化工原理 第1章：流体流动

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1、化工原理化工原理教研室Tel:022Tel:022--6020224660202246化工原理——流体流动第一章流体流动1.1概述流体流动是各单元操作的基础。化工生产中主要应用流体流动基本原理及其流动规律的方面有：①流体流动阻力及流速、流量测量②流动对传热、传质及化学反应的影响③流体的混合化工原理——流体流动流程分析：流体在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中流动等，是流体动力学问题。流体在压差计，水封箱中的水处于静止状态，则是流体静力学问题。为了确定流体输送管路的直径，计算流动过程产生的阻力和输送流体所需的动力。选择输送设备的类型和型号，以及测定流体的流量和压强等。流体流动将影响过程系统

2、中的传热、传质过程等，是其他单元操作的主要基础。化工原理——流体流动1.1.1流体流动的考察方法1.连续性假定化工原理——流体流动1.1.1流体流动的考察方法连续性假定——流体是由无数质点组成，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。目的：可用微积分和连续函数来描述流体的各种参数。连续性假定对绝大多数情况是适合的，但高真空下的气体除外。化工原理——流体流动1.1.1流体流动的考察方法2.运动的描述方法拉格朗日法——选定流体质点，跟踪观察描述运动参数。（微观考察方法）欧拉法——固定空间位置，考察经过此地的流体运动参数。（宏观考察方法）欧拉法描述各有关参数在空间各点的分布情况和随时间的

3、变化。该固定空间称为控制体。在控制体的控制面上有力的作用和能量、质量交换。化工原理——流体流动1.1.1流体流动的考察方法3.流线与轨线轨线是同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线。流线是同一瞬时不同流体质点的速度方向连线。由于同一点在指定某一时刻只有一个速度（矢量），所以各流线不会相交。化工原理——流体流动1.1.2流体流动中的作用力在流体中任取一微元体积作为研究对象，它受到的力有质量力和表面力两类。1.质量力——施加于流体所有质点上，且与质量成正比的力。对于均质流体质量力与流体的体积成正比，因此也称为体积力。例如：流体在重力场中所受到的重力、在离心力场中所受到的离心力、带电流体受

4、到的静电力、电流通过流体产生的电磁力等都是体积力。在化学工程中，通常只考虑重力。化工原理——流体流动1.1.2流体流动中的作用力若设作用在质量为m的流体上的重力为F，则单位质量的质量力为F/m，从物理学可知其数值就等于自由落体加速度g，若用F,F,F分别表示单位质量的质量力在x、y、z轴上的xyZ分量，则：X=F/mxY=F/myZ=F/mz其数值也就分别等于自由落体加速度g在x、y、z轴上的分量，则：zX=Y=0Z=−mg/m=−gxy化工原理——流体流动1.1.2流体流动中的作用力2.表面力——与流体微元接触的外界（器壁、或指定的流体微元周围的其他流体）施加于该流体微元之力。表面力

5、与作用的表面积成正比，单位面积上的表面力称之为应力。通常可以将表面力分解为法向分力与切向分力，如图所示。单位面积上的法向力又称之为压强。单位面积上的切向力称之为剪切应力静止流体：表观为静压力运动流体：压力和粘性力化工原理——流体流动1.2流体静力学基本方程式本节讨论流体在重力和压力作用下的平衡规律1.2.1流体的密度1.气体的密度压强不太高，温度不太低某状态下理想气体的密度：时，可按理想气体处理。但气PMMT0P体密度随P、T而变，因而须标ρ=或ρ=明其状态。RT22.4TP0若手册中查出P’,T’下的ρ’p:[P][Pa]—气体的绝对压强操作状态P,T的ρ，则p:[Pa]—气体的绝对

6、压强（标准状态下）0T'PT:[K]—气体的绝对温度ρ=ρ'P'T化工原理——流体流动1.2.1流体的密度2.液体的密度压力的变化对其密度的影响很小，可以忽略不计，故通常可视液体为不可压缩流体。但T影响较大，一般查手册可得。3.混合物的密度①气体混合物的密度②液体混合物的密度以1m3混合气体为基准，各以1kg液体混合物为基准，组分混合后其质量不变，则各组分混合后其体积不变，则ρm=ρAxva+ρBxvb+…+ρnxvn1xwAxwBxwn=++…+同样，也可由下式求得：ρmρAρBρnMTPm0ρ=m22.4TP0化工原理——流体流动1.2.2静止流体的压强分布1.静压强的特性流动的流

7、体的静压强垂直于流动方向化工原理——流体流动1.2.3流体静力学基本方程式1.取控制体作力衡算化工原理——流体流动2.结合本过程解微分方程化工原理——流体流动化工原理——流体流动2.静力学方程应用条件3.流体的总势能化工原理——流体流动1241.2.4压强的表示方法绝对压强：以绝对零压为基准，是流体的真实压强表压强：以大气压为基准真空度：负的表压强表压强大气压线真空度绝对绝压对强压绝对零压线强化工原理——流体流动1.2.4压强的表示方法单位表示