化工原理知识点

第一章 知识点

一、 流体静力学基本方程式

p 2 p 1 ? ? g ( z ?z 1 ?2 ) 或

注意：1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。

2、压强的表示方法：

绝压—大气压=表压 表压常由压强表来测量；

p?p0??gh大气压—绝压=真空度 真空度常由真空表来测量。 3、压强单位的换算：

1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at

4、应用：水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：

12A

处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体

二、定态流动系统的连续性方程式––––物料衡算式 ??常数,ws?u1A1?1?u2A2?2????uA??常数A

Vs?u1A1?u2A2????uA?常数 ?A?常数,22 ??常数,圆形管中流动u/u?A/A?d/dA122121

三、定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式

? 1kg流体：

Pu1P2u21 gZ1???We?gZ2????hf22

讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。

2、理想流体，无外功输入时，机械能守恒式：

22

PuPu gZ1?1?1?gZ2?2?222

3、可压缩流体,当Δp/p1<20%,仍可用上式，且ρ=ρm。

4、注意运用柏努利方程式解题时的一般步骤，截面与基准面选取的原则。

5、流体密度ρ的计算： 理想气体ρ=PM/RT 混合气体

m1v12v2nvn

xw1xx1混合液体 ??w2???wn mm2np?p?(???)gR???????x??x????x????上式中：xwi––––体积分率；xwi––––质量分率。 6、gz,u

2

/2,p/ρ三项表示流体本身具有的能量，即位能、动能和静压能。∑hf为

1

流经系统的能量损失。We为流体在两截面间所获得的有效功，是决定流体输送设备重要参数。输送设备有效功率Ne=We·ws，轴功率N=Ne/η（W）

7、1N流体 ?p?u2H?Z? e ? ? ? H f [m] （压头）

?g2g 2?u?1m3流体 W ???gh??p????hfpa而?pf???hfe2

??3、流型的比较： ①质点的运动方式；

②速度分布，层流：抛物线型，平均速度为最大速度的0.5倍； 湍流：碰撞和混和使速度平均化。 ③阻力，层流：粘度内摩擦力， 湍流：粘度内摩擦力+湍流切应力。 四、柏努利式中的∑hf （一）流动类型： 1、雷诺准数Re及流型

Re=duρ/μ=du/ν，μ为动力粘度，单位为[Pa·S]； 2

ν=μ/ρ为运动粘度，单位[m/s]。 层流：Re≤2000， 湍流：Re≥4000；

2000

气体的粘度随温度升高而增加，液体的粘度随温度升高而降低。

（二）流体在管内流动时的阻力损失

' [J/kg]

fff1、直管阻力损失hf

2 p

lu ?f h f ? ? 范宁公式(层流、湍流均适用).

d2

层流： 6432?lu??f(R)即??或h? e R f ? d 2 哈根—泊稷叶公式。

e

湍流区（非阻力平方区）：

e

高度湍流区（阻力平方区）：

具体的定性关系参见摩擦因数图，并定量分析hf与u之间的关系

4?流通截面积推广到非圆型管

d?de?4rH? 润湿周边长注：不能用de来计算截面积、流速等物理量。 2、局部阻力损失hf 'u2hf???e?1.0?c?0.5①阻力系数法， 2②当量长度法， leu2'?h?h?h????f(R,)d???f()d?hf??d2

2

注意：截面取管出口内外侧，对动能项及出口阻力损失项的计算有所不同。 当管径不变时， ?(l?le)u2?hf?(????)

d2

流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。流体在等径管中作稳定流动流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的静压能项。完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于相对粗糙度。

水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小时，水流量将减小，摩擦系数增大，管道总阻力不变。 五、管路计算

I. 并联管路：1、 V?V?V?V123

2、 ?hf??hf1??hf2??hf3 各支路阻力损失相等。

即并联管路的特点是： （1）并联管段的压强降相等；

（2）主管流量等于并联的各管段流量之和；

（3）并联各管段中管子长、直径小的管段通过的流量小。 II．分支管路：1、

V?V1?V2?V32、分支点处至各支管终了时的总机械能和能量损失之和相等。

六、柏式在流量测量中的运用

1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。

2、孔板流量计为定截面变压差流量计，用来测量管道中流体的流量。随着Re增大其孔流系数C0先减小，后保持为定值。

3、转子流量计为定压差变截面流量计。注意：转子流量计的校正。

测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。

1、边长为a的正方形管道，其当量直径de为 （ a ） 。

2、在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。则细管内水的流速为粗管内流速的_____4______倍。

