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www.bob.com化工道理第四版王志魁课件化学产业出书

发布时间:2021/12/18 点击量:

  研讨流体活动成绩的主要性流体活动与运送是最遍及的化工单位操纵之一; 研讨流体活动成绩也是研讨化工单位操纵的 主要根底。 2018-12-30 持续介质假设假设流体是由有数外部严密相连、彼其间没有 间隙的流体质点(或微团)所构成的持续介质。 质点:由大批份子组成的微团,其尺寸远小于装备 尺寸、弘远于份子自在程。 工程意思:操纵持续函数的数学东西,从宏观研讨 流体。 2018-12-30 流体的可紧缩性不成紧缩性流体:流体的体积不随压力变革而变 化,如液体; 可紧缩性流体:流体的体积随压力发作变革, 如气体。 2018-12-30 1、压力流体垂直感化于单元面积上的力,称为流体的 静压强,风俗上又称为压力。 1压力的单元 SI制:Nm 或Pa;尺度大气压: 1atm= 101310 Pa=760妹妹Hg =1033mH 压力的暗示办法绝对压力 以绝对真空为基准测患上的压力。 表压或真空度 以大气压为基准测患上的压力。 2018-12-30 绝对压力-大气压力真空度= 大气压力-绝对压力 绝对压力 绝对压力 绝对线 流体压力与感化面垂直,并指向该感化面;随便界面双侧所受压力,巨细相称、标的目的相反; 感化于随便点差别标的目的上的压力在数值上均不异。 3静压力的特征 2018-12-30 10 2、流体的密度与比体积 (一)密度 单元体积流体的质量。 液体密度仅随温度变革(极低压力除了外),其变 化干系可从手册中查患上。 2018-12-30 11 气体 当压力不外高、温度不外低时,可按幻想 气体形态方程计较: RT pM 留意:手册中查患上的气体密度均为必然压力与温度下之值,若前提差别,则需停止换算。 2018-12-30 12 2混淆物的密度 混淆气体 各组分在混淆先后质量稳定,则有 RTpM ——气体混淆物中各组分的摩尔体积分数。2018-12-30 13 混淆液体 假定各组分在混淆先后体积稳定,则有 ——液体混淆物中各组分的质量分数。(二)比体积 单元质量流体的体积。 kg2018-12-30 14 重力场中对液柱停止受力阐发: (2)下端面所受总压力(3)液柱的重力 标的目的向下标的目的向上 标的目的向下 3、流体静力学根本方程式 2018-12-30 15 液柱处于静止时,上述三力的协力为零: ——静力学根本方程式压力情势 能量情势 2018-12-30 16 会商: (1)合用于重力场中静止、持续的同种不成紧缩性 流体; (2)物理意思: zg ——单元质量流体所拥有的位能,Jkg; ——单元质量流体所拥有的静压能,Jkg。在统一静止流体中,处在差别地位流体的位 能以及静压能各不不异,但两者能够转换,其总以及 连结稳定。 2018-12-30 17 (3)在静止的、持续的同种流体内,处于统一程度 面上各点的压力到处相称。压力相称的面称为等压 (4)压力拥有通报性:液面上方压力变革时,化工原理 王志魁液体外部各点的压力也将发作响应的变革。 2018-12-30 18 4、静力学根本方程的使用 (一)压力丈量 gRgm 2018-12-3019 以是 gR gm 收拾整顿患上gR 若被测流体是气体,,则有 2018-12-3020 会商: 管一端与被测点毗连、另外一端与大气相通时,也可测患上流体的表压或真空度; 唆使液的拔取:唆使液与被测流体不互溶,不发作化学反响; 其密度要大于被测流体密度。 应按照被测流体的品种及压差的巨细挑选唆使液。 2018-12-30 21 RgRg 唆使剂密度小于被测流体密度,如氛围作为唆使剂 2018-12-30 22 值越小,读数放大倍数越大。2018-12-30 23 密度靠近但不互溶的两种唆使 微差压差计扩展室内径与U管内径之比应 大于10 2018-12-3024 液位丈量1近间隔液位丈量安装 压差计读数R反应出容器 内的液面高度。 2018-12-3025 2远间隔液位丈量安装 管道中布满氮气,其密度较小,近似 以为 gh 2018-12-3026 (三)液封高度的计较 液封感化: 确保装备宁静:当装备 内压力超越划定值时,气 液封高度:2018-12-30 27 第二节 管内流体活动的根本方程 体积流量单元工夫内流经管道随便截面的流体体积。 2质量流量单元工夫内流经管道随便截面的流体质量。 两者干系:(一)流量 1、流量与流速 2018-12-30 28 (二)流速 2质量流速 单元工夫内流经管道单元截面积的流体质量。 