通風(fēng)除塵與物料輸送培訓(xùn)課件

通風(fēng)除塵與物料輸送高等職業(yè)教育糧油工程技術(shù)專業(yè)課程主講教師：陳革沈陽師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律

工程流體力學(xué)以流體為對象，主要研究流體機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律，并把這些規(guī)律應(yīng)用到有關(guān)實(shí)際工程中去。涉及流體的工程技術(shù)很多，如水力電力，船舶航運(yùn)，流體輸送，糧食通風(fēng)除塵與氣力輸送等。通風(fēng)除塵與氣力輸送屬于流體輸送，它是以空氣作為工作介質(zhì)，通過空氣的流動將粉塵或粒狀物料輸送到指定地點(diǎn)。由于通風(fēng)除塵與氣力輸送是借助空氣的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，因此，掌握必要的工程流體力學(xué)基本知識，是我們研究通風(fēng)除塵與氣力輸送原理和設(shè)計(jì)、計(jì)算通風(fēng)除塵與氣力輸送系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本章中心內(nèi)容是敘述工程流體力學(xué)基本知識，主要是空氣的物理性質(zhì)及運(yùn)動規(guī)律。第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)流體力學(xué)主要研究流體的宏觀運(yùn)動規(guī)律它把流體分成許多許多的分子集團(tuán)，它們之間沒有間隙，成為連續(xù)體。㈠、流體通風(fēng)除塵與氣力輸送涉及的流體主要是空氣。

流體是液體和氣體的統(tǒng)稱，由液體分子和氣體分子組成，分子之間有一定距離。第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動被看作是全部分子運(yùn)動的平均效果，忽略單個分子的個別性，按連續(xù)質(zhì)點(diǎn)的概念所得出的結(jié)論與試驗(yàn)結(jié)果是很符合的。我們在通風(fēng)除塵與氣力輸送中所接觸到的流體均可視為連續(xù)體。連續(xù)性的假設(shè)，首先意味著流體在宏觀上質(zhì)點(diǎn)是連續(xù)的，其次還意味著質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動過程也是連續(xù)的㈠、流體第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)流體單位體積所具有流體徹底質(zhì)量稱為密度，用符號ρ表示。在均質(zhì)流體內(nèi)引用平均密度的概念，用符號ρ表示：㈡密度對于非均質(zhì)流體，則必需用點(diǎn)密度來描述。指當(dāng)ΔV→0值的極限，即：第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)壓強(qiáng)和溫度對不可壓縮流體密度的影響很小——可以把流體密度看成是常數(shù)。㈡密度第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)㈢重度流體單位體積內(nèi)所具有的流體重量，即：密度與重度存在如下關(guān)系：Υ=ρg式中：g——重力加速度，通常取9.81[米/秒2]第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)㈣粘滯性流體在流動過程中，流體內(nèi)部有相互約束的性質(zhì)——流體的粘滯性試驗(yàn)證明流體粘滯性的存在：實(shí)驗(yàn)證明：內(nèi)摩擦力T的大小與流體種類有關(guān)；與流體的接觸面積有關(guān)；與垂直于板的速度梯度成正比，第一節(jié)空氣在管道中流動的基本規(guī)律一、流體及其空氣的物理性質(zhì)㈣粘滯性式中：μ——流體動力粘性系數(shù)[千克·秒/米2]；A——流體的接觸面積[米2]；——流體在法線方向的速度梯度。牛頓內(nèi)摩擦定律：通常把單位面積上所具有的摩擦力τ稱為摩擦應(yīng)力或切應(yīng)力：第一節(jié)空空氣在在管道中中流動的的基本規(guī)規(guī)律一、流流體及其其空氣的的物理性性質(zhì)㈣粘滯滯性通常粘性性系數(shù)與與壓力的的關(guān)系不不大。液體的粘粘性系數(shù)數(shù)隨溫度度的增加加而下降降；氣體的粘粘性系數(shù)數(shù)隨溫度度而增加加。粘性系數(shù)數(shù)與溫度度的關(guān)系系：必須指指出：：在分析析流體體運(yùn)動動諸現(xiàn)現(xiàn)象時時運(yùn)動動粘性性系數(shù)數(shù)是非非常重重要的的參數(shù)數(shù)。