化工技校教案首頁

1、化工技校教案首頁教案編號學 科化工過程及設備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>室審批簽字授課時間授課班級授課學時2課題名稱第二節(jié) 流體動力學一、流量與流速 二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動教學目的與要求1、掌握概念：流量、流速、穩(wěn)定流動2、掌握體積流量、質量流量與流速的關系3、理解穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動的概念教學重點體積流量、質量流量與流速的關系穩(wěn)定流動的概念教學難點理解體積流量、質量流量的概念Q、W、U的相關計算教學方法講授、練習相結合課前準備常 規(guī)【復習提問】 1、什么是靜力學方程式？靜止流體內部壓力的變化規(guī)律是什么？2、靜力學方程在生產中的應用有哪幾個方面？【課程導入】化工生產中許多單元操

2、作都是在流體流動情況下進行的，液體通過管路進行流動和輸送。為了更好地完成這些操作，必須對流體的流動規(guī)律有所了解。研究流體流動的科學，稱為流體動力學。【本次課的內容】第二節(jié) 流體動力學流體動力學的內容：1、流體在什么情況下流動？ 2、流體在流動過程中有關物理量（如U、P）變化規(guī)律： 3、流體輸送過程中所需要的外加機械能。一、流量與流速1、流量：單位時間內流過管道任一截面的流體量，稱為流量。 體積流量 流量 質量流量 體積流量：定義： 符號 Q 單位 m3/s質量流量： 符號： W 單位：kg/s體積流量與質量流量的關系為：2、流速流體質點單位時間內在流動方向上所流過的距離，稱為流速。符號 u 單

3、位m/s由于流體具有粘性，流體流經管道任一截面上各點速度沿管徑而變化，在管中心處最大，隨管徑加大而變小，在管壁面上流速為零。工程計算中為方便起見，將取整個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-與流動方向垂直的管道截面積，m2 于是W = Q = uA 質量流速（質量通量） 單位時間內流體流過管道單位截面積的質量，稱為質量流速或質量通量，以G表示，其單位為kg/(m2·s)，其表達式為由于氣體的體積隨溫度和壓強而變化，在管截面積不變的情況下，氣體的流速也要發(fā)生變化，采用質量流速為計算帶來方便。 例1-15用截面積為0.1 m2的管道來輸送相對密度為1.84的硫酸，要求

4、每小時輸送硫酸的重量為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：本次課的主要學習了體積流量、質量流量、流速、穩(wěn)定流動等概念；流速、流量的關系：W = Q = uA。作業(yè)：課后反思：本次課的難點是關于流速、流量的計算，讓學生在理解的基礎上多練習?；ぜ夹＝贪甘醉摻贪妇幪枌W 科化工過程及設備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>

5、;室審批簽字授課時間授課班級授課學時2課題名稱第二節(jié) 流體動力學三、穩(wěn)定流動下的物料衡算 教學目的與要求1、了解流體流動過程中的機械能形式2、理解連續(xù)性方程的推導過程及穩(wěn)定流動的概念3、掌握流體在管內流動中的宏觀規(guī)律-守恒定律教學重點穩(wěn)定流動的概念利用連續(xù)性方程進行計算教學難點連續(xù)性方程的推導過程運用連續(xù)性方程進行計算教學方法講授、提問、練習相結合課前準備常 規(guī)【復習提問】1、概念：體積流量、質量流量、流速2、質量流量、體積流量與流速的關系是什么？【課程導入】化工生產多屬于連續(xù)生產，流體的流動多數(shù)屬于穩(wěn)定流動，那么，流體做穩(wěn)定流動時遵循什么規(guī)律呢？【本次課內容】二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動1、穩(wěn)定

