化工原理教案——第1章 流体流动

《化工原理教案——第1章 流体流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第1章流体流动     1.本章学习的目的         通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去     分析和计算流体流动过程的有关问题。     2.本章重点掌握的内容        （1）静力学基本方程的应用。        （2）连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。        （3）管路系统总能量损失方程（包括数据的获得）。基本要求:了解流体流动的基本规律，要求熟练掌握流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用，在此基础上解决流体

2、输送的管路计算问题。1、掌握的内容（1）流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取；（2）压强的定义、表示法及单位换算；（3）流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用；（4）流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算；（5）流动阻力产生的原因，流体在管内流动时流动阻力（直管阻力和局部阻力）的计算；（6）简单管路的设计计算及输送能力的核算；（7）管路中流体的压力、流速及流量的测量：液柱压差计、测速管（毕托管）、孔板流量计、转子流量计的工作原理、基本结构及计算；（8）因次分析法的原理、依据、结果及应用。2、熟悉的内容（1）

3、流体的连续性和压缩性、定态流动与非定态流动；（2）层流与湍流的特征；（3）管内流体速度分布公式及应用；（4）哈根-泊谡叶方程式的推导；（5）复杂管路计算要点；（6）正确使用各种数据图表；（7）边界层的概念。3、了解的内容（1）牛顿型流体与非牛顿型流体；（2）层流内层与边界层，边界层的分离。本结构与计基本结构与计基本结构与计基本结构与计流体是气体与液体的总称。流体流动是最普遍的化工单元操作之一，同时研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。连续介质假定从微观讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的单个分子所组成，而且分子总是处于随机运

4、动状态。但工程上，在研究流体流动时，常从宏观出发，将流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。所谓质点是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间，为连续介质。流体主要特征具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流体种类如果流体的体积不随压力变化而变化，该流体称为不可压缩性流体；若随压力发生变化，则称为可压缩性流体。一般液体的体积随压力变化很小，可视为不可压缩性流体；而对于气体，当压力变化时，体积会有较大的变化，常视

5、为不可压缩性流体，但如果压力的变化率不大时，该气体也可当作不可压缩性流体处理。1.1流体静力学1.1.1密度单位体积流体的质量，称为流体的密度，表达式为（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。38对一定的流体，其密度是压力和温度的函数，即液体密度通常液体可视为不可压缩流体，认为其密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可由手册中查得。气体密度对于气体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算（1-2）式中p——气体的绝对压力，Pa；M——气体的摩尔质量，kg/mol；T——

6、绝对温度，K；R——气体常数，其值为8.314J/（mol·K）。一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的，若条件不同，则密度需进行换算。化工生产中遇到的流体，大多为几种组分构成的混合物，而通常手册中查得的是纯组分的密度，混合物的平均密度ρm可以通过纯组分的密度进行计算。液体混合物的密度对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。假设各组分在混合前后体积不变，则有（1-3）式中——液体混合物中各组分的质量分率；——各纯组分的密度，kg/m3。气体混合物的密度对于气体混合物，其组成通常用体积分率表示。各组分在混合前后质量不变，则有（1

7、-4）式中——气体混合物中各组分的体积分率。气体混合物的平均密度也可利用式（1-2）计算，但式中的摩尔质量M应用混合气体的平均摩尔质量Mm代替，即38（1-5）而（1-6）式中——各纯组分的摩尔质量，kg/mol；——气体混合物中各组分的摩尔分率。对于理想气体，其摩尔分率y与体积分率φ相同。比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m3/kg。1.1.2压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上又称为压力。在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。压力的单位在SI单位中，压力的单位是N/m2，

8、称为帕斯卡，以Pa表示。此外，压力的大小也间接地以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。若流体的密度为，则液柱高度与压力的关系为（1-7）注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流