流体的基本性质.ppt

1,化 工 基 础 An Introduction to Chemical Industry and Engineering,2,教学目的：,重点难点：,课 型：,第三章 流体流动过程及流体输送设备 3.1 流体的基本性质,掌握流体有关的物理性质和流体静力学方程,流体的压强,理论知识课,流体的流速和流量,流体的粘度,流体静力学方程及其应用,3,复 习,化工生产过程是由 一系列的_按一定的顺序所组成，在这些单元中，有的主要是_作用,有的主要是_变化。主要是_或_的单元可归纳为传递过程。化学工程中的传递过程包括_、_和_。,单元,物理,化学,物理作用,物理化学作用,动量传递,热量传递,质量传递,4,流体的流动和输送在化工生产中占有非常重要的地位,是必不可少的单元操作之一.,5,第三章 流体流动过程及流体输送设备,流体(fluid)没有固定形状,能够自由流动,liquid,gas,fluid,流体力学 (fluid mechanics),流体静力学(hydrostatic),流体动力学(hydrodynamic),动量传递过程 momentum transfer process,6,密度(density):是指单位体积物料所具有的质量,单位,液体混合物密度的计算：,以1kg混合物为基准,混合物中各组分的质量分率,液体混合物中各组分的密度,Note: 忽略体积效应,3.1 流体的基本性质,注: 流体的密度是温度和压力的函数,7,气体混合物密度的计算：,当p不太高,T不太低时,可按理想气体处理,Mm气体平均分子量，,或:,由于各组分在混合前后质量不变，以1m3混合气体为基准,气体混合物中各组分的体积分率。,在气体混合物的压力下各纯组分的密度，kg/m3。,8,比体积(specific volume):是指单位质量物料所具有的体积。,9,压强(pressure):物体单位面积上所受到的流体垂直作用力。,压强的单位：,国际单位制 Pa,物理学(cgs制) atm、mmHg、mH2O等。,工程单位制 千克(力)/厘米2(kgfcm-2)工程大气压（at）,工程技术上习用:8公斤蒸汽，是指8 kgfcm-2(表压)的饱和蒸汽； 反应釜有5公斤压强，指5 kgfcm-2(表压)的压强。,压强的单位换算:,1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgfcm-2,1mmHg=0.133kPa 1mH2O=9.81kPa 1kgfcm-2=98.1kPa 1bar=100kPa,液柱,10,以液柱表示压强：,A,h,m液柱,Note：,h即为该流体在压力p作用下能上升的高度；,同一p值,因不同流体的密度不同,其h值也不同，,用液柱高度表示流体的压力时，必须注明是何种流体，必要时还应注明温度以确定流体的密度。,11,压强的基准,绝对压(absolute pressure):以绝对零压为起点的压强称为绝对压强。,表压(super atmospheric pressure):以当时当地大气压为起点的压强。,真空度(degree of vacuum)：低于当时当地大气压的这部分压强。,绝对零压线,当时当地大气压(1.0 atm),p1(1200mmHg),绝对压,表压,绝对压,真空度,p2(500mmHg),绝对压=当时大气压+表压=当时大气压真空度,12,体积流量：单位时间内通过导管任一横截面的流体的体积， 称为体积流量， q v,流量(flow,flux),体积流量(volume flow rate),质量流量(mass flow rate),质量流量：单位时间内通过导管任一横截面的流体的质量， 称为质量流量， q m,（m3s-1）。,（kgs-1）。,q m = q v ,摩尔流量:单位时间内通过导管任一横截面的流体的物质的量， 称为摩尔流量，qn(mol.s-1),摩尔流量(molar flow rate),13,流 速 (velocity of flow), 点速度(spot speed)：单位时间内流体质点在流动方向上通 过的距离，u r（mS-1）, 平均流速(average flow rate)：,u= q v /s（ms-1）= 4 q v / d 2, 质量流速: 单位时间内流体流经管路单位截面积的质量， kg.s-1.m-2,14,管径的计算,q V是由生产任务决定的,u,d,材料费用,设备费用,阻力,能量消耗,操作费用,优化：两者之和最小,15,表2-2 工业上管内流体常用的流速范围,16,管径的计算,表2-3 水管、煤气管的规格,17,流动的流体内部相邻两流体层间的相互作用力，称为流体的内摩擦力，它是流体粘性的表现。流体流动时，必须克服粘性阻力而作功，从而造成能量损失。,粘 度(viscosity),18,粘 度(viscosity),牛顿型流体的粘度:粘度是流体内部摩擦力的表现，衡量流体粘性大小的物理量，是流体的重要物性参数之一。流体的粘度越大，流体的流动性越小。,F(剪切力),(牛顿粘性定律),作用于单位面积上的剪切力，称为剪应力。,比例系数，即流体的粘度。主要通过实验测定.,速度梯度,19,粘 度(viscosity),粘度的单位：,国际单位制： Pas,物理学单位制：泊(poise，p)或厘泊(cp),1泊=0.1Pas,液体的粘度: 受压力影响很小，随温度的升高而显著降低。,气体的粘度：随温度升高而增大，随压力升高而增加的很少。,NOTE：粘度不仅与分子间的吸引力有关，还与分子热运动有关。,工业上常常遇到各种流体的混合物，它们的粘度一般应用实验的方法测定其数值，或选用适当的经验公式进行估算。,20,运动粘度(kinemetic viscosity): 流体的粘度与密度的比值,在CGS制中运动粘度的单位为 cm2.s-1 ，称为 沲(stoke，st),1st=100cst=10-4 m2.s-1,21,流体静力学基本方程,根据用液柱表示压强的方法，p=h g，则在静止液面下面深度h处的压强为：,（流体静力学方程）,在重力场中，静止流体内任一点的静压力的大小与液体的密度及该点的深度有关，与该点所在的水平位置及容器的形状无关。,在连续、静止的同一流体中，在同一水平面上，流体的静压力相等，这样的水平面称为等压面。,0,A,B,C,D,h,？,液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部,此规律即物理学中的巴斯噶原理.,22,练 习,水,水,水,Q1:A1、A2、A3的压力是否相同？ 他们的大小顺序如何？,A1,A2,A3,B1,B2,B3,Q2:B1、B2、B3的压力是否相同？,C1,C2,C3,Q3:C1、C2、C3的压力是否相同？,Q4:D1、D2、D3的压力是否相同？,D1,D2,D3,A: A3A2A1,A: B3B2B1,A: C1C2=C3,A: D1=D2=D3,23,练 习,离H0为0.5m，油的密度0为800 kgm-3 ，水的密度为1000 kgm-3。如果要求油水分界面位于观察孔中心，则倒U型管顶部至观察孔中心的垂直距离H应为多少？设液体在器内的流动缓慢，可按静力学处理。而且油水易于分层，没有乳化界面。,H0,H,溢流,混合物,水,油和水的混合物在分离器内