews/η=242.5×12.69/0.65=4734w=4.73kw 参考书 P34 例1-14 自学 碱液的质地流量: * * 五、柏氏方程行使总结 1、解题方法: (1)凭据题意画出简图,指出活动偏向; (2)选用两截面,确定衡算范畴。按活动偏向,上逛为1-1’截面,下逛为2-2’截面; (3)选用基准面,基准面务必是水准面。为明白题简单,正在也许的环境下,尽量使其与一个截面重合; (4) 正在两截面之间列柏氏方程,求解。 * * 2、戒备题目: (1)选定的两截面均应与流体活动偏向笔直; (2)两截面选定后,待求的量应正在两截面上或正在两截面间,况且截面上的相合数据除了待求量外,都应是已知数或通过策动可求得的数; (3)截面上的物理量均取该截面上的均匀值,如位能取水准管中央处的值;动能用截面上的均匀流速策动;静压能用管中央处的压强值策动; (4)策动截面上的静压能时,需用截面上的压强,压强可用外压强,也可用绝对压强,但统一活动编制中,两截面的压强值务必用统一计量模范,绝对不成一个截面用外压,另一个截面用绝压。 * * §2-4 管内流体活动形象 上一节咱们凭据稳态活动编制的物料衡算和能量衡算永别获得了连绵性方程和柏努利方程,从而可能预算和策动活动流程中的相合参数。可是,咱们并没有涉及流体活动中内部质点的运动顺序。流体质点的运动式样,影响着流体的速率分散、活动阻力的策动以及流体中的热量通报和质地通报流程。 流体的活动形象出格丰富,涉及面很广,咱们只作纯粹先容。 * * §2-4-1 牛顿粘性定律及流体的粘度 一、牛顿粘性定律(Newtonian viscous law) 前已述及,流体具有活动性,没有固定的体式,正在外力效用下,其内部爆发相对运动;另一方面正在运动的形态下,流体又有一种抗拒内正在的向前运动的个性,这种个性称为流体的粘性。粘性是活动性的正面。(P12~16) * * 以水正在管内活动时的环境为例。管内任一截面上,各点的速率并不相当,管中央处的流速最大,越迫近管壁流速越小,正在管壁处水的质点粘附正在管壁上,其流速为零。其他流体正在管内也有相同的顺序。 因而,流体正在圆管内活动时,实质上是被分为众数极薄的圆筒层,一层套着一层,各层以差异的速率向前运动。 因为各层速率差异,层与层之间就爆发了相对运动。速率速的流体层对与之相邻的速率慢的流体层,爆发了一个鞭策其向运动偏向进展的力,而同时速率慢的流体层对速率速的流体层也效用着一个巨细相当,偏向相反的力,从而阻挡较速的流体层向前运动。 * * * * * * * * * * 铸铁管: 价钱低廉,但强度差,笨重,耐压耐温性差,常用于埋设正在地下的污水管线。 * * 水煤气管(有缝钢管):,有缝钢管平常为焊接而成。从外观望,有缝钢管内部可能看到直线或者螺旋线的焊缝,那是高频焊接的焊缝。.对压力,温度条件不高的用有缝钢管.好比生存水管,煤气管。.平常分为镀锌管和黑管(不镀锌) * * 无缝钢管:无缝钢管是采用冷、热拔制成的,遍及用于介质压力等于或大于1.6MPa .无缝钢管壁厚斗劲厚,内部没有焊缝。输送载体条件高的,如压力,境遇,维修,侵蚀,温度等,用无缝钢管 * * 有色金属管: * * 其它质料的管子 * * 二、稳态活动与非稳态活动 1、稳态活动:正在活动编制中,若任一截面崇高体的流速、压强及密度等参数仅随身分变,不随时候变,则这种活动称为稳态活动,又称定态活动。 2、非稳态活动:流体正在管道或设置中活动,若任一截面崇高体的流速、压强及密度等参数既随身分变,又随时候变,则这种活动称为非稳态活动,又称非定态活动。 * * 稳态活动与非稳态活动 动态 * * (1)排水管的流量小于进水管的流量,箱内水位必慢慢升高,并结果充满水箱,众余的水便由溢流管4流出,于是箱内水位坚持褂讪。