化工原理完整教材课件.ppt

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1、化工原理PrinciplesofChemicalEngineering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、此外，非均相体系的分离、搅拌（或混合）都是流体力学原理的应用。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14学时，习题课4学时。1.1概述流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因有以下三个方面：（1）流动阻力及流量计算（2）流动对传热、传质及化学反应的影响（3）流体的混合效果化工生产中，经常应用流体流动的基本原理及其流动规律解决关问题。以图1-1为煤气洗涤装置为例来说明：流体动力学问题：流体

3、（水和煤气）在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中流动等；流体静力学问题：压差计中流体、水封箱中的水图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。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、）；（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之一1.1.2流体流动的考察方法流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。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。这种考察方法认为流体是不连续的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将非常复杂。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

5、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，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

6、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

7、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。*本节的难点本节点无难点。1.2流体静力学基本方程流体静力学主要研究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