化工原理 第一章精.ppt

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1、化工原理 第一章1第1页，本讲稿共20页1.1概述概述一流体的概念和分类一流体的概念和分类分类：根据流体的分类：根据流体的压缩性压缩性第一节第一节 概概 述述2第2页，本讲稿共20页二研究流体流动的目的二研究流体流动的目的1掌握流体流动的基本原理掌握流体流动的基本原理单纯流动问题和流动中伴随传热、传质的问题单纯流动问题和流动中伴随传热、传质的问题2完成流体输送任务完成流体输送任务管路设计、管件选择、动力设备选择管路设计、管件选择、动力设备选择3估算工艺和操作参数估算工艺和操作参数根据流体流动的原理根据流体流动的原理流量、压力、位差、流量、压力、位差、管长、管径等。管长、管径等。第一节第一节 概

2、概 述述3第3页，本讲稿共20页三、研究流体流动的方法三、研究流体流动的方法把把流流体体视视为为由由无无数数个个流流体体微微团团（或或流流体体质质点点）所所组组成成，这这些些流流体体微微团团紧紧密密接接触触，彼此没有间隙。这就是彼此没有间隙。这就是连续介质连续介质模型。模型。流体微团（或流体质点）：流体微团（或流体质点）：宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；同同时时微微观观上上足足够够大大，它它里里面面包包含含着着许许许许多多多多的的分分子子，其其行行为为已已经表现出大量分子的统计学性质。经表现出大量分子的统计学性质。

3、第一节第一节 概概 述述4第4页，本讲稿共20页一、流体的密度和系统的压力一、流体的密度和系统的压力研究内容：研究内容：研究流体在研究流体在外力作用外力作用下的平衡规律，下的平衡规律，即处于即处于静止或相对静止静止或相对静止的规律。的规律。1。流体的。流体的密度密度用表示，属于物性影响因素：气体-种类、压力、温度、浓度 液体-种类、温度、浓度单位：kg/m31.2流体静力学方程及其应用流体静力学方程及其应用第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用5第5页，本讲稿共20页获得方法：（1）查物性数据手册 （2）公式计算：液体混合物：气体：-理想气体状态方程第二节第二节 流体静力学方程

4、及应用流体静力学方程及应用6第6页，本讲稿共20页2压力（压强）压力（压强）单单位位面面积积上上所所受受到到的的压压应应力力称称为为压压强强，习习惯惯上上称称之之为静压力，用符号为静压力，用符号p表示。表示。静压力各向同性（1）压力单位）压力单位SI制中，N/m2=Pa，称为帕斯卡第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用7第7页，本讲稿共20页（2）压力大小的两种表征方法）压力大小的两种表征方法第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用8第8页，本讲稿共20页二、流体静力学基本方程二、流体静力学基本方程1。含义：用于描述静止流体内部的压力沿高度变化的关系。含义：用于描

5、述静止流体内部的压力沿高度变化的关系2。研究对象：不可压缩流体。研究对象：不可压缩流体3。静力学方程的推导。静力学方程的推导Z1Z212取一液柱，横截面积为取一液柱，横截面积为A，密度为，密度为（1）液柱下底面的压力：）液柱下底面的压力：p2A（2）液柱上底面的压力：）液柱上底面的压力：p1A（3）液柱自身的重力：）液柱自身的重力：G=gV=gA(Z1 Z2)第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用9第9页，本讲稿共20页流体静力学方程根据力的平衡：p1A+G=p2A静压头第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用10第10页，本讲稿共20页静力学方程的讨论：静力学方

6、程的讨论：1）适用场合：适用场合：静止、连续、均质、不可压缩静止、连续、均质、不可压缩 2）等压面为水平面；）等压面为水平面；3）压力可传递）压力可传递-巴斯噶定理。巴斯噶定理。第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用11第11页，本讲稿共20页三、流体静力学基本方程的应用三、流体静力学基本方程的应用v单管压力计vU型管压力计1、压力计、压力计第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用12第12页，本讲稿共20页2压差计压差计（manometer）(1)U形压差计形压差计第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用13第13页，本讲稿共20页(2)双液柱压差

7、计双液柱压差计 1略小于略小于 2读数放大第二节第二节 流体静力学方程及应用流体静力学方程及应用14第14页，本讲稿共20页1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程一、基本概念一、基本概念点速度点速度v，单位，单位m/s1。流量和流速。流量和流速又称质量通量，kg/m2s又称平均流速，m/s第三节第三节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程15第15页，本讲稿共20页2。稳定流动与不稳定流动。稳定流动与不稳定流动流流动动参参数数都都不不随随时时间间而而变变化化，就就称称这这种种流流动动为为稳稳定定流流动动。否则就称为。否则就称为不稳定流动不稳定流动。二、流体流动的连续性方程二、流体流动的连

8、续性方程原理：质量守恒定律原理：质量守恒定律假定：无流体泄漏、无积累假定：无流体泄漏、无积累流入质量流量流入质量流量=流出质量流量流出质量流量 -管内流动的连续性方程第三节第三节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程16第16页，本讲稿共20页三、流体流动的能量衡算三、流体流动的能量衡算1。单位质量流体的总能量。单位质量流体的总能量E原理：原理：能量守恒定律能量守恒定律内能 U=f(T)位能 gz压力能 p/动能 u2/22。流体流动的总能量衡算式。流体流动的总能量衡算式第三节第三节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程17第17页，本讲稿共20页输入能量输入能量+外加功外加功+外加热量外加热

9、量=输出能量输出能量+能量损失能量损失讨论：讨论：（1）假设：流体不可压缩，）假设：流体不可压缩，1=2=流体流动时温度不变，流体流动时温度不变，U1=U2流体流动时与外界无热交换，流体流动时与外界无热交换，Q=0机械能衡算式机械能衡算式第三节第三节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程18第18页，本讲稿共20页（2）假设：流体流动时没有阻力）假设：流体流动时没有阻力（理想流体）、（理想流体）、无外功加入无外功加入柏努利方程式柏努利方程式（3）机械能衡算式的物理意义）机械能衡算式的物理意义u2/2单位质量流体具有的动能，称为单位质量流体具有的动能，称为动压能动压能u2/2g单位重量流体具有的

10、动能，称为单位重量流体具有的动能，称为动压头、速度头动压头、速度头（z+p/g+u2/2g）总机械能，称为总机械能，称为总压头总压头H 外加压头，外加压头，Hf 压头损失压头损失第三节第三节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程19第19页，本讲稿共20页3。使用机械能衡算方程时，应注意的问题。使用机械能衡算方程时，应注意的问题v控制体的选取：控制体的选取：控制体内的流体必须连续、均质；控制体内的流体必须连续、均质；有流体进出的那些控制面（流通截面）应与流动方向相垂直，且已知有流体进出的那些控制面（流通截面）应与流动方向相垂直，且已知条件最多；条件最多；包含待求变量。包含待求变量。v基准水平面的选取基准水平面的选取 v压力压力用用绝绝压压或或表表压压均均可可，但但两边必须统一。两边必须统一。第三节第三节 流体流动的基本方程流体流动的基本方程20第20页，本讲稿共20页