截面1-1’与2-2’处的流速、压强等参数固然各不相当,即u1?u2,p1 ?p2,但均不随时候而变,这即是稳态活动。 (2)若排水流量大于进水流量,或将进水管合上,则箱内水位必将慢慢降落,上述二截面处的流速、压强等参数随时候而改观,这就吵嘴稳态活动。 连绵坐蓐流程中,除开车、泊车阶段外,均属稳态活动。本章接洽的都是连绵操作的稳态活动流程。 * * §2-3-2 连绵性方程(the equation of continuity) 一、物料衡算 物料衡算是质地守恒定律正在化工中的全部显露。凭据质地守恒定律,向设置内输入的物料质地总和,必等于从设置内输出的物料质地总和与蕴蓄堆积正在设置内的物料质地总和的加和。即: ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 物料衡算的通式 * * —向设置输入、输出的物料质地总和; MA —蕴蓄堆积正在设置内的物料质地总和。 这个公式是物料衡算的通式,它符合于任何指定的空间范畴,并符合于流程所涉及的统共物料,况且,既符合间歇操作的非稳态流程,又符合于连绵操作的稳态流程。 看待连绵操作的稳态流程,无物料蕴蓄堆积,MA=0 ~~~~~~~~~~~~~~ * * 举办物料衡算时,起首要确定衡算的对象和范畴,然后再确定合适的衡算基准和同一的计量单元。衡算的对象可能是统共物料,也可能是此中的某一组分。衡算范畴可能是一台或相合的几台设置,也可能是整体坐蓐流程。 衡算基准平常取流程中某个褂讪的量。比如正在连绵操作流程中,可取单元时候物料的措置量或产量作基准。计量单元平常行使质地单元,也可用摩尔作单元。 结果,对已确定了的衡算编制作出示希图,以方框代外设置,并用箭头标明物料进出口的偏向和数目及相合的工艺参数。 * * 二、连绵性方程(the equation of continuity) 正在稳态活动编制中,对直径差异的管段作物料衡算。 如下图所示为一异径管,流体充满1-1’与2-2’截面间的统共空间,且无揭发,并作稳态活动。 * * 凭据物料衡算,单元时候内进入截面1-1’的流体质地必等于单元时候内流出截面2-2’的流体质地。 即: ws1=ws2=常数 因 ws=?uA 因而 ?1u1A1 =?2u2A2 =?uA =常数 流体稳态活动时的连绵性方程。 * * 若流体为不成压缩性流体,则 ? =常数,上式可写成: u1A1=u2A2=uA=常数 不成压缩性流体的连绵性方程 物理事理:连绵性方程反响了稳态活动流程中,流量必定时,管道各截面崇高速的改观顺序。 可用连绵性方程策动稳态活动流程中必定流量下管道中差异截面上的流速巨细。 * * 上式讲明,当流体体积流量必定时,流速与管径的平方成反比。 看待不成压缩性流体正在圆形管道中活动: 因而上式变为: * * §2-3-3 柏努利方程(Bernoulli equation) 一、流体活动时的能量衡算 凭据能量守恒定律,看待连绵稳态操作流程,任何时候通过各式途径进入编制的总能量(席卷输入物料带进编制的能量及外界传入编制的热量)必等于同有时间内编制付出的总能量(席卷输出物料带走的能量及编制对外界所做的功): 连绵稳态操作流程的能量衡算式 ~~~~~~~~~~~ * * 二、流体稳态活动时的能量形势及总能量衡算式 (一)流体稳态活动时的能量形势 物质都具有必定的能量,流体鄙人图所示的活动编制中稳态活动时具有下列几种能量: 1、位能: 流体正在重力效用下,因其身分隔断基准面有必定高度而具有的能量称为位能。 质地为m[kg]的流体,正在隔断基准面的高度为Z[m]时,所具有的位能为:mgZ [J],相当于将m[kg]的流体从基准面升举到高度Z[m]所做的功。 