化工技校教案首頁(yè)

1、化工技校教案首頁(yè)教案編號(hào)學(xué) 科化工過(guò)程及設(shè)備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>室審批簽字授課時(shí)間授課班級(jí)授課學(xué)時(shí)2課題名稱第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)一、流量與流速 二、穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)教學(xué)目的與要求1、掌握概念：流量、流速、穩(wěn)定流動(dòng)2、掌握體積流量、質(zhì)量流量與流速的關(guān)系3、理解穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)的概念教學(xué)重點(diǎn)體積流量、質(zhì)量流量與流速的關(guān)系穩(wěn)定流動(dòng)的概念教學(xué)難點(diǎn)理解體積流量、質(zhì)量流量的概念Q、W、U的相關(guān)計(jì)算教學(xué)方法講授、練習(xí)相結(jié)合課前準(zhǔn)備常 規(guī)【復(fù)習(xí)提問(wèn)】 1、什么是靜力學(xué)方程式？靜止流體內(nèi)部壓力的變化規(guī)律是什么？2、靜力學(xué)方程在生產(chǎn)中的應(yīng)用有哪幾個(gè)方面？【課程導(dǎo)入】化工生產(chǎn)中許多單元操

2、作都是在流體流動(dòng)情況下進(jìn)行的，液體通過(guò)管路進(jìn)行流動(dòng)和輸送。為了更好地完成這些操作，必須對(duì)流體的流動(dòng)規(guī)律有所了解。研究流體流動(dòng)的科學(xué)，稱為流體動(dòng)力學(xué)?！颈敬握n的內(nèi)容】第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容：1、流體在什么情況下流動(dòng)？ 2、流體在流動(dòng)過(guò)程中有關(guān)物理量（如U、P）變化規(guī)律： 3、流體輸送過(guò)程中所需要的外加機(jī)械能。一、流量與流速1、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱為流量。 體積流量 流量 質(zhì)量流量 體積流量：定義： 符號(hào) Q 單位 m3/s質(zhì)量流量： 符號(hào)： W 單位：kg/s體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：2、流速流體質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)在流動(dòng)方向上所流過(guò)的距離，稱為流速。符號(hào) u 單

3、位m/s由于流體具有粘性，流體流經(jīng)管道任一截面上各點(diǎn)速度沿管徑而變化，在管中心處最大，隨管徑加大而變小，在管壁面上流速為零。工程計(jì)算中為方便起見(jiàn)，將取整個(gè)管截面上的平均流速單位流通面積上流體的體積流量，即 A-與流動(dòng)方向垂直的管道截面積，m2 于是W = Q = uA 質(zhì)量流速（質(zhì)量通量） 單位時(shí)間內(nèi)流體流過(guò)管道單位截面積的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流速或質(zhì)量通量，以G表示，其單位為kg/(m2·s)，其表達(dá)式為由于氣體的體積隨溫度和壓強(qiáng)而變化，在管截面積不變的情況下，氣體的流速也要發(fā)生變化，采用質(zhì)量流速為計(jì)算帶來(lái)方便。 例1-15用截面積為0.1 m2的管道來(lái)輸送相對(duì)密度為1.84的硫酸，要求

4、每小時(shí)輸送硫酸的重量為662.4t,求該管道中渡槽 的體積流量、流速和質(zhì)量流速。解： 已知= 1.84×103 kg/m3 P52 20、已知d = 0.1m W = 67082 t/h 求：Q、u、G解： 21、已知 = 1.8×103kg/m3 d = 0.06m u = 0.8m/s求：Q、W、G解： 小結(jié)：本次課的主要學(xué)習(xí)了體積流量、質(zhì)量流量、流速、穩(wěn)定流動(dòng)等概念；流速、流量的關(guān)系：W = Q = uA。作業(yè)：課后反思：本次課的難點(diǎn)是關(guān)于流速、流量的計(jì)算，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上多練習(xí)?；ぜ夹＝贪甘醉?yè)教案編號(hào)學(xué) 科化工過(guò)程及設(shè)備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>

