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日志

 
 

第1篇 配管之基础流体力学---1.1 流体的性质  

2007-08-07 08:41:56|  分类: 压力管道 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第1篇

第1章              配管之基础流体力学

 配管的目的是为了输送各种流体。本章从与流体有关的知识着手,针对流量的测定法及在输送流体时提供流量之泵(PUMP)等相关知识,及与配管有关连的流体力学基础事项作一说明。

1.1流体之性质

1.1-1粘度

气体(gas)与液体(liquid)合称为流体(fluid)。流体和固体不同之处在于分子间隔较大,形状可随容器自由的变化,并且有流动之性质。但是在流动时会产生阻力,此种妨碍流动之阻力称为粘度(viscosity)。气体之粘度随温度之上升而增加,可是液体之粘度却随温度之上升而减少,另外可以说所有流体之粘度都是随压力之上升而增加。

流体在流动时,因有粘度之故,所以在流体之层与层间及流体与壁面间均会产生摩擦,此种摩擦(fluid friction);前者称为内部摩擦,后者称为外部摩擦。

表示粘度的大小数值称为粘度系数(coefficient of viscosity)。用μ表示,将μ除以流体密度γ值(单位体积的质量),即为一般常用的ν值。

ν=μ/γ………………………………………………………………………(1.1)

ν的值称为动粘度系数,单位为m2/s。

 

表1.1    760mmHg压力下水的性质

温度

(。  C)

密度γ

(kg/m3)

粘度系数

(kg.s/m2)

动粘度系数

   (m2/s)

0

999.8

1.827x10-4

1.792x10-6

5

1000

1.550x10-4

1.520x10-6

10

999.7

1.333x10-4

1.307x10-6

15

999.1

1.160x10-4

1.139x10-6

20

998.2

1.022x10-4

1.004x10-6

25

997.1

0.908x10-4

0.893x10-6

30

995.7

0.813x10-4

0.801x10-6

40

992.2

0.666x10-4

0.658x10-6

50

988.1

0.559x10-4

0.554x10-6

60

983.2

0.476x10-4

0.475x10-6

70

977.8

0.412x10-4

0.413x10-6

80

971.8

0.362x10-4

0.365x10-6

90

965.3

0.321x10-4

0.326x10-6

100

958.4

0.288x10-4

0.295x10-6

 

 

表1.2    760mmHg压力下干燥空气的性质

温度

(。C)

密度γ

(kg/m3)

粘度系数

(kg.s/m2)

动粘度系数

     (m2/s)

0

1.293

1.744x10-6

1.322x10-5

20

1.221

1.844x10-6

1.501x10-5

40

1.093

1.991x10-6

1.785x10-5

100

0.946

2.219x10-6

2.299x10-5

150

0.837

2.434x10-6

2.860x10-5

200

0.746

2.635x10-6

3.461x10-5

250

0.675

2.827x10-6

4.104x10-5

300

0.616

3.006x10-6

4.782x10-5

350

0.567

3.177x10-6

5.490x10-5

400

0.525

3.344x10-6

6.246x10-5

450

0.488

3.503x10-6

7.035x10-5

500

0.457

3.656x10-6

7.840x10-5

 

1.1-2压缩性及非压缩性

气体很容易被压缩,而液体却很难。故将水管路、泵、水轮机、油压管路中的流动液体视为非压缩性。将气体当作压缩性流体。

1.1-3流体之比重量及比重

流体单位体积的重量称为比重量。如重量为W(kg)的流体的体积为V(m3)时,比重量r为:

r=W/V(kg/m3)……………………………………………………………….(1.2)

又流体的比重量与1大气压下(1atm=760mmHg),4。C的水的比重量r m的比,称为此流体的比重。即:

比重S=流体之比重量r / 760mmHg,4。C下的水的比重量r m…………(1.3)

 

表1.3    760mmHg压力下水与空气的比重量r

温度

(。C)

空气

0

999.8

1.293

4

1000.0

_

10

999.7

1.247

20

998.2

1.205

30

995.7

1.165

40

992.2

1.128

60

983.2

1.060

80

971.8

1.000

100

958.4

0.946

 

表1.4    760mmHg压力下气体的比重量(以4。C的水为基准)

气体的名称

比重量(kg/m2)

干燥空气(0。C)

1.293

氧气(0。C)

1.429

氮气(0。C)

1.251

氩气(0。C)

0.0899

一氧化碳(0。C)

1.250

二氧化碳(0。C)

1.964

亚硫酸气(0。C)

2.857

甲       烷(0。C)

0.715

丙       烷(0。C)

1.970

水蒸气(100。C)

0.598

 

表1.5    760mmHg压力下液体的比重(以15。C的水为基准)

液体的名称

比     重

1

海水(15。C)

1.01~1.05

原油(15。C)

0.7~1.0

汽油(15。C)

0.66~0.75

酒精(100%)(15。C)

0.794

水银(15。C)

13.56

四氯化碳(15。C)

1.604

 

水及空气的比重量r随温度而变化,如表1.3所示,其中空气随温度的变化量较大。因此一般气体的比重量随温度、压力将有很大的变化。

表1.4为各种气体的比重量r,表1.5为各种液体的比重。

气体在任意温度压力下的比重量r,依理想气体的公式为:

r=P/RT…………………………………………………………………….(1.4)

其中  P: 气体的绝对压力(kg/m2)

      T: 绝对温度(K)

      R: 气体常数(kg.m/kg.K)(各种气体的常数)

 

1.1-4 液体中溶解的气体

水壶的水煮沸时,随着温度的上升在水壶壁面上会产生气泡,此为溶解在水中的空气随着温度的上升而分离所造成。除水之外其他液体亦会溶入某些气体。这就是温度上升及压力下降时,在管子及机器内出现气泡而造成气锁及空蚀的现象,因而导致流体输送及机器运转的障碍。

 

表1.6    气体对水的溶解度

气体名称

温度(。C)

0

20

40

60

80

100

空气

0.02880

0.0187

0.0142

0.0122

0.0113

0.0111

氮气

0.02350

0.0155

0.0118

0.0102

0.0096

0.0095

氧气

0.0489

0.0310

0.0230

0.0195

0.0176

0.0170

二氧化碳

1.7010

0.8780

0.5300

0.359

 

 

1299

760

 

 

 

 

 

※     小贴士:

单位换算  1m3=1000L(升)

 ※     小练习:某种油4L(升)的重量为3.32kg,问此种油的比重量是多少?

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