1kg流体具有的位能:gZ [J/kg]。 * * 位能是一个相对值,其值随所选基准面的身分而改观,通俗正在基准面以上者为正值,以下者为负值。 * * swf\001\1-12 * * 3、内能:流体内部因分子运动而具有的能量的总和称为内能。内能决心于流体自己的形态,其值与流体的温度和比容相合。 1kg流体具有的内能,用U体现,单元: J/kg 2、动能:流体以必定的速率活动,便具有必定的动能,质地为m[kg]流体,以流速u[m/s]活动时,其动能为: [J] 1kg流体具有的动能为: [J/kg] * * 4、静压能:流体的静压能是指流体处于当时压力下所具有的、因被压缩能向外膨胀而能作功的技能。 正在静止或活动流体的内部,都具有必定的静压强,是以正在编制的任一截面上都具有压力。 流体要通过某一截面进入编制,必必要对流体作功,以驯服该截面的压力,才智把流体压入编制中去。于是通过该截面的流体,便带着与此功相当的能量进入编制。流体所具有的这种能量称为静压能。又称活动功。 * * 假设质地为m[kg],体积为V[m3]的流体,流入某截面,若该截面处流体的静压强为p[Pa],截面积为A[m2],则截面上所具有的总压力为F=pA,流体原委该截面所走的隔断为:L=V/A,则流体正在该截面处具有的静压能为:静压能=FL=pA.V/A=pV [J]. 1kg流体具有的静压能:pV/m=pv [J/kg] 其它,管道上还装置有换热器和流体输送呆板,则,进出该编制的能量又有: * * 若换热器对所衡算的流体加热,则Qe为从外界向编制输入的热量,则为正值;若换热器对所衡算的流体冷却,则Qe为从编制向外界输出的热量则为负值。 6、有用功(we):又称外功,是指1kg流体通过泵(或其他流体输送设置)所获取的能量,单元:J/kg。 5、热:设换热器向1kg流体供给的或从1kg流体取走的热量为Qe[J/kg]。 * * 衡算范畴: 管内, 1-1’截面到2-2’截面之间 衡算基准:1kg流体 基准水准面:0-0’水准面 1-1’截面:u1、p1、Z1、A1、v1、U1 2-2’截面:u2、p2、Z2、A2、v2、U2 (二)流体稳固活动时的总能量衡算式 正在如上图所示的稳态活动编制中,流体从1-1’截面流入,经粗细差异的管道从2-2’截面流出。 * * 流体通过1-1’截面时带入编制的的总能量为: 流体通过2-2’截面时带走的总能量为: * * 1kg流体稳态活动时的总能量衡算式 * * 由热力学第必定律知 实质上 由数学知 将如上三式代入总能量衡算式 ,获得 三、流体稳态活动时的呆板能衡算式 位能、动能及静压能称为呆板能。为便于行使总能量衡算式,可想法将内能及热消去,从而获得实用于策动流体输送编制的呆板能改观合联式。 * * 1kg流体稳态活动时的呆板能衡算式 实用于可压缩流体及不成压缩流体。 积分项要凭据流程的差异(等温、绝热或众变),遵守热力学法子措置。 * * 四、柏努利方程式(Bernoulli equation) 将呆板能衡算式: 行使于不成压缩流体,则比容v为常数: * * 实质流体稳态活动时的Bernoulli方程式 出格环境: 理思流体: 理思流体是指不具有粘度,于是活动时无摩擦阻力的流体。 * * 柏努利方程式(Bernoulli equation) 这也是1kg理思流体稳态活动机会械能的改观合联式,或理思流体稳态活动时的能量衡算式,称为柏努利(Bernoulli)方程式,简称柏氏方程。 看待理思流体:?hf=0 ,we=0 ,则: * * 三、接洽 1、静力学根本方程式的行使前提:重力场中,静止的连绵的统一种流体; 2、由式 p= p0+ ?gh明晰,当p0必定时,静止流体内部任一点的压强的巨细与该点距液面的深度h及液体自己的密度相合,而与该点所正在水准身分及容器的体式无合。 