《化工基礎(chǔ)知識(shí) 煉油廠操作工流體力學(xué)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化工基礎(chǔ)知識(shí) 煉油廠操作工流體力學(xué)（53頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 技師職業(yè)技能鑒定技師職業(yè)技能鑒定基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)大綱基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)大綱 1.流體力學(xué)流體力學(xué)1.1流體靜力學(xué)性質(zhì)及基本概念流體靜力學(xué)性質(zhì)及基本概念1.2流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1.3流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用1.4流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及基本概念流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及基本概念1.5流體動(dòng)力學(xué)基本方程流體動(dòng)力學(xué)基本方程1.6流體的流動(dòng)形態(tài)及流動(dòng)阻力流體的流動(dòng)形態(tài)及流動(dòng)阻力 第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念 一、國際單位制及單位換算一、國際單位制及單位換算 1 1、國際單位制（、國際單位制（SISI制）制） 長度長度 米米 m 質(zhì)量質(zhì)量 千克千克 kg 時(shí)間時(shí)間 秒秒 s 溫度溫
2、度 開爾文開爾文 K 力力 牛頓牛頓 N 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 帕斯卡帕斯卡 Pa（N/m2） 熱量熱量 功功 焦耳焦耳 J J（N Nm m） 能能 功率功率 瓦特瓦特 W W（J/SJ/S） 物質(zhì)的量物質(zhì)的量 摩爾摩爾 molmol 2 2、工程單位制、工程單位制 溫度：溫度： 力：力： kgf 1 kgf =9.81Nkgf 1 kgf =9.81N 熱量：熱量： Kcal 1 Kcal =4.187KJKcal 1 Kcal =4.187KJ3 3、單位換算舉例單位換算舉例 將將 5 5g/cmg/cm3 3換算成換算成kg/mkg/m3 3 5 51010-3-3/10/10-6-6=5 =5
3、10103 3 kg/mkg/m3 3 20？KT=t+273.15=20+273.15=293.15K二、流體的主要物理量二、流體的主要物理量1.1.流體：液體和氣體的總稱叫流體流體：液體和氣體的總稱叫流體2.2.密度：密度：密度：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量密度：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量 定義式：定義式：=m/V =m/V 單位：?jiǎn)挝唬簁g/mkg/m3 3 影響因素：溫度、壓力影響因素：溫度、壓力液體密度只隨溫度而變液體密度只隨溫度而變氣體密度隨溫度和壓力而變氣體密度隨溫度和壓力而變溫度升高，氣體和液體的密度都溫度升高，氣體和液體的密度都降低降低密度的計(jì)算密度的計(jì)算 液體密度的計(jì)算：液體密度
4、的計(jì)算：m=Vm=V V= m/ V= m/ 例：求例：求293293K K、98%98%硫酸硫酸1010t t的體積為的體積為多少多少m m3 3？ 已知：已知： 293 293K K、98%98%硫酸硫酸的密度為：的密度為：18361836kg/mkg/m3 3 解：解：m=10t=10m=10t=1010103 3kgkg 則：則：V=m/=10V=m/=104 4 /1836=5.44 m /1836=5.44 m3 3氣體密度的計(jì)算氣體密度的計(jì)算理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 PV=nRTPV=nRT n=m/M n=m/M M M分子量分子量 kg/kmol kg/kmol （千
