化工原理-化工原理-流体流动

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1、化工原理PrinciplesofChemicalEngineering流体流动第一章流体流动FluidFlow--内容提要--流体的基本概念  静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努利方程流体流动的现象流动阻力的计算、管路计算第一章流体流动.学习要求1.本章学习目的通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流体流动过程的有关问题，诸如：（1） 流体输送：流速的选择、管径的计算、流体输送机械选型。（2）  流动参数的测量：如压强、流速的测量等。（3）  建立

2、最佳条件：选择适宜的流体流动参数，以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。2本章应掌握的内容（1）流体静力学基本方程式的应用；（2） 连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用条件、解题要点；（3）  两种流型的比较和工程处理方法；（4）   流动阻力的计算；（5）  管路计算。3.本章学时安排授课10-12学时.1.1概述流体动力学问题：流体静力学问题：图1-1煤气洗涤装置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。根据阻力与流量等参数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

3、。流体流动将影响过程系统中的传热、传质过程等，是其他单元操作的主要基础。图1-1煤气洗涤装置1.1概述1.1.1流体的分类和特性气体和流体统称流体。流体有多种分类方法：（1）按状态分为气体、液体和超临界流体等；（2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体；（3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘性流体（或实际流体）；（4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而构成了流体力学原理研究的复杂内容

4、之一1.1.2流体流动的考察方法在物理化学（气体分子运动论）重要考察单个分子的微观运动，分子的运动是随机的、不规则的混乱运动。1.1.2.1连续性假设(Continuumhypotheses)在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流体视为由无数质点组成的连续介质。连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间没有间隙、完全充满所占空间连续介质，流体的物性及运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续函数的数学工具加以描述。1.1.2.2流体流动的考察方法①拉格朗日法选定一个流体质点，对其跟踪观察

5、，描述其运动参数（位移、数度等）与时间的关系。可见，拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。②欧拉法在固定的空间位置上观察流体质点的运动情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情况合随时间的变化，例如对速度u，可作如下描述：1.1.2流体流动的考察方法任取一微元体积流体作为研究对象，进行受力分析，它受到的力有质量力（体积力）和表面力两类。（1）质量力（体积力）与流体的质量成正比，质量力对于均质流体也称为体积力。如流体在重力场中所受到的重力和在离心力场所受到的离心力，都是质量力。（2）表面力表面力与作用的

6、表面积成正比。单位面积上的表面力称之为应力。①垂直于表面的力p，称为压力（法向力）。单位面积上所受的压力称为压强p。②平行于表面的力F，称为剪力（切力）。单位面积上所受的剪力称为应力τ。1.1.3流体流动中的作用力1.2.流体静力学基本方程(Basicequationsoffluidstatics)*本节主要内容流体的密度和压强的概念、单位及换算等；在重力场中的静止流体内部压强的变化规律及其工程应用。*本节的重点重点掌握流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用实例。1.2流体静力学基本方程流体静力学主要研究

7、流体流体静止时其内部压强变化的规律。用描述这一规律的数学表达式，称为流体静力学基本方程式。先介绍有关概念：1.2.1流体的密度单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。以ρ表示，单位为kg/m3。（1-1)式中ρ---流体的密度，kg/m3；m---流体的质量，kg；V---流体的体积，m3。当ΔV→0时，Δm/ΔV的极限值称为流体内部的某点密度。1.2.1.1液体的密度液体的密度几乎不随压强而变化，随温度略有改变，可视为不可压缩流体。纯液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方法获取。混合液体的密度，在忽

8、略混合体积变化条件下，可用下式估算（以1kg混合液为基准，混合前后体积不变），即（1-2）式中ρi---液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；αi---液体混合物中各纯组分的质量分率。1.2.1流体的密度1.2.1.2气体的密度气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。气体的密度必须标明其状态。纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：（1-3）式中