(1.3.1)--1.1 流体的基本性质.ppt

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1、第一章第一章 流流 体体 流流 动动1.1 流体的基本性质流体的基本性质1.2 流体静力学流体静力学1.3 流体流动概述流体流动概述1.4 流体流动的基本方程流体流动的基本方程1.5 动量传递现象动量传递现象1.6 管流阻力计算管流阻力计算1.7 管路计算管路计算1.8 流量测量流量测量主要内容主要内容 1.1 流体的基本性质流体的基本性质1.1.1 流体流体流体流体液体液体：易流动、不可压缩。：易流动、不可压缩。气体气体：易流动、可压缩。：易流动、可压缩。1.1.2 研究流体流动问题的重要性研究流体流动问题的重要性流体流动是最普遍的化工单元操作之一。流体流动是最普遍的化工单元操作之一。研究流

2、体流动问题是研究其它化工单元操研究流体流动问题是研究其它化工单元操作的作的重要基础重要基础重要基础重要基础。1.1.3 流体的特性流体的特性 1.流动性；流动性；2.没有固定形状，形状随容器而变；没有固定形状，形状随容器而变；3.流体流动流体流动外力作用的结果；外力作用的结果；4.连续性（除高度真空情况）；连续性（除高度真空情况）；5.压缩性：可压缩性流体压缩性：可压缩性流体气体气体 不可压缩性流体不可压缩性流体液体液体 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，彼彼此此没没有有间间隙隙。这就是连续介质模

3、型。这就是连续介质模型。1.1.4 连续介质模型连续介质模型流体微团（或流体质点）的特点：流体微团（或流体质点）的特点：微团由大量分子构成，其微团由大量分子构成，其尺寸足够大、足够小尺寸足够大、足够小；流体质点作为研究流体流动的流体质点作为研究流体流动的最小单元最小单元；流体质点在外力作用下存在着流体质点在外力作用下存在着相对运动相对运动。1.1.5 流体的可压缩性流体的可压缩性1.定义定义 当作用在流体上的外力增加时，流体的体积当作用在流体上的外力增加时，流体的体积将减小，这种特性称为流体的可压缩性。将减小，这种特性称为流体的可压缩性。2.体积压缩系数体积压缩系数 定义：在一定温度下，压力每

4、增加一个单位时，定义：在一定温度下，压力每增加一个单位时，流体体积的相对缩小量。流体体积的相对缩小量。单位质量流体的体积，单位质量流体的体积，即流体的比容。即流体的比容。表达式：表达式：3.讨论讨论 q公式中的负号表示的是压力增加时，体积缩小。公式中的负号表示的是压力增加时，体积缩小。q值越大，表明流体越容易被压缩。值越大，表明流体越容易被压缩。q q分类（可压缩性）分类（可压缩性）可压缩性流体：可压缩性流体：流体的密度随压力发生变化，流体的密度随压力发生变化，如气体如气体在当在当 气体可当作不可压缩流体气体可当作不可压缩流体不可压缩流体：不可压缩流体：流体的密度不随压力变化而变化，流体的密度

5、不随压力变化而变化，如大多数液体如大多数液体1.1.6 流体的密度与比容流体的密度与比容1.1.6.1 密度密度 定义：单位体积流体的质量，定义：单位体积流体的质量，表达式：表达式：流体中某点密度：流体中某点密度：影响因素：影响因素：如何求？如何求？纯组分纯组分(1)液体液体p 变化，变化，变化不大；变化不大；T 升高，升高，减小，但这种变化也很小。减小，但这种变化也很小。(2)气体气体理想气体理想气体(高温低压高温低压)：实际气体：利用真实气体状态方程式来推导实际气体：利用真实气体状态方程式来推导注意：注意：手册中查得的气体密度都是在一定手册中查得的气体密度都是在一定T与与p下下之值，若条件

6、不同，则需进行换算。之值，若条件不同，则需进行换算。混合物混合物液体混合物（混合前后体积不变）液体混合物（混合前后体积不变）,1kg液体液体气体混合物（混合前后质量不变）气体混合物（混合前后质量不变）,1m3 气体气体理想气体混合物理想气体混合物 密度计算式密度计算式1.1.6.2 比容比容 定义：单位质量流体的体积定义：单位质量流体的体积 表达式：表达式：单位：单位：1.1.7 流体所受到的力流体所受到的力非接触性力非接触性力法向力法向力切向力切向力重力重力离心力离心力流体所受的力流体所受的力质量力质量力表面力表面力(体积力体积力)F1F2理想流体理想流体1=0静止流体静止流体 F1=01.