5、;室審批簽字授課時(shí)間授課班級(jí)授課學(xué)時(shí)2課題名稱第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)三、穩(wěn)定流動(dòng)下的物料衡算 教學(xué)目的與要求1、了解流體流動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能形式2、理解連續(xù)性方程的推導(dǎo)過(guò)程及穩(wěn)定流動(dòng)的概念3、掌握流體在管內(nèi)流動(dòng)中的宏觀規(guī)律-守恒定律教學(xué)重點(diǎn)穩(wěn)定流動(dòng)的概念利用連續(xù)性方程進(jìn)行計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)連續(xù)性方程的推導(dǎo)過(guò)程運(yùn)用連續(xù)性方程進(jìn)行計(jì)算教學(xué)方法講授、提問(wèn)、練習(xí)相結(jié)合課前準(zhǔn)備常 規(guī)【復(fù)習(xí)提問(wèn)】1、概念：體積流量、質(zhì)量流量、流速2、質(zhì)量流量、體積流量與流速的關(guān)系是什么？【課程導(dǎo)入】化工生產(chǎn)多屬于連續(xù)生產(chǎn)，流體的流動(dòng)多數(shù)屬于穩(wěn)定流動(dòng)，那么，流體做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)遵循什么規(guī)律呢？【本次課內(nèi)容】二、穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)1、穩(wěn)定

6、流動(dòng)：流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任一截面處的有關(guān)參數(shù)（如流速、物性、壓強(qiáng)等）僅隨位置改變，不隨時(shí)間改變者。如圖（a）2、不穩(wěn)定流動(dòng)流體流動(dòng)有關(guān)物理量隨位置和時(shí)間均發(fā)生變化，如圖（b）所示流動(dòng)系統(tǒng)?；どa(chǎn)中，多屬于穩(wěn)定流動(dòng)。三、穩(wěn)定流動(dòng)下的物料衡算當(dāng)流體在截面大小不同的導(dǎo)管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，管中總是充滿流體，換名話說(shuō)，流體必定是連續(xù)流動(dòng)的。根據(jù)質(zhì)量守恒定理，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)管任一截面的流體質(zhì)量應(yīng)該相等。即W1 = W2 2W22 u2W11 u1211 -（1）若分支管路，則總管流量為保分支管流量之和。即W = W1 + W2 + + Wn -（2）式（1）和（2）均為連續(xù)性方程。當(dāng)流體為液體時(shí)，1

7、= 2 則（1）式變?yōu)椋捍耸奖砻?，在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流體的流速與導(dǎo)管的截面積成反比。對(duì)于圓形管道，A = 0.785d2 則 即流速與導(dǎo)管直徑的平方成反比。例1-16 設(shè)圖1-18所示的系統(tǒng)中輸送的是水。已知泵的吸入管道1的直徑為108×4mm，系統(tǒng)排出管道2的直徑為76×2.5mm。水在吸入管內(nèi)的流速為1.5m/s，求水在排出管中的流速解：練習(xí)：P5323、已知Q = 36m3/h d = 0.1m u1 = u2 = 1.5u d1 = 0.061m 求： u Q1、Q2 d2 解： u1 = u2 = 1.5×1.3 = 1.95m/s Q1 = 3600u1A

8、1 = 3600×1.95×0.785×0.0612 = 20.5 m3/s Q2 = Q Q1 = 36 20.5 = 15.5 m3/s 小結(jié)：本次課主要學(xué)習(xí)了穩(wěn)定流動(dòng)的概念、穩(wěn)定流動(dòng)下的物料衡算，并利用連續(xù)性方程進(jìn)行流體流動(dòng)的計(jì)算。作業(yè)：P78課后反思：引導(dǎo)學(xué)生理解連續(xù)性方程本質(zhì)是流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)遵循質(zhì)量守恒定律，也就是質(zhì)量流量是一個(gè)常數(shù)。化工技校教案首頁(yè)教案編號(hào)學(xué) 科化工過(guò)程及設(shè)備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>室審批簽字授課時(shí)間授課班級(jí)授課學(xué)時(shí)2課題名稱第二節(jié) 流體動(dòng)力學(xué)四、穩(wěn)定流動(dòng)下的能量衡算教學(xué)目的與要求1、了解流體流動(dòng)中的機(jī)械能形式2、理

9、解柏努利方程的推導(dǎo)過(guò)程3、掌握柏努利方程的內(nèi)容及討論教學(xué)重點(diǎn)柏努利方程的適用條件、理解流體流動(dòng)中的機(jī)械能形式教學(xué)難點(diǎn)柏努利方程的推導(dǎo)過(guò)程柏努利方程的理解教學(xué)方法講 授課前準(zhǔn)備常 規(guī)【復(fù)習(xí)提問(wèn)】1、什么叫穩(wěn)定流動(dòng)、不穩(wěn)定流動(dòng)？2、連續(xù)性方程的推導(dǎo)前提是什么？流體流動(dòng)過(guò)程中流速與截面積成什么比例？【課程導(dǎo)入】能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)和量度的一種形式，流體為什么能流動(dòng)呢？主要是靠能量之間的轉(zhuǎn)換。俗話說(shuō)“水往低處流”，水為什么能往低處流，而不能往高處流呢？那因?yàn)橐徊糠帜芰哭D(zhuǎn)換成動(dòng)能的緣故。為了研究液體的流動(dòng)，必須研究流體在流動(dòng)中各種能量及轉(zhuǎn)換關(guān)系?！颈敬握n的內(nèi)容】四、穩(wěn)定流動(dòng)下的能量衡算柏努利方程推導(dǎo)的思