因而,正在静止的连绵的统一液体内部,处于统一水准面上各点的压强都相当,如此的点称为等压点,这些点组成的水准面称等压面,这也是连通器的根本道理。 * * 上式讲明,压强差的巨细可能用必定高度的液体柱来体现,这即是压强的单元可能用mmHg,mH2O来体现的依照。可是务必说明是何种液体,不然就落空了事理。 4、静力学根本方程式是用液体为例推导出来的,液体的密度?=常数。气体的密度随压强而改观,但正在化工容器里,气体的密度改观不大,可能以为是常数,因而也同样实用于气体,故称为流体静力学根本方程式。 3、将式p= p0+ ?gh变一下形,为: * * [例2-2](1)判定下面各式是否创办 pA=pA’ pB=pB’ pC=pC’ (2)细管液面高度。 已知: ?1 = 800kg/m3 ?2 =1000kg/m3 H1= 0.7m H2= 0.6m * * pA=pA’ pB=pB’ 解:(1)判定两点压强是否相当,环节是等压点的前提是否餍足(静止,连绵,统一流体,统一水准面)。 等式创办。因A及A’两点与B及B‘正在静止的连通着的统一种流体内,并正在统一水准面上。 pC=pC’ 的合联不行创办。因C及C’两点虽正在静止流体的统一水准面上,但不是连通着的统一种流体,即截面C—C’不是等压面。 * * 故:? 2 g h+p0= ?1 gH1+ ?2 gH2+p0 (2)策动玻璃管内水的高度h--静力学方程行使 思绪:凭据等压点,永别列出某点压强的策动公式,然后联立求解。 pB=pB’ pB=?1 gH1+ ?2 gH2+p0 pB’=? 2 g h+p0 * * §2-2-4 流体静力学根本方程式的行使 一、压强与压差的衡量 化工坐蓐中,压强是一个主要的担任前提,衡量压强的仪外良众。 下面先容的是以流体静力学根本方程式为依照所计划的测压仪外,称为液柱压差计,可用来衡量流体的压强或压差。 * * 1 、U型管压差计 U型管压差计如下图所示,它是一根U型的玻璃管,内装有密度为?0的液体,称为指示液,指示液与被测流体(密度为?)不互溶,不爆发化学响应,且?0>?。 当衡量管道中截面1-1’与2-2’处流体的压强差时,可将U型管的两头永别与截面1-1’ 及2-2’相连。 因为两截面处的压强p1与p2不相当,因而当抵达稳固时,正在U型管两侧指示液的液面便显示高度差R,称为压差计读数,其值巨细反响的即是1-1’与2-2’两截面间压强差( p1 -p2)的巨细。 * * U型管压差计 若管道不是水准装置,则两截面间有一个高度差,公式睹 P20式(1-16) p1p2 * * A-A’为等压面,则流体正在A-A’处的压强相当: pA=pA’ pA= p1 + ?g(z+R) ; pA’=p2+ ?gz+ ?0gR p1 + ?g(z+R)= p2+ ?gz+ ?0gR p1 -p2=gR(?0-?) U型管压差计不光可能用来衡量流体的压强差,况且还可能衡量流体正在管道任一截面处的压强。 假如被测流体为气体:p1 -p2≈ ?0 gR P21 例1-4 自学 * * 2、微差压差计 为将读数R放大,除了正在选用指示液时,尽也许的使其密度?0与被测流体的密度?连结近外,还可能采用下图所示的微差压差计。 * * 微差压差计是对U型管压差计的纠正。正在U型管压差计的两侧臂上增设两个小室。 小室内装入A、C两种密度稍有差异且不互溶的指示液,指示液C与被测流体(密度为?)不互溶,不爆发化学响应,且?A>?C >? 。 