机械能衡算方程柏努利方程⑥流体的衡算基准不同.ppt

化化 工工 基基础 讲授者：授者：张静静1.流体流体稳定流定流动时的的 物料衡算物料衡算2.葛洲葛洲坝坝水水电电站站3.三峡水三峡水电电站站4.项目目1 1 流体流流体流动与与输送送 揭示和研究流体流揭示和研究流体流动的基本的基本规律律(柏努利方程和柏努利方程和连续性方程性方程)任任务:揭示和研究流体静揭示和研究流体静态平衡平衡规律律(静力学基本方程式静力学基本方程式)理理论应用：管道用：管道设计与与计算、阻力算、阻力计算、算、压强和流量和流量测定等定等 研究流体阻力及研究流体阻力及产生原因生原因5.三、三、稳定流定流动系系统的能量衡算与的能量衡算与应用用任务2 流体输送常用流动原理（一）流体流一）流体流动时动时的能量形式的能量形式在化工生产中，解决流体输送问题的基本依据是柏努力方程，因此柏努力方程及其应用极为重要。根据对稳定流动系统能量衡算，即可得到柏努力方程。1流体所具有的能量流体所具有的能量机械能机械能 (1)位能位能 位能是流体处于重力场中而具有的能量。单位质量流体的位能则为gz（J/kg）。位能是相对值，计算须规定一个基准水平面。6.(2)动动能能 动能是流体具有一定速度流动而具有的能量。单位质量流体的动能为 (J/kg)。(3)静静压压能能 静压能是由于流体具有一定的压力而具有的能量。单位质量流体的静压能为 （J/kg）7.2系系统统与外界交与外界交换换的能量的能量（1）外加功）外加功 单位质量流体从输送机械中所获得的能量称为外加功，用We表示，其单位为J/kg。外加功We是选择流体输送设备的重要数据，可用来确定输送设备的有效功率Pe Pe=We qm（2）损损失能量失能量 单位质量流体流动时为克服阻力而损失的能量，用hf表示，其单位为J/kg。8.（二（二）流体流体稳定流定流动时的能量衡算的能量衡算柏努利方程柏努利方程衡算范围：1-1面、2-2面与壁面所围成的封闭区域，设流体为不可压缩流体，不变 衡算基准：1kg质量的流体，0-0面为基准面 若以0-0面为基准水平面，两个截面距基准水平面的垂直距离分别为z1、z2，两截面处的流速分别为u1、u2，两截面处的压力分别为p1、p2，流体在两截面处的密度为，单位质量流体从泵所获得的外加功为We，从截面1-1流到截面2-2的全部能量损失为hf。1.实际实际流体的柏努利方程流体的柏努利方程 9.流体入流体入流体出流体出z1z21122-静力学方程流体静止流体静止时：理想流体流理想流体流动时：0的流的流体体实际流体流流体流动时：w-机械能衡算方程（柏努利方程）机械能衡算方程（柏努利方程）动能能J/kg位能位能J/kg静静压能能J/kg有效有效轴功率功率J/kg摩擦摩擦损失失J/kg永永远为正正10.2、特殊情况、特殊情况讨论：当流体当流体为理想流体理想流体(=0,hf=0)且无外加功加入系且无外加功加入系统(W=0)也称也称为柏努利方程柏努利方程机械能守恒并相互机械能守恒并相互转化化即对于理想流体，在稳定流动系统中，流体在各截面上的机械能之和为一常数，即守恒。但各项不同形式的机械能不一定相等，彼此之间可以相互转化。11.对于无外加功（于无外加功（W=0）的静止流体（的静止流体（hf=0 及及u=0）上式即上式即为流体静止的基本方程。流体静止的基本方程。可可见流体的静止平衡只是流体运流体的静止平衡只是流体运动的一种特殊情况。的一种特殊情况。12.指指单位位质量流体所量流体所获得的有效功，而不是指机械本身得的有效功，而不是指机械本身输出的出的功。两者之功。两者之间存在存在转化效率化效率问题。式中式中u是指管道中以截面是指管道中以截面为平均的流速。平均的流速。其大小其大小实际上与管中的速度分上与管中的速度分布有关。布有关。各各项能量表示意能量表示意义:指截面上流体具有的能量指截面上流体具有的能量指两截面指两截面间沿程能量消耗沿程能量消耗,具有不可逆性具有不可逆性输送送设备的有效功率的有效功率轴功率功率 对于可于可压缩流体，若流体，若上式仍可用于上式仍可用于计算。但此算。但此时式中式中=m=（1+2）/2，由此由此产生生误差差5%。属。