7、1.8 流体的黏性流体的黏性 静止流体：切向力静止流体：切向力F1=0 流体的黏性：流体运动时，流体的黏性：流体运动时，速度不同速度不同的的相邻流相邻流体体之间存在相互作用力，这种相互作用力成为剪之间存在相互作用力，这种相互作用力成为剪切力。流体所具有的这种性质成为流体的黏性。切力。流体所具有的这种性质成为流体的黏性。流体的固有属性；只流体的固有属性；只在流动时才表现出来。在流动时才表现出来。流体都具有黏性？流体都具有黏性？1.1.8.1 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：运运动动着着的的流流体体内内部部相相邻邻两两流流体体层层间间的作用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力的作用力

8、。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粘性：流体在流动中产生内摩擦力的性质，粘性：流体在流动中产生内摩擦力的性质，粘性粘性是能量损失的原因。是能量损失的原因。平板实验：平板实验：剪应力剪应力：单位面积上的内摩擦力。单位面积上的内摩擦力。适用于适用于u与与y成直线关系成直线关系 写成微分形式：写成微分形式：牛顿粘性定律牛顿粘性定律比例系数，动力比例系数，动力粘度粘度(viscosity）速度梯度，速度梯度，速度沿法线上的变化率。速度沿法线上的变化率。该该值值随随流流体体的的不不同同而而不不同同，流流体体的的粘粘性性愈愈大大，其其值值愈愈大大，称称为为粘粘性性系系数数或或

9、动动力力粘度，简称粘度，简称粘度粘度。1.1.8.2 粘性流体在管内的速度分布粘性流体在管内的速度分布抛物线，圆管中心处的速度最大抛物线，圆管中心处的速度最大1.1.8.3 黏度的物理意义黏度的物理意义(1)促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。(2)粘粘度度总总是是与与速速度度梯梯度度相相联联系系，只只有有在在运运动动时时才才显显现出来。现出来。1.1.8.4 黏度及单位黏度及单位SI制：制：1.1.8.5 黏度黏度的影响因素的影响因素 =f(T，p，y，物质种类，物质种类)液体：液体：T，气体：气体：T，压力压力p p 的影响一般不予考虑的影响一般不予

10、考虑，只有在极高或极，只有在极高或极低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。1.1.8.6 运动黏度运动黏度=/物理单位制：物理单位制：cm2/s=St（斯托克斯，简称斯）（斯托克斯，简称斯）换算：换算：1St=100cSt=110-4 m2/s SI制单位制单位:m2/s1.1.8.7 牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体遵循牛顿粘性定律的流体叫做遵循牛顿粘性定律的流体叫做牛顿型流体牛顿型流体；不遵循这一规律的流体为非牛顿型流体。不遵循这一规律的流体为非牛顿型流体。所有气体和大部分液体或溶液所有气体和大部分液体或溶液都为牛顿流体。都为牛顿流体。牛顿粘性

11、定律牛顿粘性定律1.1.8.8 理想流体与黏性流体理想流体与黏性流体黏性流体黏性流体(实际流体实际流体)：自然界中所有流体；：自然界中所有流体；理想流体：完全没有粘性的流体理想流体：完全没有粘性的流体(=0)=0)。1.1.9.1 流体的静压强流体的静压强SI制单位：制单位：N/m2，即，即Pa。静止流体垂直作用于单位面积上的静止流体垂直作用于单位面积上的法向压力法向压力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上称为压力称为流体的静压强，简称压强，习惯上称为压力。1.1.9 静止流体的压力静止流体的压力其它常用单位有：其它常用单位有：atm（标准大气压）；标准大气压）；工程大气压工程大气压 kgf/

12、cm2、bar；流体柱高度（流体柱高度（mmH2O，mmHg 等）。等）。换算关系为：换算关系为：他们之间的关系为：他们之间的关系为：绝对压强绝对压强表压表压真空度真空度绝对零压绝对零压大气压大气压实测压力实测压力实测压力实测压力绝对压强绝对压强 表压表压绝对压强绝对压强-大气压大气压 真空度真空度大气压大气压 -绝对压强绝对压强1.1.9.2 压强的表示方法压强的表示方法绝压绝压，表压表压，真空度真空度，例例题题1：若若当当地地大大气气压压为为750mmHg，表表压压0.5atm，则则 kgf/cm2(绝绝)=Pa（绝绝）mmHg(绝绝)。1.51661.502105113020 例例题题2：若若当当地地大大气气压压为为720mmHg，某某设设备备上上真真空空表读数为表读数为700mmHg，该设备内绝压为该设备内绝压为 mmHg。