PPT環(huán)境工程原理課件(圖文解析)8

環(huán)境工程原理理目錄錄第一章流體流動第二章流體輸送機械械第三章沉降與過濾第四章吸收第五章吸附第六章液-液萃取第七章膜分離技術(shù)第八章其他傳質(zhì)分離離方法第一章流體流動學(xué)習(xí)目標(biāo)了解流體流動動在工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)及環(huán)境治理理中的應(yīng)用，牛頓粘性定律律，流體阻力力及其產(chǎn)生的的原因；流體體在圓管內(nèi)流流動時的速度度分布，流動動邊界層概念念；管路的構(gòu)構(gòu)成及分類。。理解雷諾實驗驗；穩(wěn)定流動動與不穩(wěn)定流流動的基本概概念；影響摩摩擦系數(shù)的因因素。掌握流體的密密度、粘度的的定義、影響響因素和求取取方法；壓力力的表示方法法及單位換算算；靜力學(xué)基基本方程、連連續(xù)性方程、、柏努利方程程及其應(yīng)用；；流體的流動動型態(tài)及判定定方法；管道道內(nèi)流體的流流動阻力及計計算；能熟練練應(yīng)用柏努利利方程解決工工程實際問題題，樹立工程程觀念。流體具有流動動性。在工業(yè)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境境治過程中所所處理的物料料，大多為流流體。本章主要討論論流體流動的的基本原理及及流體在管內(nèi)內(nèi)的流動規(guī)律律，并應(yīng)用這這些原理和規(guī)規(guī)律解決流體體輸送過程中中的一些問題題，具體有以以下幾個方面面。(1)流體的輸送(2)壓強的測量(3)為強化設(shè)備提提供適宜的操操作條件第一節(jié)流體的基本物物理量一、流體的密度度單位體積流體體所具有的質(zhì)質(zhì)量稱為流體體的密度：單位質(zhì)量流體體所具有的體體積，稱為流流體的比容：某液體的密度ρ與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓下4℃（277K）時純水密度ρ水的比值，稱為為相對密度：kg/m3m3/kg對于液體混合合物:對于氣體:由理想氣體狀狀態(tài)方程式對于氣體混合物:Mm——平均摩爾質(zhì)量量可得密密度計計算式式為φ1、φ2、φi、φn——混混合物物中各各組分分的體體積分分?jǐn)?shù)二、流流體的的壓強強1.壓強的的定義義在流體體內(nèi)部部由于于流體體本身身的重重力而而產(chǎn)生生的垂垂直作作用在在單位位面積積上的的力稱稱為流流體的的靜壓壓強，，簡稱稱壓強強或壓壓力。。流體壓壓力的兩個特特征：：①垂直作作用于于器壁壁②在同一一流體體的相相同水水平面面上各各方向的的壓強強相同同pppppp壓力單單位之之間的的換算算1atm=1.033kgf/cm2=1.013×105N/m2=760mmHg=10.33mH2O1at=1kgf/cm2=9.807×104N/m2=735.6mmHg=10mH2O2.壓力的的表示示方法法⑴絕壓----以絕對對真空空為基基準(zhǔn)測測得的的壓力力⑵表壓----以大氣氣壓力力為基基準(zhǔn)測測得的的壓力力表壓力力=絕對壓壓力-大氣壓壓力真空度度=大氣壓壓力-絕對壓壓力絕壓/表壓/真空度度的關(guān)關(guān)系PA,絕PA（表）大氣壓線P大氣壓P（真空度）PB,絕絕對零壓線壓力表表真空表表三、流流體的的流量量與流流速1.流量---單位時時間內(nèi)內(nèi)流經(jīng)經(jīng)管道道任一一截面面的流流體量量。體積流流量和和質(zhì)量量流量量的關(guān)關(guān)系:2.流速---單位時時間內(nèi)內(nèi)流體體在流流動方方向上上所流流過的的距離離。A—管道的的截面面積，，m2；對于圓圓形管管路:四、流流體的的粘度度1．牛頓頓粘性性定律律粘性---是流體體的固固有屬屬性，，是產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)摩擦擦力的的原因因。粘度---衡量流流體粘粘性大大小的的物理理量。。