化工原理第1章第1、2节讲稿.ppt

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1、第第 一一 章章 流流 体体 流流 动动 流体：液体和气体统称流体。1.1 1.1 流体的物理性质流体的物理性质一、流体的密度一、流体的密度二、流体的粘度二、流体的粘度2023/1/20 一、流体的密度一、流体的密度 1.密度定义密度定义 单位体积的流体所具有的质量，;SI单位kg/m3。2.影响影响的主要因素的主要因素2023/1/20液体：不可压缩性流体不可压缩性流体气体：可压缩性流体可压缩性流体3.气体密度的计算气体密度的计算理想气体在标况下的密度为：例如：标况下的空气，操作条件下（T,P）下的密度：2023/1/20 由理想气体方程求得操作条件（T,P）下的密度4.4.混合物的密度混合

2、物的密度 1）液体）液体混合物的密度混合物的密度m 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:假设混合后总体积不变，2023/1/20液体混合物密度计算式液体混合物密度计算式 2)2)气体混合物的密度气体混合物的密度 取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为:xvA,xvB,xVn,i =1,2,.,n2023/1/20混合物中各组分的质量为：当V总=1m3时，若混合前后,气体质量不变，当V总=1m3时,气体混合物密度计算式气体混合物密度计算式当混合物气体可视为理想气体时,理想气体混合物密度计算式理想气体混合物密度计算式2023/1/205.与与密度相关的几个物理量密度相关的几个

3、物理量 1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用表示，单位为m3/kg。2）比重(相对密度)：某物质的密度与4下的水的密度的比值，用 d 表示。在数值上:2023/1/20 二、牛顿粘性定律与流体的粘度 1.牛顿粘性定律牛顿粘性定律 流流体体的的内内摩摩擦擦力力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。流体阻力产生的依据流体阻力产生的依据2023/1/20剪应力：单位面积上的内摩擦力，以表示。适用于u与y成直线关系 2023/1/20牛顿粘性定律牛顿粘性定律式中：速度梯度 比例系数，它的值随流体的不同而不同，流体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度。

4、2023/1/202、流体的粘度、流体的粘度 1)物理意义物理意义 促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来 2)粘度与温度、压强的关系粘度与温度、压强的关系 a)液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体的粘度基本不变。2023/1/20 b)气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而增加的很少。3）粘度的单位）粘度的单位 在SI制中：在物理单位制中，2023/1/20SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：4)混合物的粘度混合物的粘度对常压气体混合物：对于分子不缔合的液体混合物：2023/1/20 5）运动粘度）运动粘度单位：SI制：m2/

5、s；物理单位制：cm2/s，用St表示。1.21.2流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 一、一、流体的压力流体的压力二、二、流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 三、三、流体静力学方程的应用流体静力学方程的应用2023/1/20一、流体的静压强一、流体的静压强1 1、压强的定义、压强的定义 流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强。SI制单位：N/m2，即Pa。其它常用单位有：atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。2023/1/20换算关系为：2、压强的表示方法、压强的表示方法1）绝对压强（绝压）2）表压 强（表

6、压）表压强表压强=绝对压强绝对压强-大气压强大气压强 2023/1/203）真空度：真空表的读数 真空度真空度=大气压强大气压强-绝对压强绝对压强=-=-表压表压绝对压强、真空度、表压强的关系为 绝对零压线大气压强线A绝对压强表压强B绝对压强真空度 当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。2023/1/20二、流体静力学方程二、流体静力学方程1、方程的推导、方程的推导在1-1截面受到垂直向上的压力 在2-2 截面受到垂直向下的压力：小液柱本身所受的重力：因为小液柱处于静止状态，2023/1/20即：三式分别乘dz、dx、dy,并相加得同理对于x和y 轴有：对于不可压缩流体，密度为常数，积分上

7、式得：2023/1/20若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为P0，取下底面在距离液面h处，作用在它上面的压强为P 任取两点则有：或：2023/1/20流体的静力学方程流体的静力学方程 表明在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律。2、方程的讨论、方程的讨论1）液体内部压强p是随p0和h的改变而改变的即：2）当容器液面上方压强p0一定时，静止液体内部的压强P仅与垂直距离h有关，即：处于同一水平面上各点的压强相等。2023/1/20 3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部的任一点。4）从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静

8、止的连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一流体的内部则不满足这一关系。5）可以改写成 2023/1/20 6)方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的气体，只适用于压强变化不大的情况。例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,密度 ，水层高度h2=0.6m，密度为 1）判断下列两关系是否成立 PAPA，PBPB。2）计算玻璃管内水的高度h。2023/1/20解：（1）判断题给两关系是否成立A，A在静止的连通着的同一种液体同一水平面上 因B，B虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液体，即截面B-B不是等压面，故（2）计算水在玻璃管内的高度hPA和PA又分别可用流体静力

9、学方程表示 设大气压为Pa 2023/1/202023/1/20三、静力学方程的应用三、静力学方程的应用1 1、压强与压强差的测量、压强与压强差的测量1）U型管压差计型管压差计根据流体静力学方程2023/1/20当被测的流体为气体时，可忽略,则，两点间压差计算公式两点间压差计算公式 若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气相通，那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气压之差，也就是被测流体的表压。当管子平放时：2023/1/202）倾斜倾斜U型管压差计型管压差计 假设垂直方向上的高度为Rm，读数为R1，与水平倾斜角度 3)微差压差计微差压差计 U型管的两侧管的顶端增设两个小扩大室,其内径

10、与U型管的内径之比10，装入两种密度接近且互不相溶的指示液A和C。2023/1/20根据流体静力学方程可以导出：微差压差计两点间压差计算公式 例：用3种压差计测量气体的微小压差 试问：1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？2023/1/202）用倾斜U型管压差计，=30，指示液为苯，其读数R为多少？3）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大室截面积远远大于U型管截面积，此时读数R为多少？已知：苯的密度 水的密度 解：1）普通管U型管压差计2023/1/202）倾斜U型管压差计 3）微差压差计 故：2023/1/202、液位的测定、液位的测定 液位计的原理遵循静止液体内部压强变

11、化的规律,是静力学基本方程的一种应用。液柱压差计测量液位的方法：由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。当R0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。2023/1/203、液封高度的计算、液封高度的计算 液封的作用：若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用就是：当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为安全性液封安全性液封。若设备内为负压操作，其作用是：防止外界空气进入设备内 液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据流体流体静力学基本方程式静力学基本方程式。2023/1/20例：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。解：过液封管口作基准水平面o-o，在其上取1，2两点。