流体的流动过程及流体输送设备教案.doc

第3章流体的流动过程及流体输送设备化工生产中处理的物料,大多数是流体,其过程大部分是在流动条件下进行。流体的流动和输送是必不可少的单元操作。研究流体的流动和输送主要解决以下问题:①确定输送流体所需管径。管径由生产任务及被输送流体在流动过程的物料和能量衡算决定;②确定输送流体所需能量和设备。根据流体的性质、输送的距离和管路阻力等,计算所需的能量,选择合适的输送设备;③流体性能参数的测量和控制。监控生产过程,准确而及时地测量流体流动时的各参数,选用可靠而准确的测量和控制仪表;④研究流体的流动形态,为强化设备和操作提供依据。观察流动形态,选用合适设备;⑤了解输送设备的工作原理和性能,正确使用输送设备。,受管径大小、粗糙度等的影响,又要考虑输送设备的功率,需要的能量等,要研究流体流动过程的基本规律,了解流体的一些基本性质。,表达式为:ρ=m/V流体的密度随温度和压力的变化而变化。压力对液体的密度影响很小,故常将液体称为不可压缩流体。气体具有可压缩性及热膨胀性,其密度随压力和温度有较大的变化。在温度不太低和压力不太高时,气体密度近似用理想气体状态方程计算,即:=pM/RT(3—2)在生产中遇到的流体,往往是混合物。对液体混合物,各组分的浓度用质量分数表示。设各组分在混合前后其体积不变,则混合物的体积应等于各组分单独存在时的体积之和,即1/m=w1/1+w2/2+…+wn/n(3-3)式中1,2,…,n——各纯组分液体的密度,kg·m-3;w1,w2,…,wn——各组分液体的质量分数。对气体混合物,各组分的浓度常用体积分数表示。设各组分在混合前后的质量不变,则混合气体的质量等于各组分的质量之和,即m=11+22+··+nn(3—4)式中1,2,…,n——各纯组分的密度,kg·m-3;1,2,…n——各组分的体积分数。,以υ表示,它与流体的密度互为倒数,即υ=1/(3-5),又称为流体的压力或压强,表达式为:P=F/A(3一6)压力的单位Pa(Pascal,帕),即N·m-2,kg·m-1·S-2****惯使用的压力单位,标准大气压(atm)、工程大气压(kgfcm-2记为at)、毫米***柱(mmHg)和米水柱(mH2O)等,换算关系:latm=760mmHg=×105Pa==·㎝-2压力有两种不同的表达方式。一是绝对压力,即以绝对零压为起点而计量的压力;另一是表压或真空度,即以大气压力为基准而计量的压力,当被测容器的压力高于大气压时,所测压力称为表压,当测容器的压力低于大气压时(工程上称为负压),所测压力称为真空度。压力的换算关系表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力大气压力不是固定不变的,随着大气温度、湿度以及所在地区的海拔高度的变化而变化。为了避免绝对表压力和真空度混淆,对表压力和真空度均应加以标注。,称为流体的流量。若流体量用体积来计量,称为体积流量,以符号qv表示,单位为m3·s-1;若流体量用质量来计量,则称为质量流量,以符号qm表示,其单位为kg·s-1。若流体量用物质的量表示,称为摩尔流量,以符号qn表示,其单位为mol·s-1。体积流量和质量流量的关系为:qm=qV质量流量与摩尔流量的关系为qm=Mqn单位时间内,流体在管道内沿流动方向所流过的距离,称为流体的流速,以u表示,单位为m·s-1。由于流体本身的粘滞性以及流体与管壁之间存在摩擦力,所以流体在管道内同一截面上各点的流速是不相同的。管道中心流速最大,离管中心越远,流速越小,在紧靠管壁处,流速为零。流速是指流道整个截面上的平均流速,以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值表示:u=qV/S气体的体积流量随温度和压力而变化,气体的流速亦随之而变,但质量并不变化。质量流速的定义是单位时间内流体流经管路单位截面积的质量,以w表示,单位为kg·s-1·m-2,表达式为:w=qm/S流速和质量流速两者之间的关系:w=u工业上流速范围大致为:—·s-1,~·s-1;气体10~20m·s-1,高压气体15~25m·s-1;饱和水蒸气20—40m·s-1,过热水蒸气30—50m·s-1。,粘度是衡量流体粘性大小的物理量,是流体的重要参数之一。流体的粘度越大,其流动性就越小。由于流体本身粘性及其与管壁间存在摩擦力,使流体在管道截面上形成流速分布。流体在圆管内的流动,可以看成分割成无数极薄的圆筒层,其中一层套着一层,各层以不同的速度向前流动,