1.2 获取流体输送知识1 (课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版社）

1.2 获取流体输送知识 《化工单元操作》 一、连续性方程式及其应用 （一）流量与流速： 1、定义：单位时间内流经有效截面的流体量称为流量。 2、相互关系： 体积流量与质量流量间关系： ws = Vsρ 流量与流速之间的关系： Kg/s m3/s m/s （二）连续性方程式 流体在1-1和2-2截面间作稳定流动，流体从1-1截面流入，从2-2截面流出。 不可压缩流体ρ1 =ρ2， 或 若流通截面又为圆形管路，则 对系统作物料衡算 ，由质量守衡定律 得： 或 1、管道直径的估算： 当Vs,ws一定 ，d=f（u） u↑，d↓，设备费降低，阻力大，操作费用大 u↓，d↑，设备费降高，阻力小，操作费用小 例1-7：某管道流量为50000kg/h,料液的性质与水相近,密度为960kg/m3,求管道的直径? （三）连续性方程式的应用——管子的选用 ρ=960kg/m3, 取u=1.8m/s d=0.101m的管子在市面上不一定有买,需进行圆整, 查附录十九,可选用Φ108×4mm的无缝钢管,其内径 d=(108－2×4)=100mm。 而实际管内流速 二、柏努利方程式及其应用 （一）柏努利方程式 流体在1-1和2-2截面间作稳定流动，流体从1-1截面流入，从2-2截面流出。 或： 对系统作能量衡算。由能量守衡定律得： 注意： 当流体静止时，流速等于零，此时也肯定无外加机械能，也无能量损失。因此，柏努利方程式就为静力学基本方程式。 对于气体，一般不可以使用柏努利方程式，但当两截面间的压力差不是很大（ ）时，可近似使用柏努利方程式，不过其中的密度要用两截面的平均密度 。 （二）柏努利方程式的应用 1. 柏努利方程式的解题要点 (1) 作图与确定衡算范围 根据题意画出流动系统的示意图，并指明流体的流动方向，定出上、下游截面，以明确流动系统的衡算范围。 (2) 截面的选取 两截面均应与流动方向相垂直，并且在两截面间的流体必须是连续的。所求的未知量应在截面上或在两截面之间，且截面上的Z、u、p等有关物理量，除所需求取的未知量外，都应该是已知的或能通过其它关系式计算出来。 两截面上的u、p、Z与两截面间的∑hf都应相互对应一致。 (3) 基准水平面的选取 基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。如衡算系统为水平管道，则基准水平面通过管道的中心线，ΔZ=0。 (4) 单位必须一致 在用柏努利方程式解题前，应把有关物理量全部换算成SI制单位，然后进行计算。 (5) 两截面上的压强 两截面上的压强除要求单位一致外，还要求表示方法一致。由柏努力方程式知，式中两截面的压强为绝对压强，但由于式中所反映的是压强差( )的数值，且绝对压强＝大气压＋表压，因此两截面的压强也可以同时用表压强来表示，真空度可写为负表压强。 2. 应用实例 (1) 确定管路中流体的流速或流量 例1－8 在常压下用虹吸管从高位槽向反应器内加料，高位槽与反应器均通大气。如图所示。高位槽液面比虹吸管出口高出2.09ｍ，虹吸管内径为20mm。阻力损失为20J/kg。试求虹吸管内流速和料液的体积流量（m3/h）为多少？ 解：取高位槽液面为1－1截面，虹吸管出口为2－2截面，以2－2截面为基准水平面，已知条件有Z1=2.09m,Z2=0,u1=0,p1=p2=0(表压),We=0，∑hf =20J/kg 柏努利方程简化后得 （此式说明在此条件下，位能转化为动能和克服阻力损失） 即 故 体积流量 (2)确定设备之间的相对位置 解:取高位槽水面为1－1截面,出水管口为2－2截面,基准水平面通过2－2截面的中心,则已知条件有 Z1=h,u1=0,p1=p2=0(表压), u2=2.5m/s,Z2=0,He=0, ΣHf=5.68m 柏努利方程式简化为 所以 例1－9 如图所示的高位槽,要求出水管内的流速为2.5m/s，管路的损失压头为5.68ｍ。试求高位槽稳定水面距出水管口的垂直高度为多少米? (3)确定流体流动所需的压力 例1－10 某车间用压缩空气压送98%浓硫酸,从底楼储罐压至4楼的计量槽内,如图所示,计量槽与大气相通。每批压送量为10分钟内压完0.3m3，硫酸的温度为20℃，机械能损失为7.66J/kg,管道内径为32mm。试求所需压缩空气的表压为多少？ 解：取硫酸储槽