《化工原理》课程教学资源（讲稿）第1章 流体流动-2

王晶课件晶课件工大学学化工学院()化工原理山东理山东化学2第1章流体流动晶课件王晶课件汾工大化学化工学院山东理工授课教师：王晶山东理化学化工

化工原理（I） 授课教师：王晶 第1章 流体流动 - 2 1

1.3流体运动的基本方程X王晶课晶学院?任务：东理T研究流体在什么条件下流动。人X流动过程中流体物理量（u、P或E）的变化规律。连续性方程：质量衡算晶课件大学柏努利方程：能量衡算学院理论应用：确定流量，输送设备的有效功率,相对位置管路中的压强。+

1.3 流体运动的基本方程 ① 研究流体在什么条件下流动。 ③ 理论应用:确定流量,输送设备的有效功率,相对位置, 管路中的压强。 ② 流动过程中流体物理量（u、P或E）的变化规律。 任务: 连续性方程:质量衡算 柏努利方程:能量衡算

1.3.1概念比课件A一.流量与流速：①流量单位时间流过管路某一截面的流体体积或质量东理SI单位:m3/sqy体积流量SI单位：kg/sqm质量流量：流速：单位时间单位截面上流过的流体体积或质量SI单位:m/s体积流速：u课件质量流速：WSI单位：kg/m2sAA根据定义有：4qvqyqv =u· A,u=qv/ A对于圆管：du二U元-4元·uqm=pqy=p·A·uIm-p.A.uWpuX一AA

1.3.1 概念 一. 流量与流速: ① 流量 —— 单位时间流过管路某一截面的流体体积或质量 体积流量: SI单位:m3 /s 质量流量: SI单位: kg/s 流速 —— 单位时间单位截面上流过的流体体积或质量 体积流速: SI单位:m/s 质量流速: SI单位: kg/m2 s 根据定义有: 对于圆管: 2 4 4 V V q q u d u d       V q m q u w , V V q u A u q A    m V q q A u       m q A u w u A A       

②常用经济流速：晶课表1-1某些流体的适宜的经济流速范围流体类别流体类别常用流速范围，m/s常用流速范围，m/s水及一般液体压强较高的气体1~315~25粘度较大的液体0.5~1饱和水蒸汽：8大气压以下40~60低压气体3大气压以下8~1520~40易燃、易爆的低压气体过热水蒸气<830~501王晶课件SX坊果学院流速选择：完东理→设备费用√C1均衡考虑操作费流动阻力←→动力消耗↑+

② 常用经济流速: 表 1-1 某些流体的适宜的经济流速范围 流体类别 常用流速范围，m/s 流体类别 常用流速范围，m/s 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 13 0.51 81 5 <8 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 152 5 406 0 204 0 305 0 流速选择： u↑→ d ↓ →设备费用↓ 流动阻力↑ →动力消耗↑ →操作费↑ 均衡考虑

王晶课件代光大学学院费用山东理总费用操作费化学1X设备费大学-王晶调-学化工学院平均流速uUopt山东理化学化！V?化

总费用 操作费 设备费 uopt 平均流速 u

例:精馏塔进料量为qm=50000kg/h，p=960kg/m3，其它性质与水接近。试选择适宜管径。解：解题思路：初选流速一计算管径一查取规格一核算流速。具体计算过程如下：50000qm1.45x10-2m2/sAv3600×960p选流速u=1.8m/s(0.5-3.0m/s)34×1.45×10-24gy计算管径，即：=0.101md院1.8元元·u由附录查管子规格，选取β108X4mm的无缝钢管（d=0.1m）4×1.45×10-2核算流速：=1.85m/s(可接受)u=qy元×0.12A

例:精馏塔进料量为 qm=50000kg/h，ρ=960kg/m3 ，其它性质与 水接近。试选择适宜管径。 选流速 u=1.8m/s (0.5-3.0m/s) 计算管径，即: 具体计算过程如下： 解：解题思路：初选流速→计算管径→查取规格→核算流速。 由附录查管子规格，选取φ108×4mm的无缝钢管（d=0.1m） 核算流速： 50000 2 3 1.45 10 3600 960 m V q q m s        2 4 4 1.45 10 0.101 1.8 V q d m   u          2 2 2 4 1.45 10 1.85 4 0.1 V u q d m s                可接受

晶课件1.3.2稳定流动与不稳定流动+稳定流动流动空间中任一点与流动有关的物理量不随1时间而改变的流动状态。（但可随位置改变）不稳定流动除稳定流动之外的一切流动。②化工生产中，大部分情况为稳定流动（称正常状态），而一般在开、停工时为不稳定状态。山东

① 稳定流动 —— 流动空间中任一点与流动有关的物理量不随 时间而改变的流动状态。（但可随位置改变） ② 化工生产中，大部分情况为稳定流动（称正常状态），而 一般在开、停工时为不稳定状态。 1.3.2 稳定流动与不稳定流动 不稳定流动 —— 除稳定流动之外的一切流动

稳定流动与非稳定流动华山东定态流动示意图进水管X腔槽排水营溢流管稳定流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化

稳定流动与非稳定流动 稳定流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位 置变化，而不随时间变化

晶课件N华X非定态流动示意图山东人X非稳定流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化也随时间变化

非稳定流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化， 也随时间变化

1.3.3总质量衡算-连续性方程的推导A代根据质量守恒定律：qml = qm2qm,l-qm,2即 PiA,u,= P2A2u2=常数2'对于不可压缩流体:p1= p2= p则u1A1=u2A2=常数即为连续性方程 (宏观）需满足的条件：①质点紧密连接。学院2流体在管内全充满，不间断。3不可压缩流体。圆形管道：Aul流体在圆形管道中的连续性方程A1u2

即 ρ1A1u1= ρ2A2u2 =常数 需满足的条件: ① 质点紧密连接。（宏观） ② 流体在管内全充满，不间断。 ③ 不可压缩流体。 圆形管道: 2 1 2 1 2 2 1 ( ) d d A A u u   ——流体在圆形管道中的连续性方程 1.3.3 总质量衡算-连续性方程的推导 则:u1A1 = u2A2 = 常数 ——即为连续性方程， 对于不可压缩流体:ρ1 = ρ2 = ρ 根据质量守恒定律: q q m m 1 2 