资源简介

(共34张PPT)
模块一 流体输送技术
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任务一 认识流体输送管路
02
任务二 计算管路中流体的参数
03
任务三 认识管路中的阻力
04
任务四 选择流体输送方式与相关计算
05
任务五 选用液体输送机械
06
07
任务六 选用气体输送机械
任务七 测定流体输送过程中的参数
09
综合案例
08
总结与归纳
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任务四选择流体输送方式与相关计算
通过对流体本身所具有的能量认识，在稳定的流动状态下的不可压缩流体根据能量守恒定律，推导出柏努利方程。掌握与运用柏努利方程，解决流体在输送过程中的各种问题，并能计算位差（或高度）、静压能（或压力）、动能（或流量、流速）、外加能量（或机械功率）等等。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
子任务一认识流体的能量表现形式
一、流体具有的能量
流动系统的能量流动系统中涉及的能量有多种形式，包括内能、机械能、功、热、损失能量，若系统不涉及温度变化及热量交换，内能为常数，则系统中所涉及的能量只有机械能、功、损失能量。能量根据其属性分为流体自身所具有的能量及系统与外部交换的能量。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
1) 内能：物质内部能量的总和(分子平动能，转动能，振动能)
以U1，U2表示：内能是一个状态函数，取决于流体本身的状态。
U1－ 1㎏流体输入系统的内能，J/㎏；
U2－ 1㎏流体输出系统的内能，J/㎏；
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任务四选择流体输送方式与相关计算
2)位能：流体因受重力作用，在不同的高度处具有不同的位能，相当于质量为m的流体自基准水平面升举到某高度Z所做的功：
Ep=mgZ， J 单位质量(1㎏)流体的位能mgZ/m=gZ， J/㎏； 则： gZ1－ 1㎏流体输入系统的位能；
gZ2－ 1㎏流体输出系统的位能；
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任务四选择流体输送方式与相关计算
3)动能：流体以一定的速度运动时，便具有一定的动能，质量为m，流速为u的流体具有的动能为：
Ek=(1/2)mu2， J

(1/2) u12－ 1㎏流体输入系统的动能；
(1/2) u22－ 1㎏流体输出系统的动能；
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任务四选择流体输送方式与相关计算
4) 静压强(压强能)：流动着的流体内部任何位置具有一定的静压强，如：

