流体流动1.ppt

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1、第一章第一章 流体流动流体流动 流体：液体、气体（具有流动性无固定形状）流体：液体、气体（具有流动性无固定形状）流体：液体、气体（具有流动性无固定形状）流体：液体、气体（具有流动性无固定形状）流体的流动是各单元操作中普遍涉及的现象，化流体的流动是各单元操作中普遍涉及的现象，化流体的流动是各单元操作中普遍涉及的现象，化流体的流动是各单元操作中普遍涉及的现象，化工生产中所处理的原料、半成品以及产品大多数是流工生产中所处理的原料、半成品以及产品大多数是流工生产中所处理的原料、半成品以及产品大多数是流工生产中所处理的原料、半成品以及产品大多数是流体。体。体。体。涉及流体流动的规律主要有：涉及流体流动的

2、规律主要有：涉及流体流动的规律主要有：涉及流体流动的规律主要有：1 1 1 1、流动阻力及流量计量、流动阻力及流量计量、流动阻力及流量计量、流动阻力及流量计量流体输送需要进行管路流体输送需要进行管路流体输送需要进行管路流体输送需要进行管路设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。设计、输送机械的选择以及所需功率的计算。2 2 2 2、流动对传热、传质及化学反应的影响、流动对传热、传质及化学反应的影响、流动对传热、传质及化学反应的影响、流动对传热、传质及化学反应的影响化工设化工设化工设化工设备中的传热、传质以及反应过程

3、在很大程度上受流体备中的传热、传质以及反应过程在很大程度上受流体备中的传热、传质以及反应过程在很大程度上受流体备中的传热、传质以及反应过程在很大程度上受流体在设备内流动状况的影响。在设备内流动状况的影响。在设备内流动状况的影响。在设备内流动状况的影响。3 3 3 3、流体的混合、流体的混合、流体的混合、流体的混合流体流动基本规律支配流体与流流体流动基本规律支配流体与流流体流动基本规律支配流体与流流体流动基本规律支配流体与流体、流体与固体颗粒在各类化工设备中的混合效果。体、流体与固体颗粒在各类化工设备中的混合效果。体、流体与固体颗粒在各类化工设备中的混合效果。体、流体与固体颗粒在各类化工设备中的

4、混合效果。第一章第一章 流体流动流体流动 无论是管道输送、流量测定、还是输送流体无论是管道输送、流量测定、还是输送流体无论是管道输送、流量测定、还是输送流体无论是管道输送、流量测定、还是输送流体所需的功率的计算和输送设备的选型及操作所需的功率的计算和输送设备的选型及操作所需的功率的计算和输送设备的选型及操作所需的功率的计算和输送设备的选型及操作，都，都，都，都与流体的基本原理和规律密切相关，不仅如此，与流体的基本原理和规律密切相关，不仅如此，与流体的基本原理和规律密切相关，不仅如此，与流体的基本原理和规律密切相关，不仅如此，许多单元操作都同流体流动有关许多单元操作都同流体流动有关许多单元操作都

5、同流体流动有关许多单元操作都同流体流动有关，各种传热和传，各种传热和传，各种传热和传，各种传热和传质过程都是在流体流动的情况下进行的，强化设质过程都是在流体流动的情况下进行的，强化设质过程都是在流体流动的情况下进行的，强化设质过程都是在流体流动的情况下进行的，强化设备的传热和传质过程往往需要先研究流体的流动备的传热和传质过程往往需要先研究流体的流动备的传热和传质过程往往需要先研究流体的流动备的传热和传质过程往往需要先研究流体的流动条件及规律。条件及规律。条件及规律。条件及规律。流体流动的基本原理和规律是流体流动的基本原理和规律是流体流动的基本原理和规律是流体流动的基本原理和规律是“化工原理化工

6、原理化工原理化工原理”的基础。的基础。的基础。的基础。连续性假定连续性假定 从工程出发研究流体流动，主要是研究流体的从工程出发研究流体流动，主要是研究流体的从工程出发研究流体流动，主要是研究流体的从工程出发研究流体流动，主要是研究流体的宏观运动规律。因此，我们把流体视为由无数微团宏观运动规律。因此，我们把流体视为由无数微团宏观运动规律。因此，我们把流体视为由无数微团宏观运动规律。因此，我们把流体视为由无数微团（或称质点）组成的，彼此无间隙、完全充满所占（或称质点）组成的，彼此无间隙、完全充满所占（或称质点）组成的，彼此无间隙、完全充满所占（或称质点）组成的，彼此无间隙、完全充满所占空间的连续介

7、质。（连续性假设）质点是一个含有空间的连续介质。（连续性假设）质点是一个含有空间的连续介质。（连续性假设）质点是一个含有空间的连续介质。（连续性假设）质点是一个含有大量分子的流体微团，微团的尺寸比分子自由程大大量分子的流体微团，微团的尺寸比分子自由程大大量分子的流体微团，微团的尺寸比分子自由程大大量分子的流体微团，微团的尺寸比分子自由程大得多，但远小于设备的尺寸。得多，但远小于设备的尺寸。得多，但远小于设备的尺寸。得多，但远小于设备的尺寸。本章主要讨论流体流动过程的本章主要讨论流体流动过程的本章主要讨论流体流动过程的本章主要讨论流体流动过程的基本原理和流体基本原理和流体基本原理和流体基本原理和

