2019年 化工原理第01章课件.ppt

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1、1概述1.1流体流动的考察方法1.1.1连续性假定固体力学：考察对象--单个固体，离散介质。流体力学：考察对象--无数质点，连续介质。例如点压强的考察p(正压力/面积)第1章流体流动质点——含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子平均自由程。可能性：1mm3常温常压气体含2.5×1015个分子，分子平均自由程为0.1μm量级。连续性假定——流体是由无数质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。目的：可用微积分来描述流体的各种参数。1.1.2考察方法拉格朗日法——选定流体质点，跟踪观察，描述运动参数。欧拉法——选定空间位置，考察流体运动

2、参数。轨线与流线(录像)的区别：轨线是同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线；流线是同一瞬时不同流体质点的速度方向连线。系统与控制体的区别系统（封闭系统）为众多流体质点的集合，是用拉格朗日法考察流体。控制体（某固定空间）如化工设备，是用欧拉法考察流体。本门课程通常用欧拉法。定态流动——流动参数仅随空间变化，而与时间无关。1.1.3流体受力体积力作用于体积中的各个部位，力的大小与体积（质量）有关。如：重力，惯性力，离心力。表面力分解成：垂直于作用面，压力p；平行于作用面，剪切力τ。1.1.4流体黏性(录像)黏性的物理本质：分子间引力和分子热运动、碰撞。牛顿黏性定律

3、τ—剪应力N/m2（Pa），μ—粘度N∙s/m2（Pa∙s）表明①流体受剪切力必运动。②牛顿型流体与非牛顿型流体的区别。μ=f(温度，压强)，压强不高，可以忽略。对液体，温度升高，黏度下降（内聚力为主）对气体，温度升高，黏度上升（热运动为主）理想流体:假定μ=0说明：（1）流体剪应力与法向速度梯度成正比，与正压力无关；（不同于固体表面的摩擦力）（2）当流体静止时du/dy=0,τ=0；（3）相邻流体层的流速，只能是连续变化的，紧靠静止固体壁面处的流体流速为0。黏度的单位较早的手册常用泊（达因∙秒/厘米2）或厘泊1cP（厘泊）＝0.001Pa∙s（水的黏度1cP，2

4、0度）有时也用ν＝μ/ρ，称运动黏度，单位m2/s。黏度μ又称动力黏度。1.1.5流体流动的机械能为单位质量流体的动能gz为单位质量流体的位能为单位质量流体的压强能1.2流体静力学1.2.1静止流体的压强分布1.2.1.1静压强的特性①任意界面上只受到大小相等方向相反的压力。②作用于任意点不同方位的静压强数值相等。③压强各向传递。1.2.1.2取控制体作力衡算,同样,1.2.1.3结合本过程特点解微分方程重力场得X=0,Y=0,Z=-g因,,则积分得p+ρgz=常数或等高等压，等压面讨论：1）p2=p1+ρgh适用条件：静止流体，重力场，不可压缩流体2）如上底面取

5、在容器的液面上，其压力为p0下底面取在容器的任意面上，其压力为p则p=p0+ρgh3）当p1有变化时，p2也发生同样大小的变化。p还与ρ，h有关ρ↑p↑h↑p↑4）等压面——在静止的、连续的、同一流体内，处于同一水平面上各点的压强相等。分析方法（数学分析法）①取控制体②作力衡算③结合本过程的特点，解微分方程1.2.1.4静力学方程应用条件①同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用)②静止(或等速直线流动的横截面---均匀流)③重力场④单连通1.2.2流体的总势能总势能（压强能与位能之和）虚拟压强1.2.3压强的表示方法1.2.3.1单位N/m2=Pa106Pa=1

6、MPa流体柱高度(p=ρgh)1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O1bar=105Pa1at=1kg(f)/cm2=9.81×104Pa1.2.3.2基准表压=绝对压-大气压真空度=大气压-绝对压表压真空度绝对零压大气压绝对压绝对压1.2.4静力学方程的工程应用1.2.4.1测压已知：R=180mm,h=500mm求：pA=?(绝压)，(表压)解：pB=pa+ρ汞gRpB=pA+ρ水ghpA=pa+ρ汞gR-ρ水gh=1.013×105+13600×9.81×0.18-1000×9.81×0.5=1.204×105Pa(绝压)pA=

7、1.204×105-1.013×105=1.91×104Pa(表压)1.2.4.2烟囱拔烟pA=p2+ρ冷ghpB=p2+ρ热gh由于ρ冷>ρ热,则pA>pB所以拔风烟囱拔风的必要条件是什么？1.2.4.3浮力的本质物体上下所受压强不同取微元：压差力=(p2-p1)dA=ρghdA=ρgdV排V排=ΣdV排1.2.4.4液封设备中压力要保持，液体要排出，须用液封。1.2.4.5流向判别接通后流向？流水的有无——静力学流水的多少——动力学判据:看z大小，还是p大小？同一水平高度比压强p左=pA+ρgzA=PAp右=pB+ρgzB=PB本次讲课习题：第一章1，2，3，

8、5，6，7