10、路是：從解決流體流動(dòng)問(wèn)題的實(shí)際需要出發(fā)，采用逐步簡(jiǎn)化的方法：流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算（包括內(nèi)能和熱能）-流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算-不可壓縮流體定態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算。1、流體流動(dòng)時(shí)所具有的機(jī)械能形式（1）位能定義：流體在重力作用下，因質(zhì)量中心高于某一基準(zhǔn)面而具有的能量。位能 = mgz 單位 Nm （J）單位質(zhì)量液體具有的位能E位 = mgz/m = gz J/kg單位重量液體具有的位能-位壓頭 = mgz/mg = z m注 以壓頭表示能量大小時(shí)，應(yīng)表明是哪一種流體。（2）動(dòng)能動(dòng)能 = 單位 Nm （J）E動(dòng) = J/kg動(dòng)壓頭 = m（3）靜壓能定義：流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，受靜壓力的推動(dòng)使液體向前運(yùn)動(dòng)

11、所具有的能量，即靜壓力推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)所做的功。PASF = P·A 靜壓能 = Nm （J）E靜 = J/kg靜壓頭 = m2、外加壓頭 單位質(zhì)量流體從泵獲得的外加能量稱為外加功-W，單位為J/kg。 單位重量流體從泵獲得的加功稱為外加壓頭 - H 單位為m。3、能量損失 單位質(zhì)量流體損失的能量以E損表示，單位為J/kg。 單位重量流體損失的能量以h損表示，單位為m.4、流體在穩(wěn)定流動(dòng)下的能量衡算22Z2Z111由能量守恒定律，輸入能量 = 輸出能量子力學(xué) + 損失能量 - 柏努利方程式討論：H = 0 h損 = 0 則， - 理想流體柏努利方程導(dǎo)管的截面積改變時(shí)，能量是可以相互轉(zhuǎn)化的

12、，流體流動(dòng)就是靠它本身各種能量之間的轉(zhuǎn)化無(wú)外加壓頭時(shí)H自發(fā)流動(dòng)低壓頭處高壓頭處式中Z、，表示所取系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)截面之間位壓頭、動(dòng)壓頭及靜壓頭的差值。由此式可看出，系統(tǒng)中輸送機(jī)械的作用在于分別或同時(shí)提高流體的位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭，同時(shí)彌補(bǔ)輸送過(guò)程中的壓頭損失。流體靜止，即u1 = u2 = 0， 而且H = 0， h損 = 0，此時(shí)，柏努利方程變成由此可見(jiàn)，柏努利方程不僅說(shuō)明流體流動(dòng)的規(guī)律，也說(shuō)明了流體靜止的規(guī)律。必須說(shuō)明，柏努利方程只適用于液體。對(duì)于氣體，若P1/P2 2，此式也適用，但是，密度應(yīng)以平均密度來(lái)代替。小結(jié)：本次課主要內(nèi)容是對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)的流體進(jìn)行能量衡算，得出了柏努利方程，說(shuō)明了流體流

13、動(dòng)過(guò)程中各種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換。作業(yè)：練習(xí)冊(cè)P910課后反思：本次課中，對(duì)柏努力方程的推導(dǎo)不做要求，但是要求學(xué)生理解液體流動(dòng)過(guò)程中的三種機(jī)械能形式及外加能量和能量損失。柏努利方程推導(dǎo)的思路是：流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算（包括內(nèi)能和熱能）-流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算-不可壓縮流體定態(tài)流動(dòng)的機(jī)械能衡算?；ぜ夹＝贪甘醉?yè)教案編號(hào)學(xué) 科化工過(guò)程及設(shè)備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>室審批簽字授課時(shí)間授課班級(jí)授課學(xué)時(shí)2課題名稱五、柏努利方程的應(yīng)用舉例1、計(jì)算流速和流量 2、確定送料的氣體壓強(qiáng)教學(xué)目的與要求1、掌握利用柏努利方程的解題要點(diǎn)2、會(huì)聯(lián)合利用柏努利方程和連續(xù)性方程解決各種有關(guān)的問(wèn)題教學(xué)重點(diǎn)柏努利