但但是當(dāng)當(dāng)比較較各種種不同同流體體的內(nèi)內(nèi)摩擦擦力時時，運(yùn)運(yùn)動粘粘性系系數(shù)卻卻不能能作為為一項(xiàng)項(xiàng)物理理特征征。第一節(jié)節(jié)空空氣在在管道道中流流動的的基本本規(guī)律律一、流流體體及其其空氣氣的物物理性性質(zhì)㈤溫溫度溫度是是標(biāo)志志流體體冷熱熱程度度的參參數(shù)。。溫度越越高，，分子子熱運(yùn)運(yùn)動越越強(qiáng)盛盛，分分子熱熱運(yùn)動動的平平均速速度則則越大大動能能也就就越大大。衡量溫溫度高高低的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)尺子子，稱稱為溫溫度標(biāo)標(biāo)尺，，簡稱稱溫標(biāo)標(biāo)。目前國國際上上通用用的溫溫標(biāo)主主要有有兩種種。攝氏溫溫標(biāo)（（t））絕對溫溫標(biāo)（（T））T=273+t[K]第一節(jié)節(jié)空空氣在在管道道中流流動的的基本本規(guī)律律一、流流體體及其其空氣氣的物物理性性質(zhì)㈥壓壓強(qiáng)壓強(qiáng)的的大小小可用用垂直直作用用于管管管壁壁單位位面積積上的的壓力力來表表示，，即：：式中：：P———壓強(qiáng)強(qiáng)[牛牛頓]；F———垂直直作用用于管管壁的的合力力[牛牛頓]；A———管壁壁的總總面積積[米米}。。P=F/A第一節(jié)節(jié)空空氣在在管道道中流流動的的基本本規(guī)律律一、流流體體及其其空氣氣的物物理性性質(zhì)㈥壓壓強(qiáng)1帕=1/9.81[千千克/米2]壓強(qiáng)的的單位位通常常有三三種表表示方方法。。第一種種，用用單位位面積積的壓壓力表表示。。第二種種，用用液柱柱高度度表示示。用水銀銀柱（（汞柱柱）高高度表表示：：h=P/ΥΥ=10000/13600=0.736[米米水銀銀柱]=736[毫毫米水水柱]用水柱柱高度度表示示：h=P/ΥΥ=10000/1000=1000[毫毫米水水柱]第一節(jié)節(jié)空空氣在在管道道中流流動的的基本本規(guī)律律一、流流體體及其其空氣氣的物物理性性質(zhì)㈥壓壓強(qiáng)第三種種，用用大氣氣壓表表示。。1個物物理大大氣壓壓=10336[千千克/米2]。。1個工工程大大氣壓壓=10000[千千克/米2]。。標(biāo)準(zhǔn)空空氣的的密度度ρ=1.2千千克/米3三種方方法換換算關(guān)關(guān)系為為：1物理理大氣氣壓=10336[千克克/米米2]=10336[毫毫米水水柱]=760[毫毫米汞汞柱]1工程程大氣氣壓=10000[千克克/米米2]=10000[毫毫米水水柱]=736[毫米汞汞柱]第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律一、流體體及其空氣氣的物理性性質(zhì)㈥壓強(qiáng)工程上，壓壓強(qiáng)可按以以下三種方方法計(jì)算：：絕對壓強(qiáng)———當(dāng)計(jì)算算壓強(qiáng)以完完全真空（（P=0））為基準(zhǔn)算算起，稱絕絕對壓強(qiáng)，，其值為正正。相對壓強(qiáng)———當(dāng)計(jì)算算壓強(qiáng)以當(dāng)當(dāng)?shù)卮髿鈮簤海≒a））為基準(zhǔn)算算起時，稱稱相對壓強(qiáng)強(qiáng)或表壓。。真空度———當(dāng)絕對壓壓強(qiáng)低于大大氣壓強(qiáng)時時，其大于于大氣壓的的數(shù)值稱為為真空度。。以液柱高高度表示為為：第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律一、流體體及其空氣氣的物理性性質(zhì)㈥壓強(qiáng)A點(diǎn)的壓強(qiáng)強(qiáng)高于當(dāng)?shù)氐卮髿鈮築點(diǎn)的壓強(qiáng)強(qiáng)低于當(dāng)?shù)氐卮髿鈮旱谝还?jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律一、流體體及其空氣氣的物理性性質(zhì)㈦比容容單位重量的的流體占有有的容積，，與重度的的關(guān)系為：：Υ·υ=1氣體的比容容隨溫度和和壓力變化化。第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律一、流體體及其空氣氣的物理性性質(zhì)㈧、理想氣氣體狀態(tài)方方程理想氣體指指一種假想想的氣體，，它的質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)是不占有有容積的質(zhì)質(zhì)點(diǎn)；分子子之間沒有有內(nèi)聚力。。理想氣體狀狀態(tài)方程。。