牛頓粘粘性定定律---流體層層間的的剪應(yīng)應(yīng)力與與速度度梯度度成正正比。。稱為粘粘度，，流體體的粘粘性越越大，，值越大。2．粘度度的單位位在SI制中，，粘度度的單單位是是Pa·s，在工工程上上或文文獻中中常用用泊（（P）或厘厘泊（（cP）表示示。1Pa·s=10P=1000cP運動粘粘度:在SI制中，，運動動粘度度的單單位為為m2/s第二節(jié)流體靜力學(xué)學(xué)流體靜靜力學(xué)學(xué)是研研究靜靜止流流體在在重力力場中中受重重力和和壓力力作用用下的的平衡衡規(guī)律律。一、流流體靜靜力學(xué)學(xué)基本本方程程式1．靜力力學(xué)基基本方方程式式的導(dǎo)導(dǎo)出在垂直直方向向上作作用于于液柱柱上的的力有有：⑴作用用于上上端面面的力力F1，方向向向下下；⑵作用用于下下端面面的力力F2，方向向向上上；⑶液柱柱所受受的重重力W，方向向向下下。取向上上的作作用力力為正正值，，則F1=－p1dAF2=p2dAW=-ρgdA(z1－z2)液柱處處于靜靜止?fàn)顮顟B(tài)時時，在在垂直直方向向各力力的代代數(shù)和和應(yīng)為為零，即p2dA－p1dA－ρgdA(z1－z2)=0整理可可得p2=p1+ρg(z1－z2)上式可可整理理為p=p0+ρgh2．靜力力學(xué)基基本方方程式式的討討論⑴在靜靜止的的、連連通的的同一一液體體內(nèi)部部，處處于同同一水水平面面上各各點壓壓力都都相等等。⑵液面面上方方的壓壓力po變化時時，液液體內(nèi)內(nèi)部各各點的的壓力力p也發(fā)生生相應(yīng)應(yīng)的變變化。。⑶靜力學(xué)學(xué)基本本方程程式可改寫寫為上式說明明壓力力差的的大小小可以以用一一定高高度的的液體體柱來來表示示二、流流體靜靜力學(xué)學(xué)基本本方程程式的的應(yīng)用用（一））壓力力的測測量運用流流體靜靜力學(xué)學(xué)基本本原理理測定定流體體的壓壓力差差或表表壓力力的儀儀器統(tǒng)統(tǒng)稱為為液柱柱壓差差計。。常見見的有有正U形管壓壓差計計、倒倒U形管壓壓差計計、雙雙液柱柱微差差計和和斜管管壓差差計等等。正U形管壓壓差計計測量表表壓測量真真空度度1．正U形管壓壓差計計因為pa=pb所以=2.倒U形管壓壓差計計當(dāng)被測測流體體為液液體時時，也也可選選用比比被測液液體密密度小小的流流體作作指示示劑，，采用用倒U形管壓壓差計計進行行測量量。當(dāng)p1>p2時當(dāng)指示示劑A選用氣氣體時時p1－p2≈ρBgR倒U形管壓壓差計計3.雙液柱柱微差差計及斜管壓壓差計計雙液柱柱微差差計斜管壓壓差計計（二）液液位的的測量量以流體體靜力力學(xué)基基本方方程式式為依依據(jù)進進行液液位的的計算算，以了解解各各種種貯貯槽槽或或計計量量槽槽等等容容器器內(nèi)內(nèi)的的物物料料貯貯存存量量，，控控制制設(shè)設(shè)備備內(nèi)內(nèi)的的液液位位。。液位位的的測測量量遠距距離離測測量量液液位位遠距距離離測測量量液液位位pa=pbρgh=ρBgR（三三））液液封封高高度度的的計計算算安全全水水封封切斷斷水水封封溢流流水水封封第三三節(jié)節(jié)穩(wěn)定定流流動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的能能量量衡衡算算一、、穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動與與不不穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動穩(wěn)定定流流動動---流動動參參數(shù)數(shù)只只與與空空間間位位置置有有關(guān)關(guān)而而與與時時間間無無關(guān)關(guān)的的流動動。。不穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動---流動動參參數(shù)數(shù)既既與與空空間間位位置置有有關(guān)關(guān)又又與與時時間間有有關(guān)關(guān)的流流動動。。