对于如上图所示的流动系统，流体通过1—1`截面时，由于截面处流体具有一定的压力，这就需要对流体作相应的功，以克服这个压力，才能把流体推进系统里去。
因此通过截面1—1`的流体必定要带有与所需的功相当的能量才能进入系统，流体所具有的这种能量就称为静压能或流动功。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
设质量为m体积为V1的流体通过截面1—1`，把流体推进到此截面所需的作用力为p1A1，又位移为V1/ A1，则：
流体带入系统的静压能为： p1A1·V1/ A1= p1V1，J；
1㎏流体带入系统的静压能为： p1V1/ m= p1v1，J/㎏；
1㎏流体带出系统的静压能为： p2V2/ m= p2v2，J/㎏；
流体的总机械能=位能+动能+静压能 04
任务四选择流体输送方式与相关计算
5) 热：
Qe－1㎏流体接受或放出的能量，J/㎏
Qe可为正可为负； 吸热，Qe则为正值。放热，Qe则为负值。
6)外功(净功)：
We—1㎏流体通过输送设备(泵或风机)所获得或输出的能量，J/㎏；
We可为正可为负； 对外做功 为负 对内做功 为正
对于稳流系统，则能量衡算式为： ∑Ei=∑Eo
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任务四选择流体输送方式与相关计算
能 量 种 类 基 准 流体具有的能量 与环境交换能量 内 能 位能 动能 静压能 热量 外功
mKg流体（J） mU mgz 1/2mu2 pV mQe mWe
1Kg流体(J/Kg) U gz 1/2u2 pv Qe We
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任务四选择流体输送方式与相关计算
机械能输送：即位能、动能、静压能及外功，可用于输送流体；
内能与热：不能直接转变为输送流体的机械能。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
二、柏努利方程（Bernoulli equation）
衡算范围：
1-1′、2-2′截面以及管内壁所围成的系统。
衡算基准：1kg流体
基准水平面：0-0′水平面
根据能量守恒原则，对于划定的流动范围，其输入的总能量必等于输出的总能量。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
U－内能，1kg流体具有的内能，其单位为J/kg
gZ－位能，1kg的流体所具有的位能，其单位为J/kg
1/2u2－动能，1kg的流体所具有的动能 ，其单位为J/kg
We －外功，1kg流体从输送机械所获得的能量称为外功或有效功，其单位J/kg
qe－换热器向1kg流体提供的热量，其单位为J/kg
pυ－静压能，1kg流体所具有的静压能，其单位为J/kg ，υ为比容，其单位是m3/kg
－能量损失，1kg流体所产生的能量损失，其单位为J/kg
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任务四选择流体输送方式与相关计算
对于不可压缩流体，ρ为常数，没有热量的交换。
或
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任务四选择流体输送方式与相关计算
三、柏努利方程的分析与讨论
（1）以单位质量流体为基准
（J/kg）
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任务四选择流体输送方式与相关计算
（2）以单位重量流体为基准
各项同除重力加速度g
，
（m）
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任务四选择流体输送方式与相关计算
（3）理想流体的机械能衡算
理想流体是指没有粘性（即流动中没有摩擦阻力）的不可压缩流体。这种流体实际上并不存在，是一种假想的流体，但这种假想对解决工程实际问题具有重要意义。对于理想流体又无外功加入。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
子任务二 选择位差输送
一、柏努利方程在流体流动系统中的应用
（1）截面的选取
①截面与流体的流动方向相垂直；
②两截面间流体应是定态连续流动；
③截面宜选在已知量多、计算容易的位置。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
（2）基准水平面的选取
基准水平面必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两截面中位置较低的截面为基准水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基准水平面应选通过管中心线且与地面平行的平面。
（3）物理量单位一致
计算中要注意各物理量的单位保持一致，尤其在计算截面上的静压能时，p1、p2不仅单位要一致，同时表示方法也应一致，即同为绝压或同为表压。 一般采用表压时，表压为正值，真空度为负值。
利用柏努利方程可以计算高位槽的位置、阻力、压强以及外加机械所做的功或外加机械的功率、流量或流速等等。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
如图所示，料液由敞口高位槽流入精馏塔中。塔内进料处的压力为30kPa（表压），输送管路为φ45×2.5mm的无缝钢管，直管长为10m。管路中装有180 回弯头一个，90 标准弯头一个，标准截止阀（全开）一个。若维持进料量为5m3/h，问高位槽中的液面至少高出进料口多少米？(操作条件下料液的物性：ρ=890kg/m3，μ=1.2×10-3 Pa·s)
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任务四选择流体输送方式与相关计算
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任务四选择流体输送方式与相关计算
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任务四选择流体输送方式与相关计算
子任务3 选择压差输送
如图所示，流体在水平等径直管中作定态流动。在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程：
因是直径相同的水平管，
若管道为倾斜管，则
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任务四选择流体输送方式与相关计算
无论是水平安装，还是倾斜安装，流体的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
某车间用压缩空气来压送98%浓硫酸，如图所示，每批压送量为0.3m3，要求10min内压送完毕。硫酸的温度为293K。管子为Ф38mm×3mm钢管，管子出口距硫酸贮罐液面的垂直距离为15m，设损失能量为10J/kg。试求开始压送时压缩空气的表压强。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
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任务四选择流体输送方式与相关计算
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任务四选择流体输送方式与相关计算
子任务4 选择外加功输送
一、功率计算
在柏努利方程式中， zg、u2/2、p/ρ分别表示单位质量流体在某截面上所具有的位能、动能和静压能，也就是说，它们是状态参数；而We、Σhf是指单位质量流体在两截面间获得或消耗的能量，可以理解为它们是过程的函数。We是输送设备对1kg流体所做的功，单位时间输送设备所作的有效功，称为有效功率。
= g
式中 Pe——有效功率，W；
qm——流体的质量流量，kg/s。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
实际上，输送机械本身也有能量转换效率，则流体输送机械实际消耗的功率应为：
式中 PT——流体输送机械的总轴功率，W；
η——流体输送机械的效率。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部，水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。水面到塔顶的距离为26米，输水管为φ76×3mm钢管，排水管出口与喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/kg。水的密度取1000kg/m3。
求：①水在管内的流速。
②泵的有效功率（kw）。
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任务四选择流体输送方式与相关计算
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任务四选择流体输送方式与相关计算
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