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化工原理伯努利方程

伯努利方程的本質是能量守恒。等式左邊是動能、勢能、流體靜力能、外部輸入能等的總能量。在壹個位置,右邊是動能勢能總能量,靜水壓力能量阻力損失等。在另壹個位置。實際形式會有所不同,比如要計算壓頭,必須用重力加速度除方程兩邊。

流體宏觀運動中機械能守恒原理的數學表達。1738年,瑞士數學家d .伯努利在《流體力學對流體中的力和運動的解釋》中提出了這個方程。可以在定常流動條件下,沿流線積分理想流體運動方程(歐拉方程)得到;也可以從熱力學第壹定律推導出來。它是壹維流動問題中的壹個主要關系式,在分析不可壓縮流體的定常流動時非常重要。它通常用於確定流動過程中速度和壓力之間的關系。

方程的形式對於不可壓縮的理想流體,密度不隨壓力而變化,它可以如下獲得:

2PuZg+,常數,2ρ

其中z是距基準面的高度;p是靜壓力;u是流體速度;ρ是流體密度;g是重力加速度。在等式中

M/kg,其中左邊三項,依次稱為勢能,是單位質量流體的機械能,單位為n。

項、流體靜力能項和動能項。等式表明,三種能量可以相互轉換,但總和不變。當流體在水平管道中流動時,z為常數,上述公式可簡化為:

2uP,常數,2ρ

這個公式表達了流速和壓力的關系:流速大的地方壓力小,流速小的地方壓力大。

對於單位重量的流體,以管道的1和2段為基準,方程的形式變為:

22PuPu1122ZZ2,,,,,1 G2 gg2gψ

公式中,每壹項都是流體單位重量的能量,具有長度的量綱,三項依次稱為位置壓頭、靜態壓頭、動態壓頭(速度壓頭)。

對於理想的可壓縮流體,密度隨壓力而變化。如果這種變化是可逆的等溫過程,方程式可以寫成如下:

22uuPP1212 gZ,,gZ,,ln1222ρP11

如果是可逆絕熱過程,方程可以寫成:

22uuPP1212 gZ,,gZ,,ln1222ρP11

在Cv公式中,是定壓比熱容與定容比熱容之比,即比熱容比,也稱為絕熱指數。丙酸纖維素

對於粘性流體,在流動截面上有壹個速度分布。如果動能項用平均速度表示,就要乘以動力u。

Dο能量校正系數。此外,還需要考慮粘度引起的流動阻力,即單位質量流體的機械能hf的損失。如果在流體流動過程中,單位質量的流體接受流體輸送機械所做的功w。在這些條件下,如果以均勻流段中的兩個段1和2為基準,方程可以展開如下:

當流體在圓管中層流=2時,該值可由速度分布計算得出;產生紊流時,1.06 .,,,

方程的應用伯努利方程所闡述的勢能、動能和靜壓能相互轉換的原理,可以用來分析和計算壹些實際問題,如:

計算從小孔流出的流體的流量。容器內裝滿液體,液位保持不變。在液面下h位置的容器壁上開壹個小孔,液體在重力作用下從小孔流出。根據伯努利方程,可以計算出液體從孔口流出的平均速度為:

u,Cd2gh

式C中,d為孔隙流系數,其值由實驗確定,約為0.61,0.62;g是重力加速度。根據上述速度和已知的孔板面積,可以計算出通過孔板的流量;或者根據這個關系,計算確定達到壹定流量必須保持的液面高度。如果氣體在壹定的壓力差下從容器壁上的小孔中流出,在速度不太大的情況下可以視為不可壓縮流體,其流量也可以用伯努利方程估算。

u?皮托管裝有均勻的氣流,以恒定的速度繞物體流動。氣流受阻後,停在物體前緣(A),0。

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形成壹個駐點(圖1駐點),該點的壓力稱為駐點壓力。如果未擾動點的o壓力為0,則可以從Berppa o Nuri方程得到。

u測量和之間的差值,就可以計算出流量。根據這壹原理設計的測速儀稱為測速儀,也叫皮托管。Bippao 0

皮托管(圖2中的皮托管結構)由壹個圓頭的雙層套管組成,圓頭中心開壹個與內套管相連的小孔,內套管與壓力計的壹端相連,測量滯止壓力;在距離外套筒的側表面壹定距離處,pA在圓周方向上均勻地打開。

壹排垂直於管壁的靜壓孔,外套管與壓力計的另壹端相連,測量壓力。根據測得的壓差p0

h,可以計算出測點的流速。

文丘裏管又稱文丘裏管(圖3),是壹種先收縮後逐漸膨脹的管道。因為截面積變了,流量變了,根據伯努利方程,壓力也變了。可以通過測量管道和喉部之間的壓差來計算流量。用於測量流量的文丘裏管稱為文丘裏流量計。由於文丘裏管喉管處形成的高速氣流,會產生負壓抽吸液體,使氣液緊密接觸,用來完成氣體洗滌、冷卻、吸收、反應等操作。用於這種操作的文丘裏管被稱為文丘裏洗滌器。

1.伯努利

1700 65438+10月29日,伯努利出生在瑞士(他不僅是物理學家,還是數學家)(在20世紀40年代末,他出版了著名的著作《流體力學》,在書中他用能量守恒定律解決了流體流動的問題。他分析了流體流動時壓力和速度之間的關系,並得到了後來以他為基礎的方程。在書中,伯努利還清晰地描述了分子動力學理論,認為氣體作用於壁面的壓力可以用大量分子快速來回運動來解釋。他還發表了關於海水潮汐和弦振動的論文,在微積分、微分方程、概率論等數學領域做出了突出貢獻。1725,1749期間,伯努利十次獲得法國科學院年度獎。