5、摩爾質(zhì)量）千摩爾質(zhì)量） PV=m/M RTPV=m/M RT PM=m/V RT PM=m/V RT PM=RTPM=RT =PM/RT =PM/RT kg/mkg/m3 3P PKPaKPaV Vm m3 3M Mkg/kmolkg/kmolR R8.314kJ/ kmol 8.314kJ/ kmol K KT TK K 求：甲烷在求：甲烷在320K和和0.5MPa時(shí)的時(shí)的密度？（密度？（ CH4 ）解：解： =PM/RT =PM/RT =0.5 =0.51000100016/16/（8.3148.314320320） =3 =3 Kg/mKg/m3 3（3）相對(duì)密度（比重）相對(duì)密度（比重）
6、d277T在一在一定溫度下，流體密度與定溫度下，流體密度與4時(shí)水的密時(shí)水的密度之比。度之比。 d=/水 即即 =1000d 當(dāng)溫度升高時(shí)，液體、氣體的密度都降低當(dāng)溫度升高時(shí)，液體、氣體的密度都降低如如:100時(shí)飽和水密度為時(shí)飽和水密度為958 kg/m3，4時(shí)水時(shí)水的密度為的密度為1000 kg/m3，則則100時(shí)水的相對(duì)密度時(shí)水的相對(duì)密度為為 ，比重為，比重為 。（4）比容）比容單位質(zhì)量流體所占有的體積。單位質(zhì)量流體所占有的體積。v=1/ 0.9580.9583.3.壓強(qiáng)（壓力）壓強(qiáng)（壓力）流體垂直流體垂直 作用于作用于單位面積單位面積上的力，上的力，也稱為流體的靜壓力。也稱為流體的靜壓力。
7、 單位：?jiǎn)挝唬篗paMpa、 kpa kpa、PaPa 壓力的大小還可以用液柱高度表示：壓力的大小還可以用液柱高度表示： mmHg、mH2O 即：即：P=gh，若液體一定，若液體一定， g為常數(shù)為常數(shù) 則：則：P可用液柱高可用液柱高h(yuǎn)來表示來表示 液體的壓強(qiáng)等于該液柱作用于其液體的壓強(qiáng)等于該液柱作用于其底部單位面積上的重力底部單位面積上的重力 為了便于計(jì)算，要記住壓力單位換為了便于計(jì)算，要記住壓力單位換算關(guān)系：算關(guān)系： 1atm =1.013105Pa=760mmHg =10.33mH2O=1.033kgf/cm21mmHg= Pa1mH2O=9.8103Pa1kgf/cm2=9.81 104
8、Pa133.31at=1kgf/cm2=9.807104N/m2=735.6mmHg=10mH2O 4. 4. 表壓、真空度、絕壓的表壓、真空度、絕壓的概念及相互關(guān)系概念及相互關(guān)系絕壓絕壓設(shè)備內(nèi)的真實(shí)壓力，或以設(shè)備內(nèi)的真實(shí)壓力，或以 絕對(duì)零壓為起點(diǎn)計(jì)算的壓力。絕對(duì)零壓為起點(diǎn)計(jì)算的壓力。表壓表壓壓力表上的壓力值，即設(shè)壓力表上的壓力值，即設(shè) 備內(nèi)流體真實(shí)壓力與設(shè)備外備內(nèi)流體真實(shí)壓力與設(shè)備外 大氣壓之差。大氣壓之差。真空度真空度真空表上的度數(shù)，設(shè)備真空表上的度數(shù)，設(shè)備 內(nèi)的壓力比大氣壓低時(shí)采用內(nèi)的壓力比大氣壓低時(shí)采用。絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力= =大氣壓大氣壓+ +表壓表壓真空度真空度= =大氣壓大氣壓-
9、-絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 某容器某容器真空表真空表的讀數(shù)為的讀數(shù)為6060kPa,kPa,則容器內(nèi)實(shí)際壓力為（則容器內(nèi)實(shí)際壓力為（ ).). 某容器某容器壓力表壓力表的讀數(shù)為的讀數(shù)為500500kPakPa，則容器內(nèi)實(shí)際壓力為（則容器內(nèi)實(shí)際壓力為（ ）41.341.3kPkPa a601.3601.3kPakPa例：例： 某設(shè)備進(jìn)出口壓力表的讀數(shù)分別為某設(shè)備進(jìn)出口壓力表的讀數(shù)分別為2020mmHgmmHg（真空度）和真空度）和500500mmHgmmHg（表壓），表壓），求：兩處的絕對(duì)壓力差？求：兩處的絕對(duì)壓力差？ 分別用分別用mmHgmmHg和和PaPa表示表示 （520520mmHgmmHg、6