3、流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为__ 和___两种。局部阻力的计算方法有___________法和_________法。 直管阻力，局部阻力，阻力系数，当量长度。

4、在静止的同一种连续流体的内部，各截面上___能与____能之和为常数。位，静压。

5、开口U型管压差计是基于____原理的测压装置，它可以测量管路中________上的_________或_______________。流体静力学 任意截面 表压强 真空度

6、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为______,邻近管壁处存在____层，且Re值越大，则该层厚度越____。 零， 滞流（或层流）内 薄（或小）

7、实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能___守恒。因实际流体流动时有_________

不， 摩擦阻力

8、流体在一段装有若干个管件的直管l中流过的总能量损失的通式为__________，它的单位为____J/kg __。 9、定态流动时，不可压缩理想流体在管道中流过时各截面上____相等。它们是_____________之和，每一种能量____________，但可以互相转换 。 总机械能； 位能、动能和静压能。不一定相等； 10、某设备的真空表读数为500mmHg，设备外环境大气压强为640mmHg，则它的绝对压强为_________Pa。

3

=640-500=140mmHg＝140×133.32＝1.866×104Pa。

11、流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈_________形曲线，中心最大速度为平均速度的_____倍。此时摩擦系数λ与_____无关，只随________加大而____ 抛物线，2，ε/d，Re，减小。

12、流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数λ与__及___有关。在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于_____线。 Re，ε/d，水平 二、选择题

1、判断流体流动类型的是（ ）

（A） Eu准数 （B） Re准数 （C） ε/d （D） Δpf

2、流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re=1500，则其摩擦系数应为（ B ） （A）0.032 (B) 0.0427 (C) 0.0267 (D) 无法确定 3、在法定单位制中，粘度的单位为（ D ）

（A）cp （B）p （C）g/( cm.s ) （D） 4、在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（ D ） （A） 同一种流体内部 （B） 连通着的两种流体

（C） 同一种连续流体 （D） 同一水平面上，同一种连续的流体

5、在一水平变径管道，细管截面A及粗管截面B与U管压差计相连，当流体流过时，U管压差计测量的是（ ）

（A） A、B两截面间的总能量损失（B） A、B两截面间的动能差 （C） A、B两截面间的压强差 （D） A、B两截面间的局部阻力

5、管路由直径为Φ57×3.5mm的细管，逐渐扩大到Φ108×4mm的粗管，若流体在细管内的流速为4m/s。则在粗管内的流速为（ B）

（A） 2m/s （B）1m/s （C） 0.5m/s （D） 0.25m/s 6、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ D ）

（A） 速度相等 （B） 体积流量相等（C） 速度逐渐减小 （D） 质量流速相等 7、湍流与滞流的本质区别是（C）

(A) 湍流的流速大于滞流的 (B) 湍流的Re值大于滞流的 (C) 滞流无径向脉动，湍流有径向脉动 (D) 湍流时边界层较薄 8、在阻力平方区内，摩擦系数λ（ C ）

（A）为常数，与Re，ε/d 均无关 （B）随Re值加大而减小 （C）与Re值无关，是ε/d的函数 （D）是Re值与ε/d的函数 9、流体在圆形直管中作滞流流动时，其直管阻力损失与流速u的关系为（B） A、与u成正比 B、与u成正比 C、与u三、判断题

1、在计算突然扩大及突然缩小的局部阻力时，公式中的流速应该用小管中的流速。（√ ）

2、不可压缩的理想流体在管道内作定态流动，若无外功加入时，则流体在任一截面上的总压头为一常数。（√ ）

3、流体在管道任意截面径向上各点的速度都是相同的，我们把它称为平均流速。（× ） 4、在同一种连续流体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。（ × ）

5、某定态流动系统中，若管路上安装有若干个管件、阀门和若干台泵，则此管路就不能运用连续性方程式进行计算。（× ）

6、用U管压力计测量管路中两点的压强差，其压差值只与读数R和两流体的密度差有关，而与U管的粗细、长短无关。（√ ）

2

1.75

成正比 D、与u

0.55

成正比

4