14、方程和連續(xù)性方程的解題要點(diǎn)衡算范圍和基準(zhǔn)水平面的選取教學(xué)難點(diǎn)衡算范圍（下上游截面）和基準(zhǔn)水平面的選取兩截面上的各物理量的確定教學(xué)方法講授、練習(xí)相結(jié)合課前準(zhǔn)備常 規(guī)【復(fù)習(xí)提問(wèn)】1、連續(xù)性方程是什么？2、流體流動(dòng)過(guò)程中有哪些能量形式？它們遵循什么規(guī)律？表示其規(guī)律的方程式是什么？【課程導(dǎo)入】柏努利是研究流體流動(dòng)問(wèn)題中最重要的方程式，可以這樣說(shuō)：一切有關(guān)流體流動(dòng)的計(jì)算問(wèn)題，都需要通過(guò)柏努利方程式來(lái)解決。那么，怎樣利用柏努利方程來(lái)解決工程問(wèn)題呢？【本次課內(nèi)容】五、柏努利方程式應(yīng)用舉例柏努利方程式解題要點(diǎn) 正確理解題意，畫出示意圖，并指明流體的流動(dòng)方向；確定衡算范圍：定出上游為1-1面、下游為2-2面；兩

15、截面均應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直；在兩截面間的流體必須是連續(xù)的。所求的未知量應(yīng)在截面上或在兩截面之間，且截面上的Z、u、p等有關(guān)物理量，除所需求取的未知量外，都應(yīng)該是已知的或能通過(guò)其它關(guān)系計(jì)算出來(lái)。兩截面上的u、p、Z與兩截面間的hf都應(yīng)相互對(duì)應(yīng)一致?；鶞?zhǔn)水平面的選取 基準(zhǔn)水平面可以任意選取，但必須與地面平行。如衡量系統(tǒng)為水平管道，則基準(zhǔn)水平面通過(guò)管道的中心線，Z=0。兩截面上的壓強(qiáng) 兩截面的壓強(qiáng)除要求單位一致外，還要求基準(zhǔn)一致。單位必須一致 在用柏努利方程式解題前，應(yīng)把有關(guān)物理量換算成一致的單位，然后進(jìn)行計(jì)算。1、計(jì)算流體的流速和流量在生產(chǎn)過(guò)程中，利用設(shè)備位置的高度差，產(chǎn)生液體所需的流速式流量的例子

16、很多，如水塔、高位槽等：在高差一定的情況下，可以計(jì)算流體的流量和流速；反過(guò)來(lái)，在保證一定流量的基礎(chǔ)上，求得設(shè)備的高度差。211Z2例1-17如圖高位槽水面距出水管的垂直距離保持6m不變，水管系采用內(nèi)徑直68mm的鋼管，設(shè)總的壓頭損失為5.7m水柱，試求：每小時(shí)可輸送的水量。解：解題思路：該題是計(jì)算柏努利方程中的位能項(xiàng)（兩截面間的位差）。解題的要點(diǎn)是根據(jù)題給條件對(duì)柏努利方程作合理簡(jiǎn)化。如圖1-1面，2-2面基準(zhǔn)水平面：2-2面處的水平面 1-1面 2-2面Z1 = 6m Z2 = 0P1 = 0 P2 = 0 (表)U1 = 0 U2 = ？H = 0 hf = 5.7m（水）代入方程，解得：u

17、2 = 2.43m/s則：2、確定送料的壓縮氣體的壓強(qiáng)例1-18 某車間利用壓縮空氣壓送98%的硫酸，每批壓送量0.3m3，要求10分鐘內(nèi)送完。已知硫酸溫度293K，采用內(nèi)徑為32mm的無(wú)縫管，總的壓頭損失為0.8m硫酸柱，試求壓縮空氣的壓強(qiáng)。（高位槽通大氣）解題思路：該題是計(jì)算柏努利方程中的靜壓能項(xiàng)。解題的要點(diǎn)是根據(jù)題給條件對(duì)柏努利方程作合理簡(jiǎn)化。解：2211壓縮空氣如圖所示1-1面、2-2面基準(zhǔn)水平面：1-1面處的水平面1-1面 2-2面Z1 = 0 Z2 = 15mu1=0 p1 = ？ p2 = 0 （表）H = 0 h損 = 0.8m（硫酸）代入 整理得：注：這兩個(gè)例題的解題過(guò)程可以看出，壓強(qiáng)有時(shí)用表壓表示時(shí)更方便。3、求泵的外加能量221120m1.5m例1-19 如圖哦CO2水洗塔，水塔內(nèi)絕壓為210kPa，貯槽水面絕壓為100kPa，塔內(nèi)水管入口處高于貯槽水面18.5m，管道內(nèi)徑為52mm，送水量為15m3/h，塔內(nèi)水管出口水的絕壓為225kPa