1.2流体流动-流体动力学详解.ppt

化 工 原 理 Reporter 流体动力学 流量 体积流量：单位时间内流体流过管路任一截面的体积，称为体积流量，以V表示，其单位为m3/s或m3/h。 质量流量?：单位时间内流体流过管路任一截面的质量，称为质量流量，以W表示，其单位为kg/s或kg/h。 体积流量与质量流量的关系为 流速 平均流速 ：单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速。实践证明，流体在管路内流动时，由于流体具有粘性，管路截面上流体的流速沿半径是变化的。 流体在管路中心流速最大，愈靠近管壁流速愈小，在管内壁处流速为零。流体在截面上的某点流速，称为点速度，以ur 表示。流体在同一截面上各点流速的平均值，称为平均流速，简称流速，以 u 表示，单位为m/s。 质量流速 单位时间内流体流过管路单位截面积的质量，称为质量流速，以符号G 表示，常用单位为 kg/(m2·s)，其表达式为 管径估算 若以d表示管路内径，则管路的截面积为A=πd2/4。则可得 稳定流动与不稳定流动 流体在管路中流动时，若流体在任一截面处的流速、流量、压力和密度等与流动有关的物理量均不随时间而变化，这种流动称为稳定流动。 流体在流动时，若流体在任一截面处与流动有关的物理量中，只要有一项随时间而变化，这种流动称为不稳定流动。 实际生产中多为连续生产，如生产条件正常，则流体流动多属于稳定流动。只有在生产装置的开工、停工阶段或生产不正常情况以及间歇生产才发生不稳定流动。 本书主要研究稳定流动。 物料衡算──连续性方程式 此即为流体稳定流动的物料衡算方程式。由于流体充满管路，并作连续稳定流动，所以把上式也称为连续性方程式。 机械能衡算──柏努利方程式 流体流动不仅遵循物料衡算，而且也遵循能量衡算。 能量平衡计算的依据是能量守恒定律。 在进行能量平衡计算时，先要确定衡算范围(或叫衡算系统)，并找出进、出衡算范围的所有能量，再根据能量守恒原理，进行能量平衡计算。 选定1-1和2-2作为衡算范围 位能 指流体在重力作用下所具有的能量。因为能量是做功所产生的效应，因此质量为 m (kg)的流体所具有的位能数值等于把其从基准水平面(图中的0-0′面)升举到高度 z 为克服重力所作的功，即 位能=mgz???? 单位为 J 若以 lkg 流体为基准，把单位质量流体所具有的位能称为比位能，即 比位能=（mgz）/m???? 单位为J /kg 显然位能是个相对数值，其数值随所选定的基准水平面(简称基准面)的位置而定。因此，脱离开基准面而讲位能的绝对值是没有意义的。 动能 指流体以一定流速流动时所具有的能量。质量为m (kg) 的流体以流速 u 运动时，所具有的动能等于将其从静止加速到流速为 u 时所作的功，计算方法同固体一样，即 同样，比动能为 静压能 流动流体与静止流体一样，其内部任一截面处也有一定压力。压力本身虽然不是能量，但流动流体却具有与压力密切相关的能量，因为把流体推进压力为 P 的截面时，必须对流体作功，那么流体进入该截面时，就带着与此功相当的能量进入该截面，把流体所具有的这部分能量称为静压能。因为也是流体流动所需要的功，故也称流动功。 把质量 m (kg)、体积为V (m3) 的流体推进压力为P (Pa)、截面积为 A (m2)的截面i-i , 则需要的作用力 f =PA (N) 推进的距离 l =V/A (m)。根据 功=作用力×距离 ，则有 比压能为 在截面1-1和截面2-2处，流体都具有上述三项机械能，即动能、势能、压力能。 外功 由衡算范围内的流体输送设备(泵或压缩机等)向流体作功，流体便获得了相应的机械能，称为外功或有效功。单位质量 (1kg) 流体所获得的外加机械能，以 We 表示。 能量损失 由于流体具有粘性，在流动时存在着内摩擦力，便会产生流动阻力，因而为克服流动阻力就必然会消耗一部分机械能。消耗的这部分机械能转变为热，或被流体吸收增加了流体的内能，或向外界散失，再不能自动地转化为机械能而用于流体输送。因此，从这个意义上来说，把克服流动阻力而消耗的机械能称为能量损失。对单位质量(1kg)流体在衡算范围内流动时的能量损失称为比能损失，以 Σhf 表示，单位为J/kg。 柏努利方程式 由于外功(We）和比能损失是1kg流体在衡算范围内流动时获得和损失的机械能，所以在进行机械能平衡计算时，前者应计入输入一边，后者应计入输出一边。 对液体，为不可压缩性流体，密度 ρ 不随压力而变化，即 ρ1=ρ2=ρ，故有 如果液体为理想流体，即无粘性，在流动时不产生摩擦阻力，如何化简？ 当无外功加入时，则We=0，如何简化？ 对于不可压缩流体，位能和压强