化工单元操作课件1流体流动-1.1预备知识

1、1化工单元操作1 流体流动1.1预备知识 1.2流体在管内流动形态的判断及测定 1.3流体内部机械能变化的观察及测定 1.4流体流动阻力（直管、局部）的认知及测定 1.5化工管路简介 21.1 预备知识1.1.1 概述1.1.2 流体物理性质1.1.3 流体静力学基础1.1.4 流体动力学基础-流动的物体，包括可压缩的气体和难以压缩的液体。 1.1.1 概述（1）流体主要特征具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。 （2）流体种类 如果流体的体积不随压力变化而变化，该流体称为不可压缩性流体；若随压力发生变化，则称为可压缩性流体。 1.液体 液体所受压力增大, 其

2、体积几乎不变,故称之为不可压缩流体 液体压力增大 液体温度升高时，其体积略有增加, 液体具有热膨胀性 温度升高 气体所受压力增大, 其体积变小,故气体是可压缩流体。 气体压力增大 但如果压力的变化率不大时，该气体也可当作不可压缩性流体处理。2.气体 气体温度升高时，其体积明显增加, 气体具有明显热膨胀性。 气体温度升高 1.1.2流体的物理性质引入：观察水和油混合物为什么浮有厚油的热汤无一丝白气，入口却很烫？2010年5月18日，美国墨西哥湾石油钻井平台发生爆炸 2010年7月18日，大连新港输油管线爆炸起火事故造成海面污染水域达50平方公里 3）表达式： 式中，m流体的质量（kg）； V流体

3、的体积（m3） 4）单位：kg/m3 1.流体的密度1）定义：流体的密度是指单位体积流体在t时的质量。2）符号：t，简记为 液体的密度1）温度和压力对液体密度的影响（2）对大多数液体，温度升高，其密度下降。水例外（水在277K时具有最大密度，为1000kg/m3）2）如何获取液体的密度？（1）液体纯净物的密度可查阅相关手册（注意温度条件） （2）液体混合物的可实验测定：如比重瓶法、韦氏天平法、波美度比重计法(相对密度)（1）压强对液体密度的影响很小，常常忽略。比重瓶波美度比重计韦氏天平相对密度 1）定义：将某种液体在t的密度与4时纯水的密度（w）之比，称为该液体相对密度。2）符号：d3）表达式

4、：无量纲的量气体的密度2）表达式： 式中，气体的密度，kg/m3p气体的压力，kPa；M气体的摩尔质量，g/mol；T气体的温度，K； R通用气体常数，8.314kJ/（kmolK ）。（1）温度升高，气体的密度降低； （2）压力增大，气体的密度增大。 1）气体为可压缩流体，气体的密度是温度和压强函数3）气体混合物的密度 式中Mm为气体混合物的平均摩尔质量，可按下式求得 式中，MA，MB，Mn气体混合物中各组分的摩尔质量；yA，yB，yn气体混合物中各组分的摩尔分数或体积分数。 2.流体的黏度1.定义：2.符号：黏性流体质点在发生相对运动时，会受到来自自身的阻力，流体的这种属性称为黏性。洪水过

5、后，垃圾堆积河岸固有属性黏度流体对流动的阻抗能力。衡量流体黏性大小的物理量，反映流体内摩擦力的大小。4.温度、压力对黏度的影响液体的黏度随温度升高而减小，压强影响可忽略；气体的黏度随温度升高而增大 ，压强若变化不大可忽略。工程单位：泊（P）、厘泊（cP） 1 Pas = 10P = 1000 cP 3.单位：Pas夏天倒洗发水更容易 1.压力定义：流体垂直作用于单位面积上的流体静压强，简称压强（化工生产上习惯称为压力）。3. 单位：Pa（帕） 1Pa=1N/m21.1.3 流体静力学基础2. 符号： pp流体的压力，PaF垂直作用在面积A上的力，NA流体的作用面积，m2绝对压力（绝压） 以绝对

6、真空（绝对零压）作为基准所表示的压力，用p绝表示，简单表示为p。压力的表示以当地大气压作为基准所表示的压力。1.若系统压力高于大气压，则超出部分称为表压，记作p表。2.若系统压力低于大气压，则低于部分称为真空度，记作p真。相对压力 1.表压强（表压）：被测流体的绝对压强高出当地大气压的数值 表压=绝对压强-当地大气压力 表压和真空度 2. 真空度：被测流体的绝对压强低于当地大气 压力的数值真空度=当地大气压力绝对压强当地大气压 绝对零压 表压绝对压力绝对压力 真空度压力 绝对压力和相对压力，表压和真空度p表= p-p大气压,pp大气压p真= p大气压-p,pP1比较P2、P3：2.流体静力学基

7、本方程液封高度的确定 生产中用液柱高度形成的压强把气体封闭在设备中，来防止气体外泄或是为了防止压力过高而起泄压作用，保护设备的装置，称为液封。3.流体静力学基本方程的应用思考：若水封管插入水中的深度远大于h会产生何种后果？P1P2比较P1与P2的大小指示液 结论：P1 = P2 P1P2P1 P6P1P2P3P4P5P6等压面等压面？RP1P2如何计算P1与P2之间的压差？R 压差计的读数，m 指示液的密度，kg/m3 被测流体的密度，kg/m3液位计液位计玻璃液位计 磁翻柱液位计 P1P2P1 = P2液位的测量 压差式液位计1、零点迁移的分类（1）无迁移（2）负迁移实际应用中，正、负室压力

8、p正、p负分别为（3）正迁移p=p正-p负 =1gH+2ghp正=p0+1gH+2ghp负=p02、判断正负迁移和无迁移的依据H=0时，p=0 无迁移 H=0时，p0 正迁移 H=0时，p0 负迁移 一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。你家水表读出的是什么单位？质量还是体积？价钱有区别吗？水的密度：1吨/立方米1.1.4 流体动力学基础流量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量。质量流量 （1）定义：单位时间内流经管道任一截面上的流体质量。 （2）符号：qm（3）单位：kg/s或kg/h体积流量 （1）定义：单位时间内流经管道任一截面上的流体体积 （2）符号：qV（3）单位：

9、m3/s或m3/h 1.流量与流速体积流量与质量流量之间的关系为： qm=qV 流速流速：单位时间内，流体在流动方向上通过的距离。1）平均流速：流体的体积流量qV除以管道的流通截面积A。符号：u 单位: m/s 2）质量流量与流速之间的关系 3）流量方程式：描述流体流量、流速和流通截面积 三者之间的式子称为流量方程式。 在流量一定的情况下，流通截面积越小，流速越大。意义：指导选择管子的规格和确定塔设备的直径。2.稳定流动与不稳定流动稳定流动 在流体流动过程中，流体的压力、流速等流动参数只与位置有关，而不随时间的延续而变化。AABB不稳定流动 在流体流动过程中，流体的压力、流速等流动参数不仅与位置有关，而且与时间有关。 AABB消防水枪河流交汇口流通面积发生变化，流速也随之改变！3.连续性方程稳定流动系统的物料衡算根据质量守恒定律 密