8、流体在管内流动的规律在管内流动的规律在管内流动的规律在管内流动的规律，并运用这些原理与规律去分析，并运用这些原理与规律去分析，并运用这些原理与规律去分析，并运用这些原理与规律去分析和计算和计算和计算和计算流体的输送流体的输送流体的输送流体的输送问题。问题。问题。问题。利用流体流动的基本原理及其流动规律的几个利用流体流动的基本原理及其流动规律的几个方面：方面：1 1、流体输送：管道连接，选用适宜流速，确、流体输送：管道连接，选用适宜流速，确定管径定管径 输送设备：计算外功，选输送设备输送设备：计算外功，选输送设备2 2、压强、流速、流量测量：合理选用、安装、压强、流速、流量测量：合理选用、安装测

9、量仪表测量仪表3 3、为强化设备提供适宜的流动条件、为强化设备提供适宜的流动条件流体流动中的作用力：流体流动中的作用力：1 1、体积力：作用在流体的每一个质点上，与流体、体积力：作用在流体的每一个质点上，与流体的质量成正比。也称质量力。重力和离心力的质量成正比。也称质量力。重力和离心力2 2、表面力：压力和剪力、表面力：压力和剪力表面力与表面积成正比。垂直于表面的力称为压表面力与表面积成正比。垂直于表面的力称为压力；平行于表面的力称为剪力或切力。力；平行于表面的力称为剪力或切力。单位面积上所受的压力称为压强；单位面积上所单位面积上所受的压力称为压强；单位面积上所受的剪力称为剪应力。受的剪力称为

10、剪应力。第一节第一节 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式一、流体的密度一、流体的密度 流体单位体积所具有的质量称为密度。流体单位体积所具有的质量称为密度。1、表达式：、表达式：kg/m3 V0时，流体某点的密度。时，流体某点的密度。常用流体的密度，可由有关书刊或手册中查得，本书常用流体的密度，可由有关书刊或手册中查得，本书附录中列出某些常见得气体和液体的密度，可供做习题时附录中列出某些常见得气体和液体的密度，可供做习题时查用。查用。2、液体、气体的密度、液体、气体的密度 对于任一种流体对于任一种流体 =f（P，T）液体：液体：通常压力对液体的密度影响很小，可忽略不通常压力对液体的密度影响

11、很小，可忽略不计，故称液体为不可压缩流体。（工程上考虑问题常计，故称液体为不可压缩流体。（工程上考虑问题常用的方法）用的方法）即即 温度对液体的密度有一定的影响温度对液体的密度有一定的影响 =f（T）在介绍液体密度时应标明在介绍液体密度时应标明对应的温度条件对应的温度条件。气体：气体：具有可压缩性及膨胀性，其密度随压力和温具有可压缩性及膨胀性，其密度随压力和温度的不同差别很大。度的不同差别很大。得不到气体的密度数据时，可按理想气体状态方得不到气体的密度数据时，可按理想气体状态方程式计算（条件：压力不太高，温度不太低）程式计算（条件：压力不太高，温度不太低）M气体的分子量；R气体常数；下标“0”

12、表示标准状态3、混合物的密度、混合物的密度 化工生产中的流体，往往是含几个组分的混合物。化工生产中的流体，往往是含几个组分的混合物。通常手册中所列出的为纯物质的密度，混合物的平均密通常手册中所列出的为纯物质的密度，混合物的平均密度可计算。度可计算。气体气体：公式中公式中 MmM Mm=MA y A+MB y B+M n y n MA、MB、Mn 气体混合物中各组分的分子量；气体混合物中各组分的分子量；yA、yB、yn 气体混合物中各组分的摩尔分率。气体混合物中各组分的摩尔分率。m=A X XVA+B X XVB+n X XVn X XVA、X XVB 、X XVn 气体混合物中各组分的体积分率

13、。气体混合物中各组分的体积分率。液体液体：A，B，n 混合物中各纯组分的密度混合物中各纯组分的密度 XWA，XWB，XWn 混合物中各纯组分的质混合物中各纯组分的质 量分率。量分率。（条件：以（条件：以1kg混合液为基准，各组分混合前后体积混合液为基准，各组分混合前后体积不变）不变）理想溶液理想溶液注意：气体注意：气体用摩尔分率或体积分率用摩尔分率或体积分率 液体液体用质量分率用质量分率二、流体的静压强二、流体的静压强1、定义：在静止的流体内，垂直作用于单位面积上的力、定义：在静止的流体内，垂直作用于单位面积上的力二、流体的静压强二、流体的静压强流体受力：流体受力：体积力、表面力体积力、表面力

