流体的物理性质

流体的物理性质流体的物理性质 流体流动与输送过程中 流体的状态与规律都与流体的物 理性质有关 因此 首先要了解流体的常见物理和化学性质 包括密度 压力 黏度 挥发性 燃烧爆炸极限 闪点 最小 引燃能量 燃烧热等 一 一 密度与相对密度密度与相对密度 密度是用夹比较相同体积不同物质的质量的一个非常重要 的物理量 对化工生产的操作 控制 计算等 特别是对质量 与体积的换算 具有十分重要的意义 流体的密度是指单位体积的流体所具有的质量 用符号 表示 在国际单位制中 其单位是 ke m3 式中 m 流体的质量 kg y 流体的体积 m3 任何流体的密度都与温度和压力有关 但压力的变化对液 体密度的影响很小 压力极高时除外 故称液体是不可压缩的流 体 工程上 常忽略压力对液体的影响 认为液体的密度只是 温度的函数 例如 纯水在 277k 时的密度为 1000kg m3 在 293k 时的密度为 998 2kg m3 在 373 时的密度为 958 4kg ms 因此 在检索和使用密度时 需要知道液体的 温度 对大多数液体而言 温度升高 其密度下降 液体纯净物的密度通常可以从 物理化学手册 或 化学 工程手册 等查取 液体 昆合物的密度通常由实验测定 例如 比重瓶法 韦氏天平法及波美度比重计法等 其中 前两者用 于精确测量 多用于实验室中 后者用于快速测量 在工业上 广泛使用 在工程计算中 当混合前后的体积变化不大时 液体混合 物的密度也可由下式计算 即 式中 液体混合物的密度 kg ms 1 2 i n 构成混合物的各纯组分的密度 ks m3 w1 w2 wi wn 混合物中各组分的质量分数 气体具有明显的可压缩性及热膨胀性 当温度 压力发生 变化时 其密度将发生较大的变化 常见气体的密度也可从 物理化学手册 或 化学工程手册 中查取 在工程计算中 如查压力不太高 温度不太低 均可把气体 或气体混合物 视作 理想气体 并由理想气体状态方程计算其密度 由理想气体状态方程式 式中 气体在温度丁 压力 的条件下的密度 kg m3 v 气体的体积 itl3 户 气体的压力 kpa t 一 气体的温度 k m 气体的质量 kg m 气体的摩尔质量 kg kmol r 通用气体常数 在 si 制中 r 8 314kj km01 k 如果是气体混合物 式中的 m 用气体混合物的平均摩尔质 量 mm 代替 平均摩尔质量由下式计算 式中 m1 m2 mi mn 构成气体混合物的各纯组分的 摩尔质量 kg km0l 式中的上标 表示标准状态 即 273k 101 325kpa 由于 lkmol 理想气体在标准状态下的体积是 22 4m3 所 以理想气体在标准状态下的密度为 当混合物中各纯组分的密度已知时 还可以根据混合前后 质量不变的原则 用下式计算混合物的密度 流体的密度是流体的重要物性 涉及许多安全问题 流体 密度的计算是生产过程中化学爆炸 物理爆炸计算过程的重要 数据 用圆柱形贮槽贮存 8 的 naoh 水溶液 已知贮槽的底面直 径是 6m 现因工艺需要 需将 30t 该碱液从贮槽打到指定设备 内 问贮槽的液位计读数将下降多少 已知在当时条件下 该碱 液的密度是 1061kg ms 在用仪器测量液体的密度时 在很多检索密度数据的过程 中 常常会遇到相对密度 过去称比重 和比体积的概念 例如用 波美度比重计测出的就是被测液体的相对密度 相对密度是一种流体的密度相对于另一种标准流体的密度 的大小 是一个无因次的量 对液体来说 常选 277k 的纯水作 为标准液体 此时水的密度为 1000kg m3 其定义式为 二 二 压力压力 力的作用效果不仅取决于力的大小 还取决于力的作用面 