伯努利實驗表明,理想流體在穩定流動時,速度大的地方壓力小,速度小的地方壓力強(但不是反比),其數學表達式如下

,p+ρv,,,ρgh,常數

這就是著名的伯努利方程。

2.用伯努利方程解決實際問題。

(1)確定靜態液面下深度H處的壓力。

如右圖所示,在壹個裝有液體的容器中,取液面上的A點和液面下的深度。

h點b,以b點的水平面作為零(勢能)基準面,則

h、、、、、、、、、、1BA0

因為液體是靜止的,V、、、代入伯努利方程得到12。

p,,,ρgh,,,ρgh,A0

(2)求液體從小孔流出的速度。

容器壁上有壹個小孔,深度為H,低於液面,液體從小孔流出,帶走液體。

研究了表面上的A點和小孔處的B點,因為容器的橫截面比小孔的橫截面大得多,所以

因為容器內水位下降很慢,所以A點液體質點的速度可以忽略,即V,,A。

如果B點的高度為零,那麽A點和B點與大氣接觸,所以B。

,,(大氣壓),代入伯努利方程得到p,,AB0。

122ghp,ρgh,,,ρv就是v,00BB2。

(3)測量流體的流速

在測量管道中流體的流速時,可以使用下圖所示的儀器,因為它經常被用來測量氣流的速度,所以

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呼叫

做壹個氣流速度計,放畢多管A(畢多管是壹端封閉的彎管,封閉端A光滑略尖,靠在上面。

靠近封閉端的壹側有許多小孔)和壹個管口朝向氣流的管B(動壓管)與U型管壓力表相連。

實際上,根據U形管兩側液柱的高度差,可以得到氣體的流量(

設氣體穩定流動的速度為V,氣體的密度為ρ,壓力表中的液體為0。

密度為ρ,A管小孔處氣體壓力為P,B管氣體壓力為0A。

p,因為管道中的氣體被管道中的流體堵塞,其流量等於0,因為管道ABB

根據伯努利方程,在與管B的端口相同的高度和相同的氣體流線上

得到

2p,ρv,,,p,,B2,所以p,p,ρv,,(B

根據U形管兩側的高度差H,兩管中氣體的壓力差可計算如下

p,p,ρgh B,0

,它由上述類別的v2,gh/,0組成

因此,氣流的速度可以通過測量H(

(1)液體流和空氣流的空氣吸入

如下圖所示,如果在橫管細頸上開壹個小孔A,在容器B中的容器上連接壹根細管,流動的液體就不會流出,容器B中的液體就可以被吸上來。為了研究這壹原理,進行了如下推導:

假設左上容器E較大,流體流動時液位沒有明顯下降。液面與出液孔的高度差為H,S,S分別代表小孔A和出液孔F在水平管上的截面積,ρ代表液體的密度,F為液體。

對於理想流體,以容器E中液面上的點C、小孔A處的水和水平管中的出水孔F為研究對象,根據伯努利方程,得到如下結果:

1122p,ρgh,p,ρv,,,ρv C,FAF22

並且由於p,p,和代入上式,得到CF02V和ρ GH F。

122,,副總裁,,,(,)A0FA2

根據vSFA,當流體在水平管道中穩定流動時,管道各部分的流量,,ρvSt保持不變,包括:,vSAF。

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S,S (then,a)是綜合上述公式得到的。

2S1Fp,p,ρgh(,,),A022SA

即孔C處有壹定程度的真空,所以B處的液體可以被吸進去。這種現象被稱為空泡化(

不僅液體流動有吸氣作用,空氣流動也有吸氣作用,遵循的規律也是壹樣的。吸氣效應被廣泛應用。化學實驗室裏的水泵,內燃機的汽化器,用來給蒸汽鍋加水的水噴射器都是根據這個原理制作的(

參考資料:

2007年中學物理教學參考伯努利方程的應用

流態化工程原理簡介

固體流態化技術是化學工程的壹個重要分支。流化床具有很高的傳熱傳質效率和處理大量顆粒的能力,因此被廣泛應用於化工、石油加工、能源、環保、食品加工、醫藥生產等領域。與工業實踐密切相關的科研工作也異常活躍,新的科研成果和理論不斷湧現。隨著基礎科學研究和國民經濟的進壹步發展,流態化技術將在更多的領域得到應用。

本書是我國第壹部固體流態化專著,由16國內外專家、著名學者歷時數年完成。作為壹部專著,書中的內容幾乎囊括了流態化的所有重要內容。全書共分11章:第1章介紹流態化現象及其發展歷史;第2章介紹了相關的基礎知識;第三、四、五章詳細介紹了氣固密相流化床、循環床和平行重力場流化床的流動規律。第六章和第七章討論了流化床的傳熱和反應器的模型和放大;第八章描述了噴動床的基本特性;第九章給出了流化床工業應用的許多例子;10章專門介紹流化床的實驗技術和測試方法;第11章介紹液固分散流化和氣液固三相流化床的近期發展。

本書可供從事流態化工作的學者、研究人員、工程技術人員、操作管理人員參考,也可作為高等院校化工、石油、熱能等相關專業的教材和教學參考書。

本節介紹流化的基本概念,流動阻力流化床的主要特點、操作優缺點。

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簡單來說~固體流態化就是固體物質的流態化。流體以壹定的流速流動

當通過由固體顆粒組成的床時,大量的固體顆粒可以懸浮在流動的流體中

粒子在流體的作用下上下滾動,就像液體壹樣。這種狀態就是流動模式。

改變。

流態化是化學工業和許多其他工業,如能源、冶金等的壹項重要技術。

壹種廣泛使用的工業技術。主要用於化工行業強化傳熱和傳輸。

Mass ~還可以實現氣固反應,物理處理,甚至粒子輸運。

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