化工原理上册讲稿(5)

式为依据的。 图 1-9 液面测量 图1-9为用液柱压差计测量液面的示意图。图中平衡器的小室2中所装的液体与容器里的液体相同。平衡器里液面高度维持在容器液面容许到达的最大高度处。将一装有指示液的U型管压差计3的两端分别与容器内的液体和平衡器内的液体连通。容器里的液面高度可根据压差计的读数R求得。液面越高，读数越小。当液面达到最大高度时，压差计的读数为零。若把U型管压差计换上一个能够变换和传递压差读数的传感器，这种测量装置便可以与自动控制系统连接起来。 例1-3 为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图1-10所示的装置。压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高度。指示液为汞。 图 1-10 例1-3 附图 1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2，试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2.当（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求石油产品的密度ρP及Z1。 解 （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即 （a） （b） （2）将式（a）减去式（b）并经整理得 故 三、确定液封高度 在化工生产中，为了控制设备内气体压力不超过规定的数值，常常装有如图1-11所示的安全液封（或称为水封）装置。 图 1-11 安全液封 其作用是当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。若设备要求压力不超过P1（表压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深度h为 为了安全起见，实际安装时管子插入液面下的深度应比上式计算值略低。 第三节 管内流体流动的基本方程式 化工厂中流体大多是沿密闭的管道流动，因此研究管内流体流动的规律是十分必要的。反映管内流体流动规律的基本方程式连续性和柏努利方程式，本节主要围绕这两个方程式进行讨论。 1－5 流量与流速 一、流量 1.体积流量 单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称为体积流量，以V表示，其单位为m/s。 32.质量流量 单位时间内流体流经管道任一截面的质量，称为质量流量，以G表示，其单位为kg/s。体积流量与质量流量之间的关系为 G=ρV 二、流速 1.平均流速 流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。实验证明，流体在管道内流动时，由于流体具有粘性，管道横截面上流体质点速度是沿半径变化的。管道中心流速最大，愈靠管壁速度愈小，在紧靠管壁处，由于液体质点粘附在管壁上，其速度等于零。但工程上，一般系以管道截面积除以体积流量所得的值，来表示流体在管道中的速度。此种速度称为平均速度，简称流速，以u表示，单位为m/s。流量与流速关系为 u＝V/A 2G=ρV=ρAu 式中 A――管道的截面积，m。 2.质量流速 单位时间内流体流经管道单位截面的质量称为质量流速，以ω表示，单位为kg/m·s。它与流速及流量的关系为 2ω＝G/A=ρAu/A=ρu 由于气体的体积与温度、压力有关，显然，当温度、压力发生变化时，气体的体积流量与其相应的流速也将之改变，但其质量流量不变。此时，采用质量流速比较方便。 3.管道直径的估算 若以d表示管内径，则流速可写成 流量一般为生产任务所决定，而合理的流速则应根据经济权衡决定，一般液体流速为0.5～3m/s。气体为10～30m/s。 例1-4 以内径105mm的钢管输送压力为2atm、温度为120℃的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m/h，试求此空气在管内的流速和质量流速。 3 解: 依题意空气在标准状态下的流量应换算为操作状态下的流量。因压力不高，可应用理想气体状态方程计算如下 流速 取空气的平均分子量为Mm=28.9 则实际操作状态下空气的密度为 依式（1-17），得质量流速 1－6 稳定流动与不稳定流动 流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力有关物理参数都不随时间而改变，这种流动称为稳定流动。