14、 体积力是作用于每个流体质点上的力，它与体积力是作用于每个流体质点上的力，它与流体的质量成正比。对于均匀质量的流体，这个流体的质量成正比。对于均匀质量的流体，这个力与体积大小成正比。力与体积大小成正比。重力场中重力、离心力场中离心力重力场中重力、离心力场中离心力 表面力是作用于每个流体质点表面的力，它表面力是作用于每个流体质点表面的力，它与表面积成正比。对于任一流体微元表面，表面与表面积成正比。对于任一流体微元表面，表面力一般分为垂直、平行于表面的力，称压力、剪力一般分为垂直、平行于表面的力，称压力、剪力。力。2 2、单位：、单位：SI SI 制中制中 PaPa（帕斯卡），帕斯卡），N/mN/

15、m2 2，习惯上还采用其它单位，习惯上还采用其它单位 1 1atmatm =1.033 kgf/cm =1.033 kgf/cm2 2=760 mmHg=10.33 mH=760 mmHg=10.33 mH2 2O O=1.0133 bar=1.013310=1.0133 bar=1.0133105 5 Pa=0.1MPa Pa=0.1MPa 工程上为计算方便，常将工程上为计算方便，常将1 1kgf/cmkgf/cm2 2近似地作为近似地作为1 1个个大气压，称为大气压，称为1 1工程大气压。工程大气压。1 1 at=at=1kgf/cm1kgf/cm2 2=736 mmHg=10 mH736

16、 mmHg=10 mH2 2O O=0.9807 bar=9.80710=0.9807 bar=9.807105 5 Pa Pa3 3、压强的表示方法（绝压、表压、真空度）压强的表示方法（绝压、表压、真空度）在工业上压强是用压力计来测定的，在压力在工业上压强是用压力计来测定的，在压力计上所读出的数值，是被测流体的真实压强（绝计上所读出的数值，是被测流体的真实压强（绝对压强）与当地大气压强的差值。对压强）与当地大气压强的差值。被测流体的真实压力大于大气压强时，压力计被测流体的真实压力大于大气压强时，压力计所测得的压力值称为所测得的压力值称为表压表压：绝对压强绝对压强=大气压强大气压强+表压表压

17、被测流体的真实压力小于大气压强时，压力被测流体的真实压力小于大气压强时，压力计所测得的压力值称为计所测得的压力值称为真空度真空度：绝对压强绝对压强=大气压强大气压强-真空度真空度 不难看出真空度实际上是流体表压的负值。不难看出真空度实际上是流体表压的负值。即：真空度即：真空度=-=-表压表压 在化工计算中，一般采用绝压进行计算，但在在化工计算中，一般采用绝压进行计算，但在某些讨论中有时采用表压强比较方便。某些讨论中有时采用表压强比较方便。为了避免混淆，须加标注，如：为了避免混淆，须加标注，如：2.5102.5105 5 PaPa（绝压）绝压）1.5101.5105 5 PaPa（表压）表压）4

18、104103 3 PaPa（真空度）真空度）三者之间关系：三者之间关系：(可用图可用图1-81-8表示）表示）换算：换算：第一节第一节三、流体静力学基本方程式三、流体静力学基本方程式 流体静力学流体静力学是研究流体处于相对静止状态下的平衡是研究流体处于相对静止状态下的平衡规律。在本节中，主要讨论流体在重力场中达到静止平规律。在本节中，主要讨论流体在重力场中达到静止平衡。衡。在重力场中流体除受外加力外，还有本身重力。在重力场中流体除受外加力外，还有本身重力。在具有密度为在具有密度为的静止流体中，取一微元立方体。的静止流体中，取一微元立方体。边长：边长：dx、dy、dz 分别平行于分别平行于x、y

19、、z轴。轴。其受力状况如图：其受力状况如图：x轴 y轴 =常数，不可压缩流体静力学基本方程式静力学基本方程式静力学基本方程式的意义静力学基本方程式的意义1 1、静止的、连续的同一液体内处于同一平面的各点压强相同。、静止的、连续的同一液体内处于同一平面的各点压强相同。2 2、当液体上方的、当液体上方的P P0 0有改变时，液体内各点的压强也改变同样大有改变时，液体内各点的压强也改变同样大小。小。3 3、此式说明压强差的大小可以用一定此式说明压强差的大小可以用一定高度的液体柱表示。如：高度的液体柱表示。如：mmHgmmHg、mHmH2 2O O四、静力学基本方程式的应用四、静力学基本方程式的应用压强的静力学测量方法：压强的静力学测量方法：1、简单测压管、简单测压管2、U形测压管（形测压管（T1）3、U形压差计形压差计4、复合压差计（、复合压差计（T5）5、微差压差计（、微差压差计（T9）6、倾斜液柱压差计、倾斜液柱压差计7、倒、倒U形压差计（形压差计（T15）四、静力学基本方程式的其他应用四、静力学基本方程式的其他应用1 1、液位测量、液位测量 压差法压差法 远程测量装置（习题远程测量装置（习题2 2）2 2、液封高度的计算、液封高度的计算 乙炔发生炉外装安全液封（水封）（乙炔发生炉外装安全液封（水封）（T6T6）真空操作系统的大气腿（液封）（真空操作系统的大气腿（液封）（T7T7）