属工程所允工程所允许的的误差范差范围。13.外外加加压头静静压头动压头位位头压头损失失机械能机械能-可直接用于可直接用于输送流体；送流体；可以相互可以相互转变；可以可以转变为热或流体的内能或流体的内能 -机械能衡算方程（柏努利方程）机械能衡算方程（柏努利方程）流体的衡算基准不同，有不同形式流体的衡算基准不同，有不同形式(J/Kg)(Pa)(m)14.两截面两截面间流体流体连续，封，封闭（除（除进、出口、出口处除外）除外）注意注意:1.运用柏努利方程解运用柏努利方程解题步步骤:（1）作）作图:根据根据题意画出流意画出流动系系统示意示意图，标明流明流动方向确定衡算范方向确定衡算范围（2）选择流体流体进、出系、出系统的截面的截面截面截面须与流体流与流体流动方向垂直方向垂直（3）所求未知量）所求未知量应在截面上或在两截面之在截面上或在两截面之间,且截面上的且截面上的P,u,Z等有关等有关物理量物理量,除所求取的未知量外除所求取的未知量外,都都应该是已知或可通是已知或可通过其他关系其他关系计算算出出.（4）两截面上）两截面上P,u,Z的与两截面的与两截面间的的hf都都应相互相互对应一致一致（三（三）流体流体稳定流定流动时的能量衡算的的能量衡算的应用用15.第一章第一章 流体流动及输送技术流体流动及输送技术 化工单元操作技术化工单元操作技术(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。为了计算方便，通常取基准水平面通过所选两个截面中的任一个截面，一般选低位，如截面与基准面垂直，则取基准水平面通过截面的中心，z值是指截面中心点与基准水平面间的垂直距离。(4)单位必须统一 两截面的压力除要求单位一致外，还要求表示方法一致，应为绝对压力，但由于式中所反映的是压力差，因此压力也可以同时用表压力。6解题步骤(1)作图与选截面；(2)选取基准水平面；(3)列方程，寻找已知条件，求解。3、选取基准水平面。取基准水平面。注意注意:1.水平面与地面平行水平面与地面平行2.尽可能尽可能选已使已使问题简化的水化的水平面平面为计算基准算基准水水平管平管:选管中心管中心线地面地面容器液面容器液面4 计量量单位要求一致。推荐采用位要求一致。推荐采用SI制，使制，使结果果简化。化。5 5、关于阻力、关于阻力讨论的的问题,后面后面详述述17.2.Bernoulli 方程的方程的应用用1)确定管道中流体的流量确定管道中流体的流量 2)确定确定设备间的相的相对位置位置3)确定确定输送送设备的有效功率的有效功率4)确定管路中流体的确定管路中流体的压强对非等截面管道非等截面管道,要要结合合连续性方程求解性方程求解,这是是这类问题处理的普遍方法。理的普遍方法。轴功率功率非静止状非静止状态。注注:PA外外 PA内内 PB内内原因原因:故故:PA外外 PA内内 PB内内18.例例1 轴功的功的计算算 已知管道尺寸为1144mm，流量为85m3/h，水在管路中流动时的总摩擦损失为10J/kg（不包括出口阻力损失），喷头处压力较塔内压力高20kPa，水从塔中流入下水道的摩擦损失可忽略不计。求泵的有效轴功率。气体气体气体气体1m1m5m0.2m1 14 43 3废水池水池洗洗涤塔塔泵2 219.气体气体气体气体1m1m5m1 14 43 3废水池水池洗洗涤塔塔泵2 20.2m20.在在线测试n1.某塔高30m，进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读数为500kPa，（塔外大气压强为100kPa）。那么塔顶处水的压强（）。nA、403.8KPaB、698.1KPaC、600KPaD、无法确定n2.应用柏努利方程式计算时，使用压强为 。nA、表压 B、绝压 C、表压、绝压均可，但必须一致 D、表压、绝压均可n3、流动流体所具有的机械能不包括（）nA、位能 B、动能 C、静压能 D、内能 21.课堂小堂小结n 1、流体流动的能量形式；n2、稳定流动系统的能量衡算-柏努利方程；n3、能量衡算的应用。22.布置作布置作业 1、简述流体流动的能量形式；2、简述能量衡算应用的注意事项。23.