[工学]流体流动上

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1、第一章流体流动FlowofFluid具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。流体是气体与液体的总称。1.研究流体流动问题的重要性煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池煤气洗涤塔冷却两类问题：研究流体在流动和静止时的规律。流体静力学问题流体动力学问题流体流动是最普遍的化工单元操作之一；研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。2.连续介质假定假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有

2、间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。1.1流体的物理性质1.1.1密度1.1.2黏度1.1.3流体的压缩性和膨胀性1.1流体的物理性质1.1.1密度一、定义单位体积流体的质量，称为流体的密度。kg/m3二、单组分密度液体密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件

3、不同，则密度需进行换算。三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变，则有或——混合气体的平均摩尔质量——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有——液体混合物中各组分的质量分率。四.与密度相关的几个物理量1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位为m3/kg。2）比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的比值，用d表示。在数值上:1.1.2流体的黏性速度分布（速度侧形）：速度沿距离的变化关系。uF0xu=0yYdudy平板间的流体剪应力与速度梯度一、牛顿

4、黏性定律平板间的流体剪应力与速度梯度只有流动的流体才体现黏性：黏性内摩擦力保持一定的速度梯度克服摩擦力做功消耗能量能量损失牛顿黏性定律：实测发现：意义：剪应力的大小与速度梯度成正比。描述了任意两层流体间剪应力大小的关系。二、流体的黏度①物理意义——动力黏度，简称黏度②单位SI单位制：Pa·s(N·s/m2)物理单位制：P(泊)，达因·秒/厘米2，cP(厘泊)换算关系：1cp=0.01P=10-3Pa·s=1mPa·s③粘度的表示方法m2/s动力黏度Pa·s运动黏度1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s恩

5、氏黏度三、影响因素①液体粘度随温度升高而降低，压力影响很小。②气体粘度随温度升高而增大，压力影响很小。但在极高压力下，随压力增加有所增加；而在压力极低情况下也要考虑压力的影响。四、数据来源各种流体的粘度数据，主要由实验测得。在缺少粘度实验数据时，可按理论公式或经验公式估算粘度。对于压力不太高的气体，估算结果较准，对于液体则较差。五、混合物的粘度按一定混合规则进行加和对于分子不聚合的混合液可用下式计算常压下气体混合物的粘度，可用下式计算空气＝17.9×10-6Pas，ν＝14.8×10-6m2/s水＝1.01×10-3

6、Pas，ν＝1.01×10-6m2/s甘油＝1.499Pas，ν＝1.19×10-3m2/s说明：不同流体的粘度差别很大。例如：在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度分别为：六、流体类型①牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体。气体及大多数低分子量液体是牛顿型流体。②非牛顿型流体：油墨、泥浆具有粘性的流体—非理想流体（实际流体）不具有粘性的流体—理想流体七、剪应力的计算例：油在直径为100mm的管内流动，在管截面上的速度分布大致用下式表示：式中：y为截面上的任一点距管壁的径

7、向距离，m；u为该点上的流速，m/s。求：1.求管中心的流速、管半径中点处的流速。2.求管壁处的剪应力，又求长100m的管内壁面所作用的全部阻力。油的黏度为50cP。解：（1）求流速管中心代入得u=0.5m/s管半径中点处代入得u=0.375m/s（2）求管壁处的剪应力及管壁阻力由牛顿粘性定律可算出任一位置上的剪应力，计算时所需的速度梯度可对给出的速度分布式求导而得。管壁处，y=0，故油的粘度故壁面上的剪应力为100m管壁面上的总阻力为：1.1.3流体的压缩性与膨胀性2.膨胀性：流体的热膨胀性可由体积热膨胀系数β来衡

8、量对于理想气体：当温度变化不太大时：1.压缩性：可压缩：不可压缩：1.2流体静力学1.2.1流体的压强1.2.2流体静力学方程1.2.1压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。二、压力的单位SI制：N/m2或Pa；一、压力的定义或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，如600mmHg，1