化工原理-连续性方程.pptVIP

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第1章流体流动1.3流体流动的基本方程式1.3.1流量与流速流量的表示方法:体积流量,以Vs表示,单位为m3/s。质量流量,以ws表示,单位为kg/s。体积流量与质量流量的关系为一、流量单位时间内流过管道任一流通截面的流体量,称为流量。二、流速单位时间内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。以u表示,单位m/s。实验表明,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。在工程计算上为了方便起见,流体的流速通常指整个管截面上的平均流速。平均速度平均速度指体积流量与流通截面面积之比,以u表示,其单位为m/s。二、流速由于气体的体积流量随温度和压力变化,因此,采用质量流速较为方便。质量流速定义为单位时间内流体流过管道单位截面面积的质量,亦称为质量通量,以G表示,单位为kg/(m2·s)。质量通量二、流速管径、体积流量和管内流速之间关系:管路直径以d表示管道内径,则有管内流速二、流速选择流速流速选择过高,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;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。二、流速例1-10提示管径的选择管子规格壁厚外径附录23三、平均流速Φ第1章流体流动1.3流体流动的基本方程式1.3.1流量与流速1.3.2稳态流动与非稳态流动在流动系统中,若各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而变化,不随时间而变,这种流动称为稳态流动。若流体在各截面上的有关物理量既随位置而变,又随时间而变,则称为非稳态流动。稳态流动非稳态流动1.3流体流动的基本方程式1.3.1流量与流速1.3.2稳态流动与非稳态流动1.3.3连续性方程式第1章流体流动图1-13连续性方程式的推导连续性方程如图1-13所示的一个稳态流动系统,在截面1-1′与2-2′间作物料衡算,由于稳态流动系统内任一位置处均无物料积累,所以,根据质量守恒原理可得:输入=输出。若以1s为基准,则物料衡算式为或连续性方程对于不可压缩流体对于圆形管道推广到管路上任意截面管内定态流动的连续性方程注意:以上各式的适用条件连续性方程1.3流体流动的基本方程式1.3.1流量与流速1.3.2稳态流动与非稳态流动1.3.3连续性方程式1.3.4伯努利方程式第1章流体流动在图1-14所示的稳态流动系统中,流体从截面1-1′流入,经粗细不同的管道,从截面2-2′流出。管路上装有对流体作功的泵2及向流体输入或从流体取出热量的换热器1。一、流动系统的总能量衡算图1-14伯努利方程式的推导1-换热器2-泵基准面一、流动系统的总能量衡算稳态流动系统流体从截面1-1′流入从截面2-2′流出泵换热器推导思路:总能量衡算机械能衡算不可压缩流体机械能衡算衡算范围:内壁面、1-1′与2-2′截面间。衡算基准:1kg流体。一、流动系统的总能量衡算1kg流体进、出系统时输入和输出的能量有下面各项:内能:由截面1-1′进入由截面2-2′流出位能:由截面1-1′进入由截面2-2′流出(J/kg)(J/kg)(J/kg)(J/kg)一、流动系统的总能量衡算动能:由截面1-1′进入由截面2-2′流出静压能:由截面1-1′进入由截面2-2′流出(J/kg)(J/kg)(J/kg)(J/kg)一、流动系统的总能量衡算机械能动能位能静压能一、流动系统的总能量衡算换热器向控制体内流体所加入的热量速率为输送机械向控制体内流体所加入的外功速率为(J/kg)(J/kg)一、流动系统的总能量衡算根据能量守恒定律,可得上式经整理,可得稳态流动过程的总能量衡算式,也是流动系统中热力学第一定律的表达式一、流动系统的总能量衡算二、流动系统的机械能衡算式与伯努利(Bernoulli)方程式1.流动系统的机械能衡算式在流体输送过程中,主要考虑各种形式机械能的转换。可把ΔU和Qe从式中消去,从而得到适用于计算流体输送系统的机械能变化关系式。假设流动为稳态过程,由热力学第一定律可知实际上,Qe′应当由两部分组成:一部分是流体与环境所交换的热

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