食品工程原理-流动流体1

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1、1江苏大学食品工程原理教学课件第一章流体流动1.1流体静力学任晓锋13775362503renxiaofeng@ujs.edu.cn2上次课程的主要内容单元操作：定义、特点食品工程原理的两条主线单位换算的方法3本章内容流体静力学流体在管内的流动流体流动现象管内流动的阻力和流速分布管路计算流量和流速的测量4流体流动是食品工程原理的重要基础，原因:1）流体的输送:2）压强、流速和流量的测定：3）强化设备，提供适宜的流动条件:51基本概念1.1流体液体和气体的总称1.2流体的连续性假定以分子为研究对象来考察流体，可否？为什么？不连续，随机运

2、动。连续性假定：将流体视为由无数质点组成的连续介质。流体质点是指含有大量分子的极小单元或微团。质点的尺寸远远小于设备的尺寸，但比分子的自由程要大得多。（既不是微粒，又不是分子）高真空稀薄气体不适用。61.3体积力（Fb）体积力（质量力）指作用于流体的每一个质点上，并与流体的质量成正比的力。对于均质（ρ=常数）流体也与体积成正比。典型代表：流体在重力场中所受到的重力和在离心力场中所受到的离心力。71.4表面力（Fs）表面力与作用的表面积成正比，单位面积上的表面力称之为表面应力。表面力分解为垂直表面的法向分力与平行于表面的切向分力（剪切分力

3、），如下图所示。压强:单位面积上的法向力剪应力:单位面积上的切向力静止流体不能承受任何剪切力，故只有法向力。剪应力与粘度有关，在本章后面讲。表面力的分解合力切向力法向力81.5流体的密度单位体积流体所具有的质量，单位kg/m3当ΔV→0时，ρ的极限即为流体某点的密度。可压缩流体和不可压缩流体。手册和各种资料可查，附录也有。掌握换算。比容ν：密度的倒数9（1）气体（含混合气体）的密度1)单一气体气体可压缩，随T和p变化较大；一般压强不太高，温度不太低时，按理想气体（idealgas）处理。102）混合气体常用体积分率表示，混合前后质量不变

4、，以1m3为基准。平均分子量Mm，以1m3为基准。11（2）液体的密度各组分浓度常用质量分率表示，以1kg为基准，混合后体积不变。122、流体静压强（1）定义（2）单位制及其换算PaSI单位制N/m2atm标准大气压101.325kPaat工程大气压=1kgf/cm2=10mH2Obar巴=1×105Pa1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133×105Pa1at=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O=0.9807bar=9.807×105Pa13（3）静压强的

5、表示方法绝对压强：表压强（表压）：真空度：三者之间的关系：流体压力具有以下两个重要特性：①流体压力处处与它作用面垂直，并且总是指向流体的作用面；②流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在空间的方位无关。P2大气压线P1绝对压强绝对零压线绝对压强表压强真空度143、流体静力学基本方程式（1）公式的推导取微元立方体dxdydz，“刚性”流体各个侧面受力平衡Z轴方向平衡（注意p的方向）流体平衡微分方程相加15（2）流体静力学基本方程式的讨论同一连续的液体内，同一水平面的p相等；p0改变量=p的改变量；压强差的大小可用一定高度的液体柱表示；可适

6、用气体，ρ视为常数；条件：静止、连续、同种液体；解题注意选准基准点。流体静力学基本方程式16例：多种流体在同一容器的压强分布已知A为水层，1000kg/m3，0.8m；B为油层，800kg/m3，0.5m；C为轻质液体，500kg/m3，0.4m，求水在观察管中的高度（以观察管最低点计算）。解：1000×0.8＋800×0.5＋500×0.4=1000hh=1.4mABC174流体静力学的应用（1）压强和压强差的测定（液柱压差计）1）U型压差计条件：AB不互溶、不反应、密度A>B。思考题：被测液体为水，选用水银作为指示液可否？为什么？若

7、被测管水平放置，简化U型管一端与大气连通，测得为流体表压。18192）倾斜液柱压差计p1-p2较小时，采用它的放大效应。3）微差压差计特点：A与C密度相近，不相溶扩大室>>管体积p2RρcρAp1R´Rp1p2α20（2）液位的测量目的：了解容器内物料的贮存量控制设备内的液面常见、原始的方法观察孔连通器21（2）液位的测量1）压差法2）远程液位测量气速慢，气体阻力可忽略22（3）液封高度的计算1）液封考虑安全，取大还是取小？2）液封密闭（2）倒装倾斜管上的U型压差计24小结静力学基本方程式的灵活运用25作业P701、2、3根据“倒装倾斜

8、管上的U型压差计”推导测量压差的公式预习P17-21页