穩(wěn)定定流流動動與與不不穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動二、、穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的物物料料衡衡算算————連連續(xù)續(xù)性性方方程程對于于穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)流流動動系系統(tǒng)統(tǒng)，，在在管管路路中中流流體體沒沒有有增增加加和和漏漏失失的的情情況況下下：：推廣廣至至任任意意截截面面———連續(xù)續(xù)性性方方程程式式1122三、、流流動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的能能量量在任任一一流流動動系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，總總能能量量包包括括，，流流體體本本身身所所具具有有的的能能量量及及系系統(tǒng)統(tǒng)與與外外部部交交換換的的能能量量。。（一一））流流體體本本身身所所具具有有的的能能量量(單位位質(zhì)質(zhì)量量)1．內(nèi)內(nèi)能能---用U表示示J/kg2．位位能能---位能能=gzJ/kg3．動動能能---J/kg4．靜靜壓壓能能---靜壓壓能能=J/kg動能能=流體體的的管管路路輸輸送送系系統(tǒng)統(tǒng)（二二））系系統(tǒng)統(tǒng)與與外外界界交交換換的的能能量量1．功功---流體體輸輸送送設(shè)設(shè)備備對對系系統(tǒng)統(tǒng)作作功功，，即即將將外外部部的的能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為流流體體的的機機械械能能用We表示示J/kg2．熱熱---流體體通通過過換換熱熱器器將將要要吸吸收收或或放放出出熱熱量量J/kg3．損損失失能能量量---流體體在在流流動動過過程程中中克克服服各各種種阻阻力力，，使使部部分分能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為熱熱能能而而無無法法繼繼續(xù)續(xù)利利用用。。用Σhf表示示，，J/kg由于于在在流流體體流流動動過過程程中中，，內(nèi)內(nèi)能能和和熱熱能能從從工工程程上上講講是是可可以以忽忽略略的的，，因因此此只只討討論論機機械械能能的的守守恒恒及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換。。四、、穩(wěn)穩(wěn)定定系系統(tǒng)統(tǒng)的的能能量量衡衡算算式式————柏柏努努利利方方程程（一一））柏柏努努利利方方程程的的導(dǎo)導(dǎo)出出根據(jù)據(jù)能能量量守守恒恒定定律律輸入入系系統(tǒng)統(tǒng)的能量量=輸出出系系統(tǒng)統(tǒng)的能量量+系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)的能量量積積累累對于于穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動系系統(tǒng)統(tǒng)，，系系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)的的能能量量積積累累為為零零可得得Pe為有有效效功功率率，，單單位位為為W或J/s。即即Pe=Weqm（二二））柏柏努努利利方方程程的的討討論論1．理理想想流流體體的的柏柏努努利利方方程程理想想流流體體的的特征---流體的能能量損失失Σhf=0無外功加加入時（（即We=0）則---理想流體體的柏努努利方程程上式說明明:①理想流體體的機械械能守恒。②各種形式式的機械械能可以以相互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。2.