食品工程原理 教学课件 作者 姜淑荣 主编 冷士良 主审第一章.ppt

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1、流体流动第一章流体流动1.1流体静力学1.2流体动力学1.3流体阻力1.4管路计算1.5流量的测量流体流动1.1流体静力学流体静力学是研究流体处于相对静止状态下的平衡规律，在讨论此规律以前，先对与此有关的物理量加以说明。1.1.1流体的主要物理量1．密度、相对密度、重度、比体积（1）密度①定义。单位体积流体的质量，称为流体的密度，以ρ表示，若以m代表体积为V的流体的质量，则（1-1）流体流动②与流体密度有关的因素。任何流体的密度，都随它的温度和压力而变化，但压力对液体的密度影响很小，可忽略不计，故常称液体

2、为不可压缩的流体，温度对液体的密度有一定的影响，如纯水的密度在277K时为1000kg/m3而在293K时则为998.2kg/m3。因此，在选用液体密度数据时，要注意测定该数值所对应的温度。流体流动气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度的不同有较大的变化，因此气体的密度必须标明其状态（温度、压力），当查不到某一温度和压力条件下的气体密度数值时，在一般的温度和压力下，气体密度可近似的用理想气体状态式计算，即：（1-2）式中p—气体的绝对压力，Pa或N/m2；T—气体的温度，K；M—气体的摩尔质量，k

3、g/mol；R—气体常数，8.314J/（mol·K）。流体流动③流体的密度计算：流体的密度一般可在有关手册中查得，常见气体和液体的密度数值见附录。a.液体密度的计算纯组分液体密度的计算：液体混合物密度的计算：液体混合物的组成常以质量分数表示，要计算其密度，可取1kg混合液体为基准，设各组分在混合前后其体积不变，则1kg混合液体的体积应等于各组分单独存在时的体积之和，即（1-3）式中ρ1,ρ2,…ρn——液体混合物中各纯组分液体在混合液温度下的密度，kg/m3；Xw1,Xw2,…Xwn——液体混合物中各组

4、分液体的质量分数。流体流动b.气体密度的计算纯组分气体密度的计算气体混合物密度的计算：气体混合物的组成常以体积分数表示，其密度的计算方法如下：以1m3混合气体为基准，设各组分在混合前后的质量不变，则1m3混合气体的质量等于各组分的质量之和，即：ρm=ρ1Xv1+ρ2Xv2+…+ρnXvn（1-4）式中ρ1,ρ2,…ρn—气体混合物中各纯组分气体的密度，kg/m3；Xv1,Xv2,…Xvn—气体混合物中各组分气体的体积分数。流体流动或ρm=（1-5）式中M均=M1Xv1+M2Xv2+…+MnXvnM1,M2

5、,…Mn—气体混合物中各纯组分气体的摩尔质量，kg／mol。c.液体密度的测定方法：工业上测定液体密度最简单的方法是用比重计，但此时测得的数值为相对密度。流体流动（2）相对密度、重度流体密度与277K时水的密度之比，称相对密度，用符号d277T表示，习惯称为相对密度，相对密度是没有单位的。即d277T=（1-6）重度（r）是单位体积流体的重量，其单位是N/m3，工程单位表示的重度与国际单位表示的密度在数值上相等，但二者意义完全不同。密度与重度的关系，犹如质量与重量的关系：即r=ρg（1-7）（3）比体积（

6、v）密度的倒数称为比体积，其单位为m3/kg。即（1-8）流体流动例1-1　已知空气的组成为21%O2和79%N2（均为体积分数），试求在100kN/m2和400K时空气的密度。解空气为混合气体，先求M均。M均=M1XV1+M2XV2M1=MO2=32kg/kmolXV1=0.21M2=MN2=28kg/kmolXV2=0.79所以M均=0.21×32+0.79×28=28.8kg/kmol流体流动再由式ρm=计算已知p=100kN/m2T=400KR=8.314J/mol.K所以=0.87kg/m3流体

7、流动例1-2已知乙醇水溶液中，按质量分数计，乙醇的含量为95%，水分为5%。求此乙醇水溶液在293K时的密度近似值。解由式（1-3）得令乙醇为第1组分，水为第2组分。已知XW1=0.95XW2=0.05流体流动查附录，在293K时ρ1=789kg/m3ρ2=998kg/m3将XW、ρ值代入上式得=0.001204+0.00005=0.001254所以ρ=1/0.001254=797kg/m3查附录，95%乙醇在293K的密度为804kg/m3,上面的近似值的误差为（804-797）/804=0.9%流体流

8、动2．压力流体的压力是流体垂直作用于单位面积上的力，严格地说应称为压强（压力强度），但习惯上称为压力。压力的SI单位为N/m2即Pa，其他常见压力单位及单位间的换算关系见附录。测量流体压力用的仪表为压力表或真空表，也就是说压力是由压力表或真空表显示出来的，根据各表所显示数据性质的不同，压力有三种表示方法。流体流动（1）表压力当所测压力的实际值大于表所在处的大气压力时，需安装压力表测流体压力，此时从压力表上读出的压力称为表压力，