10、9316Pa69316Pa）在進(jìn)行壓強(qiáng)值換算與壓強(qiáng)差的計(jì)算時(shí)，必須注意單位的一致性。在進(jìn)行壓強(qiáng)值換算與壓強(qiáng)差的計(jì)算時(shí)，必須注意單位的一致性。1.壓力的單位及換算練習(xí)壓力的單位及換算練習(xí)： 640mmHg=( )Pa 8.5mH20=( )N/m2 2kgf/cm2=( )Pa8.53 1048.34 10419.62 1042、某液體的相對(duì)密度為、某液體的相對(duì)密度為1.25，其密，其密度為（度為（ ）。）。1250 kg/m3三、流體靜力學(xué)基本方程三、流體靜力學(xué)基本方程 研究靜止?fàn)顟B(tài)下流體受力的平衡規(guī)律研究靜止?fàn)顟B(tài)下流體受力的平衡規(guī)律1、流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程gZ1+P1/= g
11、Z2+P2/結(jié)論：在靜止的液體中，液體任結(jié)論：在靜止的液體中，液體任 一點(diǎn)的壓力與液體一點(diǎn)的壓力與液體密度密度和和 其其深度深度有關(guān)。有關(guān)。 靜止的、連通的、同一種靜止的、連通的、同一種 液體在同一水平面上的壓液體在同一水平面上的壓 力相等。力相等。 四、流量、流速、穩(wěn)定流動(dòng)的四、流量、流速、穩(wěn)定流動(dòng)的 連續(xù)性方程連續(xù)性方程1 1、流量、流量 （1 1）體積流量體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過管路任一截面的流體的體積管路任一截面的流體的體積用用 Q Qs s和和 Q Qh h表示，單位：表示，單位：m m3 3/s,m/s,m3 3/h/h （2 2）質(zhì)量流量質(zhì)量流量: :單位時(shí)間內(nèi)流
12、過管單位時(shí)間內(nèi)流過管路任一截面的流體的質(zhì)量路任一截面的流體的質(zhì)量用用 W Ws s和和 W Wh h表示，單位：表示，單位：kg/s,kg/hkg/s,kg/h （3 3）二者關(guān)系）二者關(guān)系: : W=QW=Q2 2、流速流速u u單位時(shí)間內(nèi)流體在流單位時(shí)間內(nèi)流體在流 動(dòng)方向流過的距離動(dòng)方向流過的距離 定義式：定義式：u=Qs/Au=Qs/A 單位：?jiǎn)挝唬簃/sm/s 圓形管路：圓形管路： 管道中流速的分布規(guī)律：管道中流速的分布規(guī)律：常溫常壓下，液體流速：常溫常壓下，液體流速：1 13 3 m/sm/s 氣體流速：氣體流速：101020 20 m/sm/s24dA3 3、穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程、
13、穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程 （1 1）穩(wěn)定流動(dòng)：穩(wěn)定流動(dòng)：流體在流動(dòng)時(shí)，流體在流動(dòng)時(shí)，任一截面處的流速、流量和壓強(qiáng)任一截面處的流速、流量和壓強(qiáng)等與流動(dòng)有關(guān)的物理量，只隨位等與流動(dòng)有關(guān)的物理量，只隨位置而變，而不隨時(shí)間而變，這種置而變，而不隨時(shí)間而變，這種流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。 （2 2）穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程：）穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程： 質(zhì)量守衡定律質(zhì)量守衡定律穩(wěn)定流動(dòng)的管路中，流體流穩(wěn)定流動(dòng)的管路中，流體流經(jīng)各截面的質(zhì)量流量相等經(jīng)各截面的質(zhì)量流量相等 連續(xù)性方程：連續(xù)性方程：W1=W2因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篧=Q=uA 所以：所以： u1A 11= u2A22液體可視為不可壓縮流體，液體可視為不可