靜止流體體的柏努努利方程程流體靜止止時，則u1=u2=0,Σhf=0，若We=0則整理可得得上式即為為流體靜靜力學(xué)方方程式。。由此可可見，柏柏努利方方程式除除了表示示流體的的流動規(guī)規(guī)律外，，還表示示了流體體靜止?fàn)顮顟B(tài)的規(guī)規(guī)律，而而靜止流流體是流流體流動動的一種種特殊形形式。3．可壓縮縮流體的柏努利利方程若流動系系統(tǒng)兩截截面間的的絕對壓壓力變化化較小時時（常規(guī)規(guī)定為%），仍可可用柏努利方方程式進行計計算，但但流體密密度ρ應(yīng)以兩截截面間流流體的平平均密度度ρm來代替。。4．以單位位重量（（1N）流體為為計算基基準(zhǔn)的柏柏努利方方程令則五、柏努努利方程程的應(yīng)用用（一）解解題要點點1.作圖與確確定衡算算范圍2.截面的選選取3.基準(zhǔn)水平平面的選選取4.單位必須須統(tǒng)一（二）應(yīng)應(yīng)用1.確定管道道中流體體的流量量2．確定設(shè)設(shè)備的相相對位置置3．確定輸輸送設(shè)備備的有效效功率4．確定管管路中流流體的壓壓力第四節(jié)流體在管管內(nèi)流動動時的摩摩擦阻力力一、流動動阻力產(chǎn)產(chǎn)生的原原因———內(nèi)摩擦擦內(nèi)摩擦力力是由于于流體的的粘性而而產(chǎn)生的的，這種種內(nèi)摩擦擦力總是是起著阻阻止流體體層間發(fā)發(fā)生相對對運動的的作用。。粘性是是流體流流動時阻阻力產(chǎn)生生的根本本原因。。①粘度作為為表征粘粘性大小小的物理理量，其其值越大大，說明明在同樣樣流動條條件下，，流體阻阻力就會會越大。。②決定流動動阻力大大小的因因素除了了粘性和和流動的的邊界條條件外，，還取決決于流體體的流動動狀況，，即流體體的流動動型態(tài)。。二、流體體的流動動類型（一）流流動類型型的劃分分1．雷諾實實驗2．兩種流流動類型型（1）層流（又又稱滯流流）流體質(zhì)點點沿管子子的軸線線方向作作直線運運動，不不具有徑徑向速度，即即與周圍圍的流體體間無宏宏觀的碰碰撞和混混合。（2）湍流（又又稱紊流流）在這類流流動狀態(tài)態(tài)下，流流體不再再是分層層流動的的，流體體內(nèi)部充充滿了大大小不一一的、在在不斷運運動變化化著的旋旋渦，流流體質(zhì)點點除沿軸軸線方向向作主體體流動外外，還在在各個方方向有劇劇烈的碰碰撞，即即存在徑徑向的運運動。（二）流流體流動動型態(tài)的的判定1．雷諾準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)Re流體的流流動型態(tài)態(tài)主要與與流體的的密度ρ、粘度μ、流速u和管內(nèi)徑徑d等四個因因素有關(guān)關(guān)，并可可以用這這四個物物理量組組成一個個數(shù)群，，稱為雷雷諾準(zhǔn)數(shù)數(shù)，用來來判定流流動型態(tài)態(tài)。雷諾準(zhǔn)數(shù)數(shù)無量綱綱，稱為為特征數(shù)數(shù)。2.流動型態(tài)態(tài)的判斷斷Re<2000時，流體體的流動動型態(tài)總總是層流流；Re>4000時，流動動為穩(wěn)定定的湍流流；Re=2000～4000時，為過過渡狀態(tài)態(tài)。在一般工工程計算算中，Re>2000可作湍流流處理。。另外，，就湍流流而言，，Re越大，流流體湍動動程度越越劇烈，，流體中中的旋渦渦和流體體質(zhì)點的的隨機運運動就越越劇烈。。三、圓管管中的速速度分布布與流動動邊界層層概念（一）圓圓管中的的速度分分布1.流體在圓圓管中作作層流時時的速度度分布⒉流體在圓圓管中作作湍流時時的速度度分布層流時圓圓管內(nèi)的的速度分分布平均流速速um的表達式式為湍流時圓圓管內(nèi)的的速度分分布湍流時管管內(nèi)流體體的平均均速度為為um≈0.82umax（二）流流動邊界界層的概概念⑴板面附近近流速變變化較大大的區(qū)域域，稱為為流動邊邊界層，，流體阻阻力集中中在此區(qū)區(qū)域內(nèi)；；⑵邊界層層以外流流體流速速基本不不變的區(qū)區(qū)域稱為為主流區(qū)區(qū)，此區(qū)區(qū)內(nèi)的速速度梯度度為零。。