化工-第二章流体流动与输送

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1、化学工程基础FundamentalsofChemicalEngineering河南理工大学物理化学学院张大峰Tel:13513820267E-mail:dfzhang@hpu.edu.cn第二章流体流动与输送§2.1流体静力学§2.2流体流动§2.3流体流动系统的质量衡算§2.4流体流动系统的能量衡算§2.5管内流动阻力§2.6流体流量的测量§2.7流体输送设备3本章主要内容：1.主要讨论流体处于相对静止和流动过程的基本原理和基本规律：流体静力学基本方程、连续性方程、机械能衡算方程、流动阻力及能量损失的计算；2.流体在输送系统中压强的变化与测量；3.输送管路设计与所需功率的计算；4.流

2、量测量；5.输送设备的选型与操作；掌握：流体的密度、粘度和压强的定义、单位和换算流体静力学基本方程式、流量方程式、连续性方程式、柏努利方程式及其应用流体的流动类型及其判定，雷诺数及其计算流体在圆形直管内阻力及其计算了解：圆形直管内流体流动的速度分布，边界层的基本概念局部阻力的计算孔板流量计、转子流量计的基本结构、测量原理了解典型流体输送设备——离心泵2.1流体静力学基本名词流体的静力学属性及静力学方程流体静力学方程的应用2021/8/36§2.1流体静力学2.1.1基本名词1.流体是否仅指液体？承受任何微小切向应力都会发生连续变形的物质。流体气体液体流体质点与连续介质模型把流体视为由无

3、数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型。2021/8/37流体微团（或流体质点）：宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质.2021/8/38流体的特征1．易流动性流体受到外部切向力作用时，易于变形而产生流动。2．可压缩性流体在外部温度和压力作用下，流体分子间的距离会发生一定的改变，表现为流体密度大小的变化。工程上：流体可压缩流体不可压缩流体密度为常数气体液体92.流体的静力学属性1)流体的密度流体的密度：单位体积流体的质量，，属于物性。

4、影响因素：流体种类、浓度、温度、压力获得方法：（1）查物性数据手册（2）公式计算：2021/8/310液体混合物：(无体积效应)气体：----------理想气体状态方程气体混合物：(wn：质量分数)(n：体积分数)2)相对密度相对密度为物质密度与4C时纯水密度之比，用d表示，量纲为一。如：113）流体的压强及其表示方法流体的压强：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压力。（1）压强单位SI制中，N/m2=Pa，称为帕斯卡1atm(标准大气压)=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/cm2=1.0

5、13×105N/m2=1.013bar1at(工程大气压)=735.6mmHg=10mH2O=1kgf/cm2=9.807×104N/m2=0.9807bar=9.807×104Pa1bar(巴)=105Pa1torr(托)=1mmHg12表压＝绝对压力-当地大气压真空度＝当地大气压-绝对压力（2）压强大小的两种表征方法绝对压强表压强【例】：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33kPa。分析：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压，根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对

6、压。解:绝压=大气压-真空度=85300–80000=5300[Pa]真空度=大气压-绝压=101330-5300=96030[Pa]142.1.2流体静力学基本方程式流体受力质量力表面力如重力、离心力等，属于非接触性的力。法向力(压力)切向力(剪力)静止流体受力质量力法向力----单位面积上的压力称为压强,习惯上称为静压力。----重力场中单位质量流体所受质量力,即为重力加速度。反映了流体不受水平外力作用，只在重力作用下流体内部压力（压强）的变化规律。15流体静力学方程的推导如图所示，取一垂直流体柱，其底面积为A，在距底面高度为z的水平面上作用的压强为p，分析此水平面上厚度为dz的薄

7、层流体所受的力为：(1)向上作用于薄层底面的总压力p·A；(2)向下作用于薄层顶面的总压力(p+dp)A；(3)薄层向下作用的重力ρgdz·Adzp+dppAg16流体静止时，作用于流体柱的力处于平衡状态，三力之和应等于零，即：简化得：pA-(p+dp)A-gAdz=0dp+gdz=0若ρ为常数，上式的不定积分：如取z1和z2为积分下、上限，而作用于z1和z2两个平面上的压强分别为p1、p2，则：流体静力学方程17适用场合：绝对静止、连续、