14、壓縮流體，即：即： 1= 2 則：則： u1A 1= u2A2對(duì)于圓形截面的管子，對(duì)于圓形截面的管子，24dA21221)(dduuu u1 1 、u u2 2流速流速d d1 1 、d d2 2管徑管徑即：流速與管徑的平方成反比即：流速與管徑的平方成反比 例例1：水連續(xù)由粗管流入細(xì)管：水連續(xù)由粗管流入細(xì)管作穩(wěn)定流動(dòng)，粗管的內(nèi)徑為作穩(wěn)定流動(dòng)，粗管的內(nèi)徑為80mm，細(xì)管的內(nèi)徑為細(xì)管的內(nèi)徑為40mm，水在細(xì)管內(nèi)水在細(xì)管內(nèi)的流速為的流速為3m/s ,求：水在粗管內(nèi)的求：水在粗管內(nèi)的流速？流速？（0.75 m/s ）例例2：用內(nèi)徑：用內(nèi)徑50mm的管道來輸送的管道來輸送98%的硫酸（的硫酸（293K）
15、，），要求輸送量要求輸送量為為12.97t/h，硫酸的密為硫酸的密為1836Kg/m3，試求該管道中硫酸的流量和速度。試求該管道中硫酸的流量和速度。Qs=Ws/=12.971000/36001836=1.9610-3 m3 / su=Qs/A= 1.9610-3 /0.785（0.05）2=1m/s例例3：某流體在內(nèi)徑為：某流體在內(nèi)徑為d 的管路中的管路中作穩(wěn)定流動(dòng)，其平均流速為作穩(wěn)定流動(dòng)，其平均流速為u，若若管徑縮小一半，則流速將為原來管徑縮小一半，則流速將為原來的多少倍？的多少倍？（4倍）倍）五、柏努利方程式五、柏努利方程式 機(jī)械能衡算機(jī)械能衡算1 1、流體流動(dòng)的機(jī)械能、流體流動(dòng)的機(jī)械能位
16、能：位能：流體在重力的作用下，因質(zhì)量流體在重力的作用下，因質(zhì)量中心高于某一基準(zhǔn)面而具有的能量。中心高于某一基準(zhǔn)面而具有的能量。動(dòng)能：動(dòng)能：由于流體有一定的流速而具有由于流體有一定的流速而具有的能量的能量靜壓能：靜壓能：由于流體有一定的壓強(qiáng)而具由于流體有一定的壓強(qiáng)而具有的能量有的能量2、柏努利方程式柏努利方程式輸入管路總能量輸入管路總能量=輸出管路總能量輸出管路總能量 外加能量外加能量; 損失能量損失能量 柏努利方程式：柏努利方程式：fehpugzWpugz2222121122以質(zhì)量為基準(zhǔn)：以質(zhì)量為基準(zhǔn)： 以單位重量流體為基準(zhǔn)將式中各項(xiàng)以單位重量流體為基準(zhǔn)將式中各項(xiàng)除以除以g，則得則得:feHg
17、pguzHgpguz2222121122 如附圖所示，高位槽水面保持穩(wěn)定，水面距水如附圖所示，高位槽水面保持穩(wěn)定，水面距水管出口為管出口為5m，所用管路為所用管路為1084mm鋼管，若管鋼管，若管路壓頭損失為路壓頭損失為4.5m，求該系統(tǒng)每小時(shí)的送水量。求該系統(tǒng)每小時(shí)的送水量。 解：取水槽液面為解：取水槽液面為1-1截面，水管出截面，水管出口為口為2-2截面，并以出口管中心線為截面，并以出口管中心線為基準(zhǔn)水平面，列出截面基準(zhǔn)水平面，列出截面1-1和和2-2間間的柏努利方程的柏努利方程feHgpguzHgpguz2222121122 已知h1=5m,h2=0 p1=p2=0(表壓)， u1=0,
18、He=0,hf=4.5m,5 . 42522guhmudQ32225 .88360013. 31 . 0785. 036004解得：U2=3.13m/s 六、流體阻力六、流體阻力使靜壓力下降使靜壓力下降 1 1、流體的粘度、流體的粘度: :表示流體粘性大表示流體粘性大小的物理量，是流體物理性質(zhì)之一。小的物理量，是流體物理性質(zhì)之一。在相同情況下，粘度越大，阻力越在相同情況下，粘度越大，阻力越大，損失的能量越多。大，損失的能量越多。產(chǎn)生流體阻力的原因：產(chǎn)生流體阻力的原因：內(nèi)摩擦力的內(nèi)摩擦力的存在和流動(dòng)狀況。存在和流動(dòng)狀況。粘度大的流體應(yīng)選用較小的流速粘度大的流體應(yīng)選用較小的流速2 2、粘度的單位、