6、流動：流體在管道內流動時，任一截面處的有關參數(shù)（如流速、物性、壓強等）僅隨位置改變，不隨時間改變者。如圖（a）2、不穩(wěn)定流動流體流動有關物理量隨位置和時間均發(fā)生變化，如圖（b）所示流動系統(tǒng)?；どa中，多屬于穩(wěn)定流動。三、穩(wěn)定流動下的物料衡算當流體在截面大小不同的導管內作穩(wěn)定流動時，管中總是充滿流體，換名話說，流體必定是連續(xù)流動的。根據(jù)質量守恒定理，單位時間內通過導管任一截面的流體質量應該相等。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。當流體為液體時，1

7、= 2 則（1）式變?yōu)椋捍耸奖砻?，在穩(wěn)定流動時，流體的流速與導管的截面積成反比。對于圓形管道，A = 0.785d2 則 即流速與導管直徑的平方成反比。例1-16 設圖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。水在吸入管內的流速為1.5m/s，求水在排出管中的流速解：練習：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：本次課主要學習了穩(wěn)定流動的概念、穩(wěn)定流動下的物料衡算，并利用連續(xù)性方程進行流體流動的計算。作業(yè)：P78課后反思：引導學生理解連續(xù)性方程本質是流體作穩(wěn)定流動時遵循質量守恒定律，也就是質量流量是一個常數(shù)?；ぜ夹＝贪甘醉摻贪妇幪枌W 科化工過程及設備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>室審批簽字授課時間授課班級授課學時2課題名稱第二節(jié) 流體動力學四、穩(wěn)定流動下的能量衡算教學目的與要求1、了解流體流動中的機械能形式2、理

9、解柏努利方程的推導過程3、掌握柏努利方程的內容及討論教學重點柏努利方程的適用條件、理解流體流動中的機械能形式教學難點柏努利方程的推導過程柏努利方程的理解教學方法講 授課前準備常 規(guī)【復習提問】1、什么叫穩(wěn)定流動、不穩(wěn)定流動？2、連續(xù)性方程的推導前提是什么？流體流動過程中流速與截面積成什么比例？【課程導入】能量是物質運動的表現(xiàn)和量度的一種形式，流體為什么能流動呢？主要是靠能量之間的轉換。俗話說“水往低處流”，水為什么能往低處流，而不能往高處流呢？那因為一部分能量轉換成動能的緣故。為了研究液體的流動，必須研究流體在流動中各種能量及轉換關系?！颈敬握n的內容】四、穩(wěn)定流動下的能量衡算柏努利方程推導的思

10、路是：從解決流體流動問題的實際需要出發(fā)，采用逐步簡化的方法：流動系統(tǒng)的總能量衡算（包括內能和熱能）-流動系統(tǒng)的機械能衡算-不可壓縮流體定態(tài)流動的機械能衡算。1、流體流動時所具有的機械能形式（1）位能定義：流體在重力作用下，因質量中心高于某一基準面而具有的能量。位能 = mgz 單位 Nm （J）單位質量液體具有的位能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，應表明是哪一種流體。（2）動能動能 = 單位 Nm （J）E動 = J/kg動壓頭 = m（3）靜壓能定義：流體在管道內流動時，受靜壓力的推動使液體向前運動

11、所具有的能量，即靜壓力推動流體運動所做的功。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 + 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管的截面積改變時，能量是可以相互轉化的

12、，流體流動就是靠它本身各種能量之間的轉化無外加壓頭時H自發(fā)流動低壓頭處高壓頭處式中Z、，表示所取系統(tǒng)內兩個截面之間位壓頭、動壓頭及靜壓頭的差值。由此式可看出，系統(tǒng)中輸送機械的作用在于分別或同時提高流體的位壓頭、動壓頭和靜壓頭，同時彌補輸送過程中的壓頭損失。流體靜止，即u1 = u2 = 0， 而且H = 0， h損 = 0，此時，柏努利方程變成由此可見，柏努利方程不僅說明流體流動的規(guī)律，也說明了流體靜止的規(guī)律。必須說明，柏努利方程只適用于液體。對于氣體，若P1/P2 2，此式也適用，但是，密度應以平均密度來代替。小結：本次課主要內容是對穩(wěn)定流動的流體進行能量衡算，得出了柏努利方程，說明了流體流