即：P·υ=R·T或或：P/p=R·T式中：P——絕對對壓力（牛牛頓/米2）；υ——比容容（米2/牛頓）；；T——熱力力溫度（K——開爾爾文）；R——?dú)怏w體常數(shù)（牛牛·米/千千克·開）），對于空空氣R=287?！ぁっ?千克克·開。第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律二、與空氣氣流動的有有關(guān)概念充滿運(yùn)動流流體的空間間稱為流場場。表示流體運(yùn)運(yùn)動特征的的一切物理理統(tǒng)稱為運(yùn)運(yùn)動參數(shù)，，如速度v、加速度度a、密度度p、壓力力P和粘性性力F等。。流體運(yùn)動規(guī)規(guī)律：在流流場中流體體的運(yùn)動參參數(shù)隨時間間及空間位位置的分布布和連續(xù)變變化的規(guī)律律。第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律二、與空氣氣流動的有有關(guān)概念㈠、穩(wěn)定流流與非穩(wěn)定定流如果流場中中各點(diǎn)上流流體的運(yùn)動動參數(shù)不隨隨時間而變變化，這種種流動就稱稱為穩(wěn)定流流。如果運(yùn)動參參數(shù)不隨時時間而變化化，這種流流動就稱為為非穩(wěn)定流流。穩(wěn)定流：非穩(wěn)定流：：第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律二、與空氣氣流動的有有關(guān)概念㈠、穩(wěn)定流流與非穩(wěn)定定流第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律二、與空氣氣流動的有有關(guān)概念㈡跡線與與流線⒈跡線：：流場中流體體質(zhì)點(diǎn)在一一段時間內(nèi)內(nèi)運(yùn)動的軌軌跡稱為跡跡線。⒉流線：：流場中某一一瞬時的一一條空間曲曲線，在該該線上各點(diǎn)點(diǎn)的流體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所具有有的速度方方向與該點(diǎn)點(diǎn)的切線方方向重合。。第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律二、與空氣氣流動的有有關(guān)概念㈢流管與與流束⒈流管流場中畫一一條封閉的的曲線。經(jīng)經(jīng)過曲線的的每一點(diǎn)作作流線由這這些流線所所圍成的管管子。非穩(wěn)定流時時流管形狀狀隨時間變變化；穩(wěn)定定流時流管管不隨時間間而變化。。⒉流束充滿在流管管中的運(yùn)動動流體（即即流管內(nèi)流流線的總體體）稱為流流束。斷面無限小小的流束稱稱為微小流流束。第一節(jié)空空氣在管道道中流動的的基本規(guī)律律二、、與與空空氣氣流流動動的的有有關(guān)關(guān)概概念念㈢流流管管與與流流束束⒊總總流流無數(shù)數(shù)微微小小流流束束的的總總和和稱稱為為總總流流，，如如水水管管及及風(fēng)風(fēng)管管中中水水流流和和氣氣流流的的總總體體。。第一一節(jié)節(jié)空空氣氣在在管管道道中中流流動動的的基基本本規(guī)規(guī)律律二、、與與空空氣氣流流動動的的有有關(guān)關(guān)概概念念㈣有有效效斷斷面面、、流流量量與與平平均均流流速速⒈有有效效斷斷面面微小小流流束束或或總總流流各各流流線線相相垂垂直直的的橫橫斷斷面面，，用用dA或或A表表示示.。。在實(shí)實(shí)際際運(yùn)運(yùn)用用上上對對于于流流線線呈呈平平行行直直線線的的情情況況下下，，有有效效斷斷面面可可以以定定義義為為：：與與流流體體運(yùn)運(yùn)動動方方向向垂垂直直的的橫橫斷斷面面。。第一一節(jié)節(jié)空空氣氣在在管管道道中中流流動動的的基基本本規(guī)規(guī)律律二、、與與空空氣氣流流動動的的有有關(guān)關(guān)概概念念㈣有有效效斷斷面面、、流流量量與與平平均均流流速速⒉流流量量單位位時時間間內(nèi)內(nèi)流流體體流流經(jīng)經(jīng)有有效效斷斷面面的的流流體體量量稱稱為為流流量量。。流量量通通常常用用流流體體的的體體積積、、質(zhì)質(zhì)量量或或重重量量來來表表示示：：G=ΥΥ··Q牛牛頓頓/秒秒M=ΥΥ/g··Q=ρρ··Q千千克克/秒秒Q=G/ΥΥ=M/ρρ米米3/秒秒第一一節(jié)節(jié)空空氣氣在在管管道道中中流流動動的的基基本本規(guī)規(guī)律律二、、與與空空氣氣流流動動的的有有關(guān)關(guān)概概念念㈣有有效效斷斷面面、、流流量量與與平平均均流流速速⒉流流量量微小小流流束束：：dQ=v··dA總流流：：第一一節(jié)節(jié)空空氣氣在在管管道道中中流流動動的的基基本本規(guī)規(guī)律律二、、與與空空氣氣流流動動的的有有關(guān)關(guān)概概念念㈣有有效效斷斷面面、、流流量量與與平平均均流流速速⒊平平均均流流速速V工程程上上所所指指的的管管道道中中的的平平均均流流速速，，就就是是這這個個斷斷面面上上的的平平均均流流速速V。。