19、粘度的單位國際單位制：（國際單位制：（PaPa.s).s) 影響因素：影響因素：溫度，壓力的影響溫度，壓力的影響可忽略?？珊雎浴Ｒ后w的粘度隨溫度的升高而減小，液體的粘度隨溫度的升高而減小，氣體的粘度隨溫度升高而增大。氣體的粘度隨溫度升高而增大。3 3、流體流動(dòng)類型：層流、流體流動(dòng)類型：層流( (層流）和層流）和湍流（紊流）湍流（紊流）判據(jù)：雷諾數(shù)判據(jù)：雷諾數(shù)ReRe Re=du/ Re=du/ Re2000 Re2000 層流層流 Re4000 Re4000 湍流湍流層流層流湍流湍流例：例：293K的水在內(nèi)徑的水在內(nèi)徑50mm的管的管中流動(dòng)，已知其流速為中流動(dòng)，已知其流速為2m/s，試試判斷其
20、流動(dòng)類型。判斷其流動(dòng)類型。解：已知解：已知d=0.05m,u=2m/s293K時(shí)水的時(shí)水的=998kg/m3=1.005=1.0051010-3 -3 PaPa.s.s則：則： Re=du/Re=du/ =0.05 =0.052 2998/ 1.005998/ 1.0051010-3-3 4 4、流體阻力、流體阻力 直管阻力直管阻力 流體阻力流體阻力 管路阻力管路阻力 局部阻力局部阻力、 5.流體阻力的計(jì)算流體阻力的計(jì)算（1）直管阻力的計(jì)算）直管阻力的計(jì)算 由于內(nèi)摩擦而造成的壓頭損失。由于內(nèi)摩擦而造成的壓頭損失。 h直直=(l/d) (u2/2g) m l-直管的長度，直管的長度，m d-直管
21、的內(nèi)徑，直管的內(nèi)徑，m u2/2g-流體的動(dòng)壓頭，流體的動(dòng)壓頭， m -比例系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)比例系數(shù)，稱為摩擦系數(shù) 滯流時(shí)，滯流時(shí)， 與與ReRe成直線關(guān)系，成直線關(guān)系， =64/ ReRe例：例：有一段長150m、內(nèi)徑38mm的塑料管道，用來輸送蒸餾水，設(shè)已知流速為1m/s，水的密度996Kg/m3,粘度1mPa.s，試求這段管道的壓頭損失和壓強(qiáng)降。解：已知解：已知l=150m,d=0.038mu= 1m/s,= = 996Kg/m3,= = 1mPa.sRe=du/=0.038Re=du/=0.038* *1 1* *996/(1996/(1* *1010-3-3) ) =37848 =
22、0.021h直直=(l/d) (u2/2g)=0.021*(150/0.038)* (1/2*9.81)=4.23mp= p= h直g=4.23*996*9.81=42KPa(2)局部阻力的計(jì)算1.當(dāng)量長度法h局局=(l當(dāng)當(dāng)/d) (u2/2g) m則： h損損= (l/d) (u2/2g)+ (l當(dāng)當(dāng)/d) (u2/2g) 例：某料液從高位槽流至反應(yīng)器，已知該溶液的相對(duì)密度為1.1，粘度為1mPa.s采用內(nèi)徑106mm的鋼管，直管全長20m，管路上有一個(gè)全開的閘閥和兩個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，其流量為31.7 m3/h,求總的壓頭損失。解：解：u=(31.7/3600)/(0.785*0.1062)=1m/sRe=du/=(0.106Re=du/=(0.106* *1 1* *1100)/(1 1100)/(1 * *1010-3-3) ) =1.16 =1.16* *10105 5 查表查表 =0.022 l當(dāng)當(dāng)/d 得得=147h損損= (l/d) (u2/2g)+ (l當(dāng)當(dāng)/d) (u2/2g) =0.022（20/0.106 +147）（1/2*9.81） =0.376m
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