积 工程上 常常使用单位面积上的力 应力 来表示力的作用强 度 在流体力学中也是如此 流体垂直作用在单位面积上的压力 压应力 称为流体的压 力强度 简称压强 也称静压强 工程上常常称为压力 式中 p 流体的压力 pa f 垂直作用在面积 a 上的力 n a 流体的作用面积 mz 可以证明 在静止流体中 任一点的压力方向都与作用面 相垂直 并在各个方面上都具有相同的数值 在化工生产中 压力是一个非常重要的控制参数 为了知 道操作条件下压力的大小 以控制过程的压力 常常在设备或 管道上安装测压仪表 新型的测压仪表通常是自动的并可以由 自动控制系统调节 传统的测压仪表主要有两种 一种叫压力 表 一种叫真空表 至今仍在化工生产中广泛应用 但它们的 读数都不是系统内的真实压力 绝对压力 压力表的读数叫表压 它所反映的是容器设备内的真实压力比大气压高出的数值 即 表压 绝对压力一大气压 真空表的读数叫真空度 它所反映的是容器设备内的真实 压力低于大气压的数值 即 真空度二大气压一绝对压力 显然 同一压力 用表压和真空度表示时 其值大小相等 而符号相反 通常 把压力高于大气压的系统叫正压系统 压 力低于大气压的系统叫负压系统 为了使用时不至于混淆 压 力用绝对压力表示时可以不加说明 但用表压和真空度表示时 必须注明 例如 500kpa 表示绝对压力 5mpa 表压 表示系统 的表压 绝对压力等于该值加上大气压 10pa 真空度 表示系统 的真空度 绝对压力等于大气压减去该值 压力的单位有很多种 在工程上 文献中都会经常出现 因此要能够进行 pa 与其他压力单位 非法定计量单位 的换算 常见换算关系如下 latm 101 3kpa 1 033at 760mmhg 10 33mh20 lat lkgf cm2 98 07kpa 735 6mmhg 10mhzo 流体或系统压力的大小不仅关系反应速度和流动速度 而 且可以标志危险性的大小 事故损失的状况和后果 要求某精馏塔塔顶压力维持在 3 5kpa 若操作条件下 当地大气压为 lookpa 问 塔顶应该安装压力表还是真空表 其读数是多少 解 由题意可知 塔顶压力比当地大气压低 因此应该安装 真空表 真空表的读数为 100 3 5 96 5kpa 安装在某生产设 备进 出口处的真空表的读数是 3 5kpa 压力表的读数为 76 5kpa 试求该设备进出口的压力差 设备进出口的压力差 出口压力一进口压力 大气压 表 压 一 大气压一真空度 表压 真空度 76 5 3 5 80 okpa 三 三 黏度黏度 流体黏度影响流体的流动状况和状态 决定在一定动力或 流速状态下 流体与管壁之间的摩擦 黏度大的流体容易粘壁 结垢而导致管道堵塞或结焦 影响安全生产 不同流体的黏性是不一样的 从桶里把油倒出来要比把水 从桶里倒出来需要更长时间 这说明油的黏性比水大 表示流 体黏性大小的物理量称为动力黏度或绝对黏度 简称黏度 用 表示 在 si 制中 其单位是 pa s 在工程上或文献中常常 使用泊 p 或厘泊 cp 它们之间的关系是 1pa s 10p 1000cp 黏度是流体的重要物理性质之一 其大小反映了在同样条 件下 流体内摩擦力的大小 显然 在其他条件相同的情况下 黏度越大 流体的内摩擦力越大 流体的黏度是流体种类及状态 温度 压力 的函数 气体的 黏度比液体的黏度小得多 例如 常温常压下 空气的黏度约 为 o 0184mpa s 而水的黏度约为 lmpa s 液体的黏度随温度 的升高而减少 气体的黏度则随温度的升高而增加 例如 冬 天倒洗发精要比夏天倒洗发精难得多 压力改变对液体黏度的 影响很小 可以忽略 除非压力很高 压力对气体黏度的影响