小室(直径为D)的横截面积要比U型管(直径为d)的截面积大的众(即:D>>d),如此纵使下方指示液A的高度差R很大,两小室内指示液C的液面也改观很小,可能以为根本上维护等高。 * * 微差压差计 ?C h1 h1 h2 ?A A A’ p1p2 * * 如图:A-A’为等压面, 即 pA=pA’ pA=p1+?gh2+ ?Cg(h1+R) , pA’=p2+ ?gh2+ ?Cgh1+?AgR p1-p2=( ?A-?C)gR 只消采取两种密度差很小的实用的指示液,便可将读数R放大到U型管压差计的几倍或十几倍。 戒备:上式中( ?A- ?C)是两种指示液的密度差,与被测流体的密度无合;而U型管压差计中的 (?0- ?)是指示液与被测流体的密度差,两者有素质的差异。 * * 当被衡量的流体压强或压差不大时,读数R必定很小,为获得正确的读数,还可采用如图所示的斜管压差计。 R‘与R的合联为: 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。 3、斜管压差计 * * 二、液位的衡量( 液位计)??? ? 化工坐蓐中为明确解容器里物料的储存量,必要行使液位计举办液位的衡量。 液位计的形势良众,下面先容一种凭据静止液体内部压强改观顺序计划的液位计。 这种液位计是正在容器的底部及顶部器壁上各开一个小孔,两小孔间用玻璃管相连,如下图所示: * * 液位计 * * 因为玻璃管和容器相通,A、B两点是正在静止的统一流体内,而且正在统一水准面上,故A点和B点的压强相当,即:??pA=pB????? 由流体静力学根本方程得: ??? ?pA=p1+ρgh1???? pB=p2+ρgh2 p1+ρgh1=p2+ρgh2 因玻璃管上部与容器相通: p1=p2 h1=h2 即 玻璃管内的液位与容器内液位等高。 * * 三、 液封 液封,也称水封,是一种诈骗液体的静压强来紧闭气体的装配。 液封正在坐蓐中行使很广,如正在压力设置上避免超压起泄压效用,正在真空冷凝器下面避免外界气氛漏入起密封效用(后面的例2-3)等。各式液封的效用差异,但计划道理是相仿的,都是凭据液体静力学道理来确定所需的液封高度。 下图是乙炔爆发器外的安乐水封装配,当器内压强赶上原则值时,气体便由管2通过水封排出,抵达泄压宗旨。 * * P0 乙炔爆发器水封 1、乙炔爆发器;2-水封管;3、水封糟 * * 如已知乙炔爆发器内最大压强为p 凭据式 p=p0+ρgh 即水封高度为:? 但为了安乐起睹,h应略小于 * * [例2-3]已知抽线kPa,求气压管中水上升的高度R。 解: p0=p + ? g R p为装配内的绝对压强 p =p0 - 真空度 * * 小 结 1、密度具有点个性,液体的密度根本上不随压强而改观,随温度有厘革;气体的密度随温度和压强而变。 2、与位能基准相同,静压强也有基准。工程上常用绝对压强和外压(真空度)两种基准。正在策动中,应戒备用同一的压强基准。戒备压强的单元和单元换算。 3、压强具有点个性。流体静力学即是钻研重力场中,静止流体内部静压强的分散顺序。 * * 4、对流体柱使用受力平均道理,可能获得流体静力学方程。流体静力学方程评释静止流体内部的压强改观顺序或呆板能守恒道理。 5、U形管压差计或微差压差计的计划依照是流体静力学道理。行使静力学的重点是准确采取等压面,戒备等压面四因素。静力学根本方程式行使的解题方法是选等压面、列方程、联立求解。 * * §2-3 流体活动的根本方程 ( Basic equations of fluid flow ) * 本节实质纲要 首要是钻研和练习流体活动的宏观顺序及差异形势的能量的怎么转化等题目,此中席卷: (1)质地守恒定律——连绵性方程式 (2)能量守恒定律——柏努利方程式 推导思绪、实用前提、物理事理、工程行使。 * 本节练习条件 学会使用两个方程治理流体活动的相合策动题目 * * 本节核心 以连绵方程及柏努利方程为核心,独揽这两个方程式推导思绪、实用前提、用柏努利方程解题的重点及戒备事项。通过实例加深对这两个方程式的体会。 本节难点 2-2截面选用是难点。正在行使柏努利方程式策动流体活动题目时,要异常戒备活动的连绵性、上、下逛截面及基准水准面选用的准确性,从而准确确定衡算范畴(上、下逛截面的选用),这是解题的环节。 * * §2-3-1 几个根本观念 一、流量与流速 1、流量:单元时候内,流体流过管道任一截面的流体量,称为流量。 流体的量可能用体积来胸怀,也可能用质地来胸怀。因而有体积流量与质地流量之分。 (1)体积流量:单元时候内,流体流过管道任一截面的体积,称为流体的体积流量。用VS体现,单元:m3/s * * (2)质地流量:单元时候内,流体流过管道任一截面的质地,称为流体的质地流量,用ws体现。单元:kg/s. 2、流速:单元时候内,流体正在活动偏向崇高过的隔断,称为流体的流速。 (1)均匀流速:单元时候内,流体流过管道单元截面积的体积,界说为均匀流速,用u体现,单元:m/s。 (2)质地流速:单元时候内,流体流过管道单元截面积的质地,称为质地流速,用G体现,单元:kg/m2.s * * 3、Vs、ws、u、G之间的合联: u=VS/A, VS=uA, ws= ? VS= ?uA, G=ws/A= ? uA/A= ? u 4、圆形管道直径的选定: 看待圆形管道, * * 由上式知,流体输送管道的直径可凭据流量和流速来策动,流量平常由坐蓐劳动决心,因而环节正在于采取适宜的流速。适宜流速的采取,应通过操作用度与设置用度的经济核算来决心。 * * 流体品种及情状 ? 常用流 速范畴 m/s 流体品种及情状 ? 常用流 速范畴 m/s 水及平常液体 ? 1~3 ? 压力较高的气体 15~25 粘度较大的液体 ? 0.5~1 ? 8大气压以下饱和水蒸汽 40~60 低压气体 8~15 ? 3大气压以下饱和水蒸气 20~40 易燃、易爆的低压气体(如乙炔等) 8 ? 过热水蒸汽 30~50 * * 正在流量必定的条件下,若流速选的过大,则管径固然可能减小,但流体流过的阻力增大,动力耗费增大,从而使操作用度弥补; 若流速选的过小,操作用度可能减小,但管径增大,使设置用度弥补。 * * 计划管道时,需归纳探讨这两个互相抵触的经济要素,需要时需通过经济核算来确定适宜的流速,使操作用度与设置用度之和最低。 凭据适宜的流速,算出的适宜的管径,采取适宜的管材。管径算出后,还要查阅管子的规格,以选用模范管径。 P357 列出了钢管的规格。 管径的常用体现法子:?118×2.5 (mm) * * 化工道理 流体的个性 Fluid Flow * * 练习条件 1、 本章练习宗旨 通过本章练习,核心独揽流体活动的根本道理、管内活动的顺序,并使用这些道理和顺序去说明和治理流体活动流程的相合题目,诸如: (1)流体输送:流速的采取、管径的策动、流体输送呆板选型。 (2)活动参数的衡量 :如压强、流速、流量的衡量等。 (3)扶植最佳前提:采取适宜的流体活动参数,以扶植传热、传质及化学响应的最佳前提。 * * 2、本章应独揽的实质 (1)流体静力学根本方程式的行使; (2)连绵性方程、柏努利方程的物理事理、实用前提、解题重点; (3)活动阻力的策动; (4)管道策动。 * * 第二章 流体的活动(Fluid Flow) §2-1 概述 一、 流体的观念 1、流体:液体和气体称统为流体。1main 2、流体的特性: (1)具有活动性,即抗剪和抗张的技能很小; (2)无固定的体式,随容器的体式而改观; (3)正在外力效用下其内部爆发相对运动。 