第一章 [].流体流动静力学基本方程

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1、第一章流体流动1-0概述一学习本章的意义：1．流体存在的广泛性。在化工厂中，管道和设备中绝大多数物质都是流体（包括气体、液体或气液混合物）。只是到最后，有些产品才是固体。2．通过研究流体流动规律，可以正确设计管路和合理选择泵、压缩机、风机等流体输送设备，并且计算其所需的功率。3．流体流动是化工原理各种单元操作的基础，对强化传热、传质具有重要的实践意义。因为热量传递，质量传递，以及化学反应都在流动状态下进行，与流体流动密切相关。所以大家要认真学习这一章，充分打好基础。二流体流动的研究范畴1流体定义：具有流动性的液体和气体统称为流体。2连续性介质假定

2、：流体是由大量的单个分子组成，而每个分子之间彼此有一定的间隙，它们将随时都在作无规则随机的运动。所以，若把流体分子作为研究对象，则流体将是一种不连续介质，这将使研究非常困难。好在在化工生产过程中，我们对流体流动规律的研究感兴趣的并非是单个分子的微观运动，而是流体宏观的机械运动。所以我们不取单个分子作为考察对象，而取比分子平均自由程大得多，比设备尺寸小得多的这样一个流体质点作为最小考察对象，质点是由大量分子组成的微团，它可以代表流体的性质。流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空隙，而是充满所占空间的连续介质，从而可以使用连续函数的数学工具对流体

3、的性质加以描述。提高：连续性介质假定如图1所示，考虑一个微元体积内流体平均密度的变化情况：取包含P（x，y，z）点在内的微元体积⊿V，其中包含流体的质量为⊿m，则微元流体的平均密度为⊿m/⊿V，微元流体的平均密度随体积的变化如图2所示。当微元体积⊿V从非常小逐渐增大，趋向一个特定的微元体积V时，流体的平均密度逐渐趋向一个极限值，且不再随微元体积的继续增大而发生变化。当微元体积⊿V比δV小时，这时微元体积内所包含的流体分子数目是那样少，以致流体分子由于其无规则的热运动，进入或离开微元体积的流体分子数目已足以引起该微元体积内流体平均密度的随机波动。只

4、有当微元体积大于δV后，其中所包含的流体分子数目已那样的多，以致由流体分子的热运动所进出微元体的那些流体分子数，已不足以引起平均密度的随机波动，也就是说这时流体具有确定的统计平均密度值。所以V体积内流体的平均密度定义为： 尺寸为δV的流体就称为流体粒子（fluidparticle）。假定流体是有无数多个这样的流体粒子所组成，它们一个紧挨一个，其间没有空隙，认为是一种连续的介质，这就是流体力学中的连续介质的假定。1-1-1 密度一.密度定义:单位体积流体的质量称为密度.公式:  式中ρ--------流体的密度kg/m3m--------流体的质量

5、kg；V--------流体的体积，m3。 在研究流体流动时，若压力与温度变化不大时，则可认为液体的密度为常数。密度为常数的流体称为不可压缩流体。 严格说来，真实流体都是可压缩流体,不可压缩流体只是在研究流体流动时，对于密度变化较小的真实流体的一种简化。本章中如不加说明均指不可压缩流体。　二.气体密度一般来说气体是可压缩的，称为可压缩流体。但是，在压力和温度变化率很小的情况下，也可将气体当作不可压缩流体来处理。当气体的压力不太高，温度又不太低时，可近似按理想气体状态方程来计算密度。由p--------气体的绝对压强，kPa或kN/m2；M----

6、----气体的摩尔质量，kg/kmol；T--------气体的绝对温度，K；R--------气体常数，8.314kJ/(kmolK)。三.混合物密度（1）液体混合物各组分的浓度常用质量分率来表示。若混合前后各组分体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之和。混合液体的平均密度ρm为：式中ρ1、ρ2、--------ρn--------液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；xm1、xm2、------xmn------液体混合物中各组分的质量分率。（2）气体混合物各组分的浓度常用体积分率来表示。若混合前后各组分的质量不变，则1

7、m3混合气体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。混合气体的平均密度ρm为：式中ρ1、ρ2、--------ρn--------气体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；xv1、xv2、-------xvn------气体混合物中各组分的体积分率。1-1-2流体的静压强　一.静压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为压强，或称为静压强。其表达式为                  式中p--------流体的静压强，Pa；FV-------垂直作用于流体表面上的力，N；A--------作用面的面积，m2。　二.静压强的单位1． 按压强的定义，压强是

8、单位面积上的压力，其单位应为Pa，也称为帕斯卡。其105倍称为巴（bar），  即1bar=105Pa。常用单位有：Pa、KPa、Mpa