流速(均匀流速)单元工夫内流体质点在活动标的目的上所流经的间隔。 uAwA 2018-12-3029 关于圆形管道:流量q 普通由消费使命决议。流速挑选: 活动阻力动力耗损 操纵费 平衡 思索 总用度装备费 操纵费 2018-12-30 30 2、稳态活动与非稳态活动 稳态活动:各截面上的温度、压力、流速等物理量 仅随地位变革,而不随工夫变革; 非稳态活动:流体在各截面上的有关物理量既随位 置变革,也随工夫变革。 2018-12-3031 3、持续性方程式 关于稳态活动体系,在 管路中流体没有增长以及漏失 的状况下: 推行至随便截面常数 2018-12-3032 常数 即不成紧缩流体在管路中随便截面的流速与管内径的平方成正比。 2018-12-30 33 4、伯努利方程式 (一)伯努利方程式 gdmdz 在x标的目的上对微元段受力阐发: pA (1)两头面所受压力别离为 2018-12-3034 动质变化率 动量道理——伯努利方程式 不成紧缩性流体, zg2018-12-30 35 (二)伯努利方程式的物理意思 zg ——单元质量流体所拥有的位能,Jkg; ——单元质量流体所拥有的动能,Jkg。各项意思: 2018-12-30 36 NkgJkg ——静压头总压头 2018-12-30 37 式(1)为以单元质量流体为基准的机器能衡 算式,式(2)为以分量流体为基准的机器能衡算 式,表白幻想流体在活动过程当中随便截面上总机 械能、总压头为常数,三种能量情势能够互相转 2018-12-3038 2018-12-3039 5、实践流体的机器能衡算式 (一)实践流体机器能衡算式2018-12-30 40 (2)外加功(外加压头) 1kg流体从流体运送机器所患上到的能量为WJkg。 (1)能量丧失(压头丧失) 设1kg流体丧失的能量为Σ ——伯努利方程式2018-12-30 41 ——压头丧失,m。(二)伯努利方程的会商 (1)若流体处于静止,u=0,Σh 努利方程变成阐明柏努利方程即暗示流体的活动纪律,也表 示流体静止形态的纪律。 2018-12-3042 ——在两截面间单元质量流体患上到或耗损的能量。 (2)zg、 ——某截面上单元质量流体所拥有的位能、动能以及静压能; 2018-12-3043 (3)伯努利方程式合用于不成紧缩性流体。 关于可紧缩性流体,当 时,仍可 用该方程计较,但式中的密度ρ应以两截面的均匀 密度ρ 2018-12-3044 (三)伯努利方程的使用 管内流体的流量; 运送装备的功率; 管路中流体的压力; 容器间的相对于地位等。 操纵伯努利方程与持续性方程,能够肯定: 2018-12-30 45 (1)按照题意画出活动体系的示企图,标明流体的 活动标的目的,定出上、下流截面,明白活动体系的衡 算范畴; (2)位能基准面的拔取 必需与空中平行; 宜于拔取两截面中地位较低的截面; 若截面不是程度面,而是垂直于空中,则基准面 应选过管中间线)各物理量的单元应连结分歧,压力暗示办法也 应分歧,即同为绝压或同为表压。 (3)截面的拔取 与流体的活动标的目的相垂直; 两截面间流体应是定态持续活动; 截面宜选在已知量多、计较便利处。 2018-12-30 47 (一)牛顿粘性定律 u+dudy 式中:F——内磨擦力,N; ——剪应力,Pa;——法向速率梯度,1s; 1、流体的粘度2018-12-30 48 (二)流体的粘度(动力粘度) 1粘度的物理意思 流体活动时在与活动标的目的垂直的标的目的上发生 单元速率梯度所需的剪应力。 气体:普通 粘度的物理素质:份子间的引力以及份子的活动与碰撞。2018-12-30 49 粘度的单元SI制:Pas 或kgms 物理制:cP厘泊) 换算干系 1cP=10 -3 Pas 3活动粘度 粘度μ与密度ρ之比。 2018-12-3050 (三)剪应力与动量通量 份子动量通报是因为流体层之间速率差别,动 量由速率大处向速率小处通报。 Admu 动量通量:单元工夫、经由过程单元面积通报的动量。剪应力=动量通量 2018-12-30 51 dy ——活动粘度或动量分散系数动量通量=-动量分散系数动量浓度梯度 2018-12-30 52 牛顿型流体:剪应力与速率梯度的干系契合牛顿 粘性定律的流体; 非牛顿型流体:不契合牛顿粘性定律的流体。 (四)牛顿型流体与非牛顿型流体 2018-12-30 53 2、流体活动范例与雷诺数 (一)雷诺尝试 2018-12-30 54 层流(或滞流):流体质点仅沿着与管轴平行的 标的目的作直线活动,质点无径向脉动,质点之间互不 混淆; 湍流(或紊流) :流体质点除了沿管轴标的目的向前 活动外,另有径向脉动,各质点的速率在巨细以及方 向上都随时变革,质点相互碰撞以及混淆。 (二)流型判据——雷诺准数 无因次数群2018-12-30 55 判定流型Re2000时,活动为层流,此区称为层流区; Re4000时,普通呈现湍流,此区称为湍流区; 2000 Re 4000 时,活动多是层流,也多是 湍流,该区称为不不变的过渡区。 2物理意思 Re反应了流体活动中惯性力与粘性力的比照关 系,标记着流体活动的湍动水平。 2018-12-30 56 流体在圆管内的速率散布(一)层流时的速率散布 2018-12-30 57 由压力差发生的推力 2018-12-3058 管中间流速为最大,即r=0时, 即层流活动时的均匀速率为管中间最大速率的12。即流体在圆形直管内层流活动时,其速率呈抛物线 (二)湍流时的速率散布 剪应力: e为湍流粘度,与流体的活动情况有关。max 湍流速率散布的经历式: 2018-12-30 60 10 Ren与Re有关,取值以下: 17次方定律 max082 2018-12-3061 湍流活动时: 2018-12-3062 湍流活动时沿径向分为三层: 层流内层2018-12-30 63 第四节 管内流体活动的磨擦阻力丧失 直管阻力:流体流经必然直径的直管时因为内磨擦而 发生的阻力; 部分阻力:流体流经管件、阀门等部分处所因为流速 巨细及标的目的的改动而惹起的阻力。 1、直管阻力 (一)阻力的表示情势 2018-12-30 64 流体在程度等径直管中作定态活动。 2018-12-3065 流体的活动阻力表示为静压能的削减;程度装置时,活动阻力刚好即是两截面的静压 能之差。 2018-12-30 66 (二)直管阻力的通式 因为压力差而发生的鞭策力: 流体的磨擦力:dl 定态活动时2018-12-30 67 ——直管阻力通式(范宁Fanning公式) 情势: Jkg压头丧失 Pa该公式层流与湍流均合用; 留意 2018-12-3068 (三)层流时的磨擦系数 max (Hagen-Poiseuille)方程2018-12-30 69 32lu 能量丧失层流时阻力与速率的一次方成反比。 3264 64 Re64 变形:比力患上 2018-12-30 70 (四)湍流时的磨擦系数 量纲阐发法目标:(1)削减尝试事情量; (2)成果拥有遍及性,便于推行。 根底:量纲分歧性 即每一个物理方程式的双方不只数值相称, 并且每一项都应拥有不异的量纲。 2018-12-30 71 根本定理:白金汉(Buckingham)π 定理 设影响某一物理征象的自力变量数为n个, 这些变量的根本因次数为m个,则该物理征象可 用N=(n-m)个自力的无穷纲数群暗示。 湍流时压力丧失的影响身分: (1)流体性子:, (2)活动的多少尺寸:d,l,(管壁粗拙度) (3)活动前提:u 2018-12-30 72 ——欧拉(Euler)准数即该历程可用4个无穷纲数群暗示。 2018-12-30 73 ——雷诺数按照尝试可知,流体活动阻力与管长成反比,即 2018-12-3074 莫狄(Moody)磨擦因数图: 2018-12-30 75 (1)层流区(Re2000) Re64 (2)过渡区(2000Re4000将湍流时的曲线)完整湍流区(虚线以上的地区) λ与Re无关,只与 有关。 必然时,经历公式: 2018-12-3077 2管壁粗拙度对磨擦系数的影响 滑腻管:玻璃管、铜管、铅管及塑料管等; 粗拙管:钢管、铸铁管等。 绝对粗拙度 :管道壁面凸出部门的均匀高度。 相对于粗拙度 :绝对粗拙度与管内径的比值。 层流活动时:流速较慢,与管壁无碰撞,阻力与 无关, 只与Re有关。 2018-12-3078 湍流活动时: 水力滑腻管 只与Re有关,与 无关 2018-12-3079 (五)非圆形管内的活动阻力 当量直径: 润湿周边畅通截面积 套管环隙,内管的外径为d 2018-12-3080 阐明: (1)Re与h 计较;(2)层流时: Re 正方形C=57 套管环隙C=96 (3)流速用实践畅通面积计较。 2018-12-3081 2、部分阻力 (一)阻力系数法 将部分阻力暗示为动能的某一倍数。 ——部分阻力系数Jkg 2018-12-3082 忽然扩展2018-12-30 83 2忽然减少2018-12-30 84 管入口及出口入口:流体自容器进入管内。 05入口阻力系数 出口:流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 管件与阀门2018-12-30 85 2018-12-30 86 2018-12-30 87 蝶阀 2018-12-30 88 2018-12-30 89 2018-12-30 90 (二)当量长度法将流体流过管件或阀门的部分阻力,折分解直 径不异、长度为l ——管件或阀门确当量长度,m。