详解伯努利方程

百科   2024-11-05 08:03   北京  

    流体力学中的伯努利方程是一个比较基本、但非常重要的流体力学公式,它也是能量守恒的一种表现形式。在中学中我们经常会用到机械能守恒,也就是物体的动能和势能的总和保持不变。其实机械能守恒也是有假设的前提条件的,大概就是说只有重力或者弹力做功,其他力不做或者做无用功。伯努利方程也类似,也有假设条件,不过我们可以先看看它的基本表达式。

      其中,P为流体中某点的压强;ρ为流体在该点的流速;g为重力加速度;h为该点所在的高度;C是一个常量。
        等式左边的三项分别代表了由压强作用产生的压力势能(静压能)、由流体流动产生的动能、由重力作用产生的重力势能
      因此,伯努利方程的物理意义可表示为:沿流线流体质点的动能、压能、势能之和保持为常数。这也是一种机械能守恒
      它的假设前提条件是:
    (1)流动是定常流动,且质量力只有重力,意味着流体中任何一点的压力、速度和密度等物理量都不随时间变化
    (2)流动是无粘性,意味着由流体粘度引起的剪切力可以忽略不计。这个假设是必要的,因为粘度会导致流体一部分能量的耗散,例如管道的沿程损失也是一种由粘度引起的能量损耗。
    (3)流体是不可压缩,通常使用于液体。
      这其实和中学学的机械能守恒的假设条件也大差不差,没有摩擦力,也没有其他外力,动能和势能之和为常数,只不过流体的伯努利方程多了个静压能
      如果没有摩擦阻力,小球可以永远在平板上做匀速直线运动,流体一直可以在直管中无损流动,永不停歇。当然这是不可能的,小球会停下,流体流动也会有能量耗散,运动终将终结。
      当然,现实就是有能量损耗的,流动液体因为有粘性,所以流动过程中会产生摩擦力,具有能量损失;管道尺寸和形状变化都会使液流产生扰动,也引起能量损失;实际流动液体在过流断面上流速不均匀,若用平均流速计算,必然会产生误差,需要加一个修正系数。
      因此,实际液体的伯努利方程为:

      其中,α1 、α2为动能修正系数,一般在紊流时取 α=1层流时取α=2ΔPw 为单位体积液体在两过流断面间流动的能量损失
      实际上,伯努利方程还有些水头形式的表达式,就是左右等式两边除以ρg,还有的表达式是等式两边除以ρ,我都不喜欢用,就不列了。

      伯努利方程比较常用的点就是:对于水平流动,速度的增加必然伴随着压力的降低。流速越大,压强越小;流速越小,压强越大。可以解释一些生活中的现象:高铁和地铁站台的安全线‌、船吸现象、刮风时掀翻屋顶等。

质量为的流体(后文表示为流体)初始位于,经过的时间后,运动至


以位于的流体为研究对象,对其进行受力分析。

流体受到如下的力:

1、地球对其施加的重力

2、端左侧流体对其施加的压力,等于端流体的压强乘以该处流管的截面积



3、端右侧流体对其施加的压力,等于端流体的压强乘以该处流管的截面积



4、流管对其施加的压力


流体位于时的机械能为,流体位于时的机械能为

在流体运动至的过程中:

流体的机械能增量

左侧压力对流体所做的功为,右侧压力对流体所做的功为

流管管壁的压力时刻垂直于流速,因此对流体不做功。


功能定理是指质点系机械能的增量等于外力所做功和非保守内力所做功之和。

对流体运用该定理,则有



先处理等式的左边

流体的机械能等于流体的机械能与流体的机械能之和,流体的机械能等于流体的机械能与流体的机械能之和,即


两式相减,有


流体的机械能均为动能与重力势能之和。设流体的密度为处的流速为处的流速为,流体的质量为,体积为,那么根据流体的连续性原理,流体的质量也为,体积也为,因此有


两式相减,有


于是有



再处理等式的右边

处流体压强为处流体压强为间的距离为间的距离为

在流体运动至的过程中,因为很小,所以可认为流体受到的来自左侧的压力为常量。同理,流体受到的来自右侧的压力为常量

那么在流体运动至的过程中,来自左侧的压力对流体所做的功为,来自右侧的压力对流体所做的功为,即




全部代入有


整理后有



也就是说


此式便是伯努利方程,描述了流速、高度、压强的关系。

相同高度,流速大的地方压强小。


声明:文章来源于网络仅供参考,本平台对转载、分享、陈述、观点保持中立,目的仅在于传递更多信息,并不代表本平台赞同其观点和对其真实性负责。如发现政治性、事实性、技术性差错及版权问题等错误信息及涉及作品版权问题请及时联系我们删除,感谢支持!
关于举办“2024硝化连续化和中试放大及工艺安全培训班”的通知

