化工原理第一章 流体力学ppt课件.ppt

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1、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1.1概述化工生产中，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（与油脂车间很多处相似）为例来说明：流体动力学问题：流体（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1.1概述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

2、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煤气洗涤装置流体的特征：具有流动性。即抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。流体:在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如气体和液体。1.1.1流体的分类和特性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

3、牛倾型流体；1.1.2流体流动的考察方法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。质点：指一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程大得多。（板书）定态流动（稳定流动）若空间各点的状态不随时间变化，该流动称为定态流动（FlowofStation

4、aryState)。ux,uy,uz,p,……＝f(x,y,z)与t无关若空间各点的状态随时间变化，该流动称为非定态流动（FlowofUnstationaryState)。系统：是包含众多流体质点的集合。系统与外界可以有力的作用与能量的交换，但没有质量的交换。（板书）流体流动中的作用力（1）体积力（bodyforce）与流体的质量成正比，对于均质的流体也与流体的体积成正比。如流体在重力场中运动时受到的重力(Gravity)和在离心力场中运动时受到的离心力(CentrifugalForce)。（2）表面力(Surfaceforce)

5、与流体的表面积成正比。若取流体中任一微小的平面，作用于其上的表面力可分为压力和剪力。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。1.2.2流体的压强及其特性垂直作用于单位面积上的表面力称为流

6、体的静压强,简称压强。流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强称之为压力。在SI中，压强的单位是帕斯卡，以Pa表示。但习惯上还采用其它单位，它们之间的换算关系为：（2）压强的基准压强有不同的计量基准：绝对压强、表压强、真空度。1.2.2.1流体的压强（1）定义和单位.1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133×105Pa绝对压强以绝对零压作起点计算的压强，是流体的真实压强。表压强压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，即:表压强＝绝对压强－大气压强

7、　真空度真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，即:真空度＝大气压强－绝对压强流体的压强（板书）图绝对压力、表压和真空度的关系（a）测定压力>大气压（b）测定压力<大气压绝对压力测定压力表压大气压当时当地大气压（表压为零）绝对压力为零真空度绝对压力测定压力（a）（b）1.2.1.2流体压强的特性流体压强具有以下两个重要特性：①流体压力处处与它的作用面垂直，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。熟悉压力的各种计量单位与基准及换算关系，对于以后的学习和实际工程

8、计算是十分重要的。zo1.2.3流体静力学基本方程(Basicequationsoffluidstatics)推导过程使用条件物理意义工程应用1.2.3.1方程式推导图1-3流体静力学基本方程推导（1）向上作用于薄层下底的总压力，PA（2）向下作用