1.1 流体流动-流体静力学

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1、化工原理Reporter基础知识124流体静力学流体流动的类型第一章流体流动主要内容3流体动力学5流体流动阻力的计算6管路计算7流量测量基础知识流体气体和液体统称为流体。流体流动普遍存在在炼油、石油化工等生产过程中，不论是所处理的原料、还是中间品或产品，大多都是流体；而且生产过程都是在流体流动下进行的，在炼油和石油化工厂中有纵横交错的管道和众多的机泵在各生产设备之间输送流体。流体流动的状况对生产过程正常而高效进行、能量消耗、设备投资等密切相关，同时对传热、传质等其它单元操作的研究也离不开流体流动的基本规律。流体的密度流体：包括气体、液体、等离子体等单位体积的流体所具有的质量称为流体的密度

2、，通常以符号ρ表示。不同的流体其密度是不同的。对于任何一种流体，其密度又随其所具有的压力和温度而变化，即液体为不可压缩性流体，液体的密度随压力的变化很小，可忽略不计(除极高压力外)。温度对液体的密度会有一定的影响，故在手册或有关资料中，对液体的密度都注明了相应的温度条件。气体是可压缩性流体，其密度随温度和压力的变化较大，通常在温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可近似地用理想气体状态方程进行计算，即气体密度也可按下式进行计算：上式中的p0为标准状态(即p0=101.3kPa及T0=273K)下气体的密度，其值为当气体的压力较高、温度较低时，其密度应采用真实气体状态方程式进行计算。液

3、体混合物的密度对液体混合物，各组分的组成通常用质量分率表示。现以1kg混合液体为基准，假定各组分在混合前后其体积不变，则1kg混合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和，即──液体混合物中各组分的密度，kg/m3；──液体混合物中各组分的质量分率。──液体混合物的密度对于气体混合物，各组分的组成通常用体积分率表示。现以lm3混合气体为基准，如果各组分在混合前后其质量不变，则1m3混合气体的质量等于各组分的质量之和，即──气体混合物中各组分的密度，kg/m3；──气体混合物中各组分的体积分率。重度指单位体积流体所具有的重量，其表达式为──流体的重度，kgf/m3；──流体的重量，kgf；

4、V──流体的体积，m3。相对密度相对密度是指液体的密度(或重度)与277K(即4℃)时纯水的密度(或重度)之比，工程上也称比重。相对密度(或比重)是没有单位的，通常以符号d表示，其表达式为由于在4℃时，国际单位制中水的密度和工程单位制中水的重度在数值上都是1000，所以由上式可知ρ=1000d，单位为kg/m3，γ=1000d，单位为kgf/m3。流体的比容单位质量流体的体积，称为流体的比容，通常以υ表示，单位为m3/kg。显然，比容与密度互为倒数，即1.1概述流体流动的两种考察方法连续性假定以单个分子考察时，流体是不连续的；化工原理中，以流体质点（或微团）为考察对象；质点（或微团）：含

5、有大量分子，其尺寸比分子自由程大得多，但远小于设备尺寸。因此流体是由大量质点组成，彼此之间没有空隙、完全充满所占空间的连续介质。描述流体运动的两种方法拉格朗日法观察者缩小到微团尺度大小并站立于微团上，叙述观察者自己移动的距离、速度等与时间的关系。同一质点在不同时刻的状态。某一流体质点的运动轨迹为轨线。欧拉法观察者站立在流体外空间中某一固定位置，观察流体中各点的速度、密度、压强等的分布情况和随时间的变化情况。空间各点的状态及其与时间的关系。某一时刻速度一样的质点连线。（特点：不交）定态流动以欧拉法观察流体的流动时，如果空间各点的参数不随时间变化则为定态流动。系统与控制体系统（封闭系统）：拉

6、格朗日法特点：与环境有可以有力的作用和能量的交换；边界随流体一起运动；形状和大小随时间变化。控制体：欧拉法特点：封闭的固定界面；流体可自由进出；控制面上可以有力的作用与能量、质量的交换。流体流动中的作用力体积力特点：作用于流体的每一个质点上，并与流体的质量成正比。典型力：重力、离心力表面力特点：与表面积成正比。压力与剪力单位面积上的压力：压强单位面积上的剪力：剪应力流体的粘度流体在流动时产生内摩擦力的这种性质，称为流体粘性。实验证明，对一定的流体，内摩擦力F与两流体层的速度差∆u成正比，与两流体层间的垂直距离∆y成反比，与两流体层间的接触面积S成正比，即引进比例系数μ，可把上式写成等式，

7、即：──速度梯度，即在与流体流动方向垂直的方向上速度随距离的变化率；──比例系数，其值与流体性质有关，流体的粘性越大，其值越大，所以也称为流体的粘性系数（粘度，动力粘度，绝对粘度）。该式称为牛顿(Newton)粘性定律。它的物理意义是流体流动的内摩擦力的大小与流体性质有关，且与流体流动的速度梯度和流层接触面积成正比。单位面积上的内摩擦力称为摩擦应力或剪应力，以τ表示，于是上式可写成粘度把流体的粘性系数称为动力粘度，简称粘度。粘度的物