平平均均流流速速就就是是指指流流量量與與有有效效斷斷面面面面積積的的比比值值。第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律三、連續(xù)性方方程在研究流體流流動時，同樣樣認(rèn)為流體是是連續(xù)地充滿滿它所占據(jù)的的空間，這就就是流體運(yùn)動動的連續(xù)性條條件。根據(jù)質(zhì)量守恒恒定律：對于空間固定定的封閉曲面面，非穩(wěn)定流流時流入的流流體質(zhì)量與流流出的流體質(zhì)質(zhì)量之差，應(yīng)應(yīng)等于封閉曲曲面內(nèi)流體質(zhì)質(zhì)量的變化量量。對于空間固定定的封閉曲面面，穩(wěn)定流時時流入的流體體質(zhì)量必然等等于流出的流流體的質(zhì)量。。數(shù)學(xué)形式表達(dá)達(dá)——連續(xù)性性方程。第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律三、連續(xù)性方方程㈠一元微微小流束穩(wěn)定定流的連續(xù)性性方程dM=ρ1v1dA1dt-ρ2v2dA2dt第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律三、連續(xù)性方方程㈠一元微微小流束穩(wěn)定定流的連續(xù)性性方程dM=ρ1v1dA1dt-ρ2v2dA2dtρ1v1dA1=ρ2v2dA2第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律三、連續(xù)性方方程㈡、一元總流流穩(wěn)定連續(xù)性性方程積分，就可得得到可壓縮流流體總流的連連續(xù)性方程，，即：說明了可壓縮縮流體穩(wěn)定流流時，沿流程程的質(zhì)量流量量保持不變。。第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律三、連續(xù)性方方程㈡、一元總流流穩(wěn)定連續(xù)性性方程對不可壓縮流流體，ρ為常常數(shù)，則公式式可簡化為：：Q1=Q2V1A1=V2A2V1/V2=A2/A1一元總流在穩(wěn)穩(wěn)定流時，沿沿流程體積流流量為一常值值，各有效斷斷面平均流速速與有效斷面面面積成反比比。第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律四、空氣流動動的能量方程程（伯努利方方程）現(xiàn)象表明：截面大的地方方流速小，壓壓力大，截面面小的地方流流速大，壓力力小。第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律四、空氣流動動的能量方程程（伯努利方方程）理想流體流動動時沒有流動動阻力，因而而也沒有能量量損耗；流體流動時能能量的增量就就等于外力所所做的功W，，即：△E=W。所所以：P1V-P2V=（1/2mv22+mgz2）-（1/2mv12+mgz1）即P1V+1/2mv12+mgz1=P2V+1/2mv22+mgz2對于任意一個個截面均有：：PV+1/2mv2+mgz=常常數(shù)式中：PV是是體積為V的的流體所具有有的靜壓能。。第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律四、空氣流動動的能量方程程（伯努利方方程）上式方程式表表明：理想流體在穩(wěn)穩(wěn)態(tài)流動過程程中，其動能能、位能、靜靜壓力之和為為一常數(shù)，也也就是說三者者之間只會相相互轉(zhuǎn)換，而而總能量保持持不變。由于空氣的ρρ值都很小，，位能項(xiàng)與其其它二項(xiàng)相比比則可忽略不不計(jì)。因此，，對于空氣的的能量方程可可寫成：PV+1/2mv2=常數(shù)方程兩邊同時時除以V，則則得：P+1/2ρρv2=常數(shù)第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律四、空氣流動動的能量方程程（伯努利方方程）若以符號H全、H靜、H動表示，則有：：H全=H靜+H動=常數(shù)當(dāng)空氣在沒有有支管的管道道中流動時，，對于任意兩兩個截面，以以相對壓力表表示的伯努利利方程可寫成成：H靜1+H動1=H靜2+H動2第一節(jié)空氣氣在管道中流流動的基本規(guī)規(guī)律四、空氣流動動的能量方程程（伯努利方方程）應(yīng)用以上伯努努利方程時，，必須滿足以以下條件：不可壓壓縮理理想流流體在在管道道內(nèi)作作穩(wěn)態(tài)態(tài)流動動；流動系系統(tǒng)中中，在在所討討論的的二個個截面面間沒沒有能能量加加入或或輸出出；在列方方程的的兩截截面間間沿程程流