swf\001\1-03.swf * * 二、本章治理的题目 1、流体的输送:输送管道管径的合理采取,管道的摆设以及输送设置的型式及功率确切定。 2、活动参数的衡量:化工坐蓐中,必要随时对管道或设置中物料的压强、流量、流速等众种参数举办衡量。而所用的衡量仪外众是凭据流体静止或活动的顺序计划的。 * * 3、流体的平均:流体正在重力场中处于相对静止或平均时的顺序,是少许相合呆板和衡量仪外的计划本原,可用来治理压强的衡量、液面的测定以及液封的计划等静力常识题。 4、最佳操作前提确切定:为了加强坐蓐,务必供给最适宜的操作前提。设置的操作恶果与流体的活动情状亲热相干,是以钻研流体的活动流程对寻找设置的加强途径、加强坐蓐,具有主要事理。同时还为后续的其它通报流程打下本原。 * * 三、钻研流体的条件-连绵介质模子(P10) 流体是由豪爽的、延续运动着的分子构成的。工程上钻研流体,是钻研它的宏观个性。十大玩彩信誉平台 连绵介质模子:正在钻研流体活动时,将流体视为由众数分子集团所构成的连绵介质,每个分子集团称为质点,其巨细与容器或管道比拟是微不敷道的,质点正在流体内部一个紧挨一个,没有任何空闲,流体中每一点都被流体质点所攻克,流体充满它所攻克的空间,这一概念称为连绵介质模子。 把流体看作连绵介质,其宗旨是为了解脱丰富的分子运动,而从宏观的角度来钻研流体的活动顺序。 可是并不是正在任何环境下都可能把流体视为连绵介质。 * * §2-2 流体静力学根本方程式 流体正在重力与压力的效用下抵达相对平均的形态,即为静止形态。流体静力学即是钻研流体处于静止形态的顺序。 §2-2-1 流体的密度 一、密度 1、密度观念:单元体积流体所具有的质地,称为流体的密度。 ??m/V * * ? — 流体的密度,kg/m3; m — 流体的质地,kg; V — 流体的体积, m3; 流体的密度是流体的物理本质之一,可查物性数据外。(P330,P331可查气氛及水的密度。) 2、影响密度的要素:物性、温度、压力 (1)可压缩性流体与不成压缩性流体 a、可压缩性流体:指密度随温度与压强的改观而改观的流体; b、不成压缩性流体:指密度只随温度变不随压强变的流体。 * * (2)液体的密度 液体的密度平常以为不随压强的改观而改观(极高压力下除外),只随温度而改观,是以是不成压缩性流体。如:当温度褂讪时,压强弥补一个大气压,水的密度只弥补0.5%。 液体的密度随温度的升高而消重。由于温度升高,液体体积增大,分子间隔断增大,因而密度减小。因而正在查液体的密度时只消戒备它的温度即可。 如:要查13℃下水的密度,而附录物性数据外中唯有10℃及20℃下的密度值(常压下): * * ?13=999.7-0.15×(13-10)=999.25kg/m3 或: ?13=998.2+0.15 ×(20-13)=999.25kg/m3 10℃: ?1?999.7 kg/m3 20℃: ?2?998.2 kg/m3 13℃时的密度 ?13可能用以下法子求得: 温度每改观1℃,密度的改观值为: * * (3) 气体的密度 气体的密度既随温度变又随压强变。如:气体由1atm等温压缩至1.1atm时,其密度也弥补为原先的1.1倍。因而平常将气体视为可压缩性流体。是以气体的密度务必标明其形态。 当压力不太高,温度不太低的环境下,气体平常可近似的按理思气体措置,理思气体的密度策动: P—气体的绝对压强,kPa; T —气体的绝对温度,K; M —气体的摩尔质地,kg/kmol; R —气体形态常数,R=8.314kJ/kmol.K * * 二、比容 比容是指单元质地流体所具有的体积,众用于气体。用v体现: v=V/m [ m3/kg ]