硝化反应是一种极其重要的化学反应,很多医药、农药、染料行业重要的中间体都是硝化物,他们都是不可替代的有机原料。重点推动企业开展全流程自动化改造,推进新工艺新技术应用,有力支撑促进硝化企业安全发展高质量发展,引导硝化企业提升自动化、智能化控制水平,提升硝化过程本质安全水平。

在小试成熟后,进行中试,研究工业化可行工艺,设备选型,为工业化设计提供依据。一般来说,中试放大是快速,高水平到工业化生产的重要过渡阶段,其水平代表工业化的水平。本单位在2024年11月22日-24日江苏省*苏州市举办2024硝化连续化和中试放大及工艺安全培训班请各有关单位积极派员参加,现将有关事项通知如下:

培训组织:

主办单位:北京中科安化工业技术中心

支持媒体:化学工业网 化工服务联盟  

培训时间地点:

时间:2024年11月22日-24日(22日全天报到)23、24两天课程

地点江苏省*苏州市(地点会前一周直接通知报名者)线上+线下

培训费用:

2800元/人(含培训费、资料费、两天午餐费等费用)。提前汇款2500元/人,住宿统一安排,费用自理。
培训主要内容:见课程表

11月23日

8:30-12:00

13:30-17:00

老师自己安排休息时间

一、硝化反应的连续化工艺开发

1、硝化反应的机理

2、连续化反应开发的理论基础

3、硝化反应的动力学基础

4、常见的连续化反应工艺

5、常见的连续化工艺设备

6、连续化硝化工艺的工艺安全分析

7、连续化装置运行中常见问题

二、中试放大的工艺安全研究

1. 常见的危险反应的工艺安全危害和应对措施

1) 常见的危险工艺清单和评级;

2) 常见的危险化学品的危害分析的评级;

3) 常见危险操作的危害分析和评级;

4) 常见危险反应和操作的措施实施;

2. 热风险分析报告数据怎样用

1) 如何解读量热报告;

2) 如何利用量热报告中的数据?

3) 如何在DSC数据中获得更多信息?

3. 其他

1) 如何通过互联网获得化学品的危害知识;

2) 如何从理论上判断化学的危险性;

3) 如何通过理论计算来估算反应热;

 
11月24日

8:30-12:00

13:30-17:00

老师自己安排休息时间

三、中试放大

1. 中试的换热和搅拌问题

1) 如何利用量热报告的数据,做中试放大的热平衡分析;

2)  如何确定搅拌类型和最小转速/搅拌功率;

3) 如何估算中试反应需要的制冷量制热量;

4) 如何做好中试反应的温控;

2. 中试的无水无氧措施

1) 原料的各种等级要求的无水处理方案;

2) 反应釜和无水化方案和氮封方案;

3) 防止反应釜的倒吸、冲料的方案;

4) 离心机的氮封方法;

3. 中试中的分离问题

1) 如何选择合适的固液分离方案;

2)  如何实现全密闭过滤;

3) 如何处理难过滤的情况;

4) 如何做好萃取和反萃;

5) 如何做连续萃取方案;

6) 如何处理乳化现象;

4. 中试的物料输送问题

1) 全密闭的固体加料;

2) 可控的液体加料;

3) 全密闭取样方式;

4)  全密闭的PH测试方式;

5. 蒸馏和溶剂置换问题

6. 中试中的结晶问题

7. 设备匹配性和腐蚀性问题

8. 中试的批记录模板的编写

9. 投料前的检查

10. 常用的连续化中试手段

11. 中试总结报告的编写

 
专家简介

主讲老师:杨老师,有多年的化工医药从业经验;先后担任副总经理、工程总监、运营总监、总经理等职务。擅长化学工艺和工程的结合设计、连续流化学的工艺和工程设计,精通医药全产业链工程设计、工厂运营管理、工艺安全管理,项目管理。

下午5点左右培训结束,交流讨论。

报名联系方式:

电话/传真:010-60354362 祁慧杰:18518206941(同微信)
姜岩言:手机微信同号: 13260460335(报名微信)

手机咨询:18515638512
危险化学品特性表汇编
此文堪称“阀门”教科书
常见气体爆炸极限
化工专业技术知识汇总
露点是什么,为什么要测试露点?
P&ID和PFD的区别
管道直径、流量、流速、压力之间的关系
项目建设过程中的三查四定,附检查表(管道、换热器)
石油化工装置工艺设计包
带控制点的工艺流程图怎么画?
一名优秀的化工工艺工程师需要做以下几点
化工设计院哪家强?

在看~

捧个人场行~

今日化题榜
了解化工行业最新资讯;技术推广、交流合作。
 最新文章