平板上邊邊界層的的形成第五節(jié)管路路管路是化化工、石石油、環(huán)環(huán)保等許許多行業(yè)業(yè)生產(chǎn)中中所涉及及的各種種管路形形式的總總稱。一、管路路的分類類簡單管路路---無分支的的管路復(fù)雜管路路---有分支的的管路二、管路路的基本本構(gòu)成1.管子管子是管管路的主主體，通通常按制制造管子子所使用用的材料料來進行行分類。。生產(chǎn)上上使用的的管子按按管材不不同可分分為金屬屬管、非非金屬管管和復(fù)合合管，其其中以金金屬管占占絕大部部分。管子的規(guī)規(guī)格通常常用“φ外徑×壁壁厚”來來表示管路｛｛樹狀網(wǎng)環(huán)狀網(wǎng)金屬管｛鋼管有縫鋼管管鑄鐵管有色金屬屬管｛無縫鋼管管｛銅管鉛管鋁管非金屬管管｛陶瓷管塑料管水泥管玻璃管管子的分分類:2.常用管件件管件是用用來連接接管子、、改變管管路方向向或直徑徑、接出出支路和和封閉管管路的管管路附件件的總稱稱。普通鑄鐵鐵管件2022/10/25433.閥門閥門是用用來開啟啟、關(guān)閉閉和調(diào)節(jié)節(jié)流量及及控制安安全的機機械置。三、管路路的布置置與安裝裝1.管路的布布置原則則①管路盡盡可能短短，管件件和閥門門應(yīng)盡可可能少；②管路與與墻壁、、柱子或或其它管管路之間間應(yīng)有適適當(dāng)?shù)木嗑嚯x；③管路路排列時時，要考慮冷熱；有無腐蝕蝕；輸氣、輸液；是否否經(jīng)常檢修修；高壓壓、低壓壓；是否保溫；金金屬、非金屬等諸多因因素;④管子、管管件與閥閥門應(yīng)盡盡量采用用標(biāo)準(zhǔn)件件；⑤對于溫度度變化較較大的管管路須采采取熱補補償措施施，安排排凝液排排出裝置置，設(shè)置置氣體排排放裝置置；⑥管路通通過人人行道道時高高度不不得低低于2m，通過過公路路時不不得小小于4.5m，與鐵鐵軌的的凈距距離不不得小小于6m，通過過工廠廠主要要交通通干線線一般般為5m。⑦管路一般采用明明線安安裝，，但上上下水水管及及廢水水管采采用埋埋地鋪鋪設(shè)，，埋地地安裝裝深度度應(yīng)當(dāng)當(dāng)在當(dāng)當(dāng)?shù)乇鶅鼍€線以下下。2.管路的的安裝裝原則則①管路的的連接接包括:管子與與管子子、管管子與與管件件、管管子與與閥件件、管管子與與設(shè)備備之間間連接接的方方式主主要有有四種種，即即螺紋紋連接接、法法蘭連連接、、承插插式連連接及及焊接接等。。②管路的的熱補補償。包括：彎管的的自然然補償償、補償器器補償償。③管路的的保溫溫與涂涂色。④管路的的防靜靜電措措施。第六節(jié)節(jié)流體在在管內(nèi)內(nèi)流動動時的的能量量損失失總能量量損失失(總阻力力損失失)Σhf項是管管路系系統(tǒng)的的通過過直管管和各各個局局部障障礙處處的阻阻力損損失這這兩大大部分分的總總和。。一、流流體在在直管管中的的流動動阻力力流體在在管徑徑不變變的管管路中中流動動時造造成的的能量量損失失，稱稱為直直管阻阻力，，也叫叫沿程程阻力力。光滑管管：玻玻璃管管、銅銅管、、鉛管管及塑塑料管管等；；粗糙管管：鋼鋼管、、鑄鐵鐵管等等。絕對粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相對粗糙度：絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值。

2.層流時摩擦系數(shù)流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與

無關(guān)，只與Re有關(guān)。二、摩摩擦系系數(shù)1.管壁粗粗糙度度3.湍流時時摩擦擦系數(shù)數(shù)湍流時時流體體質(zhì)點點運動動情況況比較較復(fù)雜雜，通通過實實驗測測定，，獲得得經(jīng)驗驗的計計算式式。該公式式適用用于光光滑管管，適適用范范圍為為Re=5×103～1×105。為了計計算方方便，，可以以根據(jù)據(jù)莫狄狄（Moody）圖--摩擦系系數(shù)λ值對應(yīng)Re與ε/d的關(guān)系系曲線線查得得λ值。