2018-12-30 91 3、流体在管路中的总阻力 削减活动阻力的路子:管路尽能够短,只管走直线,少拐弯; 只管不装置没必要要的管件以及阀门等; 管径恰当大些。 2018-12-30 92 第五节 管路计较 1、简朴管路 (一)特性 (1)流体经由过程各管段的质量流量稳定,关于不成 紧缩流体,则体积流量也稳定。 f1f2 f3 2018-12-3093 (二)管路计较 (1)磨擦丧失计较 已知:流量q 2018-12-3094 已知:管子d 、、l,管件以及阀门 (2)流量计较湍流区: 251lg 37 2018-12-3095 试差法计较流速的步调: (1)按照柏努利方程列出试差等式; Re契合? 可初设阻力平方区之值 留意:若已知活动处于阻力平方区或层流,则无需 试差,可间接剖析求解。 2018-12-30 96 已知:流量q (3)管径计较用试差法处理。 2018-12-30 97 (三)阻力对管内活动的影响 阀门F开度减小时:(1)阀关小,阀门部分阻力系数h f,A-B 流速u即流量; 2018-12-30 98 (2)在1-A之间,因为流速uh f,1-A (3)在B-2之间,因为流速uhf,B-2 论断:(1)当阀门关小时,其部分阻力增大,将使管路中 流量降落; (2)下流阻力的增大使上游压力回升; (3)上游阻力的增大使下流压力降落。 可见,管路中任一处的变革,势必带来整体的 变革,因而必需将管路体系看成团体思索。 2018-12-30 99 2、庞大管路 (一)并联管路 特性:(1)主管中的流量为并联的各歧路流量之以及; 2018-12-30100 (2)并联管路中各歧路的能量丧失均相称。 f1 f2 f3 fAB 不成紧缩流体留意:计较并联管路阻力时,仅取此中一歧路即 可,不克不及反复计较。 2018-12-30101 支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小;反之 ——流量越大。 2018-12-30 102 集合管路(二)分支管路与集合管路 2018-12-30 103 特性: (1)主管中的流量为各歧路流量之以及; 不成紧缩性流体 (2)流体在各支管活动结束时的总机器能与能量损 失之以及相称。 2018-12-30104 第六节 流量的测定 1、测速管(皮托管) (一)构造 (二)道理 2018-12-30105 点速率: 会商:(1)皮托管丈量流体的点速率,可测速率散布 曲线)丈量点位于平均流段,上、下流各有50d直管间隔; (2)皮托管管口截面严厉垂直于活动标的目的; (3)皮托管外径d 由速率散布曲线积分max max 均流速,再计较流量。2018-12-30 107 (一)构造与道理 2、孔板流量计 2018-12-30 108 在1-1′截面以及2-2′截面间列柏努利方程,暂不计 能量丧失 (二)流量方程成绩:(1)实践有能量丧失; 未知。2018-12-30 109 处理办法:用孔口速率u ,引入校订系数 2018-12-30110 ——孔面积。2018-12-30 111 会商: (1)特性: 恒截面、变压差——差压式流量计 (2)流量系数 关于取压方法、构造尺寸、加工情况 均已划定的尺度孔板 Re是以管道的内径D计较的雷诺数2018-12-30 112 当Re Re 临界 普通=06~07 Re Re临界值2018-12-30 113 (三)装置及优缺陷 (1)装置在不变流段,上游l 10d,下流l 5d; (2)构造简朴,制作与装置便利; (3)能量丧失较大。 2018-12-30 114 3、文丘里流量计 属差压式流量计; 能量丧失小,造价高。 2018-12-30 115 ——喉管处截面积2018-12-30 116 4、转子流量计 (一)构造与道理 从转子的悬浮高度 间接读取流量数值。 2018-12-30 117 (二)流量方程 ——流量系数2018-12-30 118 体积流量 (1)特性: 恒压差、恒流速、变截面——截面式流量计。 会商: (2)刻度换算 标定流体:20水(=1000kgm 2018-12-30119 不异,同刻度时 式中:1——标定流体;2——被测流体。 气体转子流量计 2018-12-30120 (三)装置及优缺陷 (1)永久垂直装置,且下进、上出,装置歧路,以 便于检验。 (2)读数便利,活动阻力很小,丈量范畴宽,丈量 精度较高; (3)玻璃管不克不及禁受高平以及低压,在装置利用历程 中玻璃简单破裂。bob最新地址下载