13、動過程中各種能量形式可以相互轉換。作業(yè)：練習冊P910課后反思：本次課中，對柏努力方程的推導不做要求，但是要求學生理解液體流動過程中的三種機械能形式及外加能量和能量損失。柏努利方程推導的思路是：流動系統(tǒng)的總能量衡算（包括內能和熱能）-流動系統(tǒng)的機械能衡算-不可壓縮流體定態(tài)流動的機械能衡算?；ぜ夹＝贪甘醉摻贪妇幪枌W 科化工過程及設備授課教師成 芬教研室專業(yè)<1>室審批簽字授課時間授課班級授課學時2課題名稱五、柏努利方程的應用舉例1、計算流速和流量 2、確定送料的氣體壓強教學目的與要求1、掌握利用柏努利方程的解題要點2、會聯(lián)合利用柏努利方程和連續(xù)性方程解決各種有關的問題教學重點柏努利

14、方程和連續(xù)性方程的解題要點衡算范圍和基準水平面的選取教學難點衡算范圍（下上游截面）和基準水平面的選取兩截面上的各物理量的確定教學方法講授、練習相結合課前準備常 規(guī)【復習提問】1、連續(xù)性方程是什么？2、流體流動過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？【課程導入】柏努利是研究流體流動問題中最重要的方程式，可以這樣說：一切有關流體流動的計算問題，都需要通過柏努利方程式來解決。那么，怎樣利用柏努利方程來解決工程問題呢？【本次課內容】五、柏努利方程式應用舉例柏努利方程式解題要點 正確理解題意，畫出示意圖，并指明流體的流動方向；確定衡算范圍：定出上游為1-1面、下游為2-2面；兩

15、截面均應與流動方向相垂直；在兩截面間的流體必須是連續(xù)的。所求的未知量應在截面上或在兩截面之間，且截面上的Z、u、p等有關物理量，除所需求取的未知量外，都應該是已知的或能通過其它關系計算出來。兩截面上的u、p、Z與兩截面間的hf都應相互對應一致。基準水平面的選取 基準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，則基準水平面通過管道的中心線，Z=0。兩截面上的壓強 兩截面的壓強除要求單位一致外，還要求基準一致。單位必須一致 在用柏努利方程式解題前，應把有關物理量換算成一致的單位，然后進行計算。1、計算流體的流速和流量在生產過程中，利用設備位置的高度差，產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，可以計算流體的流量和流速；反過來，在保證一定流量的基礎上，求得設備的高度差。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，水管系采用內徑直68mm的鋼管，設總的壓頭損失為5.7m水柱，試求：每小時可輸送的水量。解：解題思路：該題是計算柏努利方程中的位能項（兩截面間的位差）。解題的要點是根據(jù)題給條件對柏努利方程作合理簡化。如圖1-1面，2-2面基準水平面：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分鐘內送完。已知硫酸溫度293K，采用內徑為32mm的無縫管，總的壓頭損失為0.8m硫酸柱，試求壓縮空氣的壓強。（高位槽通大氣）解題思路：該題是計算柏努利方程中的靜壓能項。解題的要點是根據(jù)題給條件對柏努利方程作合理簡化。解：2211壓縮空氣如圖所示1-1面、2-2面基準水平面：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：這兩個例題的解題過程可以看出，壓強有時用表壓表示時更方便。3、求泵的外加能量221120m1.5m例1-19 如圖哦CO2水洗塔，水塔內絕壓為210kPa，貯槽水面絕壓為100kPa，塔內水管入口處高于貯槽水面18.5m，管道內徑為52mm，送水量為15m3/h，塔內水管出口水的絕壓為225kPa