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第一章流体流动与输送机械

1.1概述1.1.1

流体：气体与液体总称。流体流动是最普遍化工单元操作之一；研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作主要基础。1.1.2连续介质假定假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙流体质点（或微团）所组成连续介质。质点：由大量分子组成微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数数学工具，从宏观研究流体。自由程(freepath)

在热动平衡态下，一个气体分子在任意连续两次碰撞之间所经过直线旅程。因为分子运动无序性，分子各段自由程长度不一样。平均自由程（meanfreepath）

在一定条件下，一个气体分子在连续两次碰撞之间可能经过各段自由程平均值。返回流体特征含有流动性；无固定形状，随容器形状而改变；受外力作用时内部产生相对运动。不可压缩流体：流体体积不随压力改变而改变，如液体；可压缩性流体：流体体积随压力发生改变，如气体。流体垂直作用于单位面积上力，称为流体静压强，习惯上又称为压力。

压力特征

流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不一样方向上压力在数值上均相同。压力单位

SI制：N/m2或Pa；或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体种类，如600mmHg，10mH2O等。

标准大气压换算关系：1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O1工程大气压=1at=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O=9.81×104Pa表压=绝对压力－大气压力真空度=大气压力－绝对压力=负表压绝对压力

绝对压力

绝对真空

表压

真空度

大气压

绝对压力以绝对真空为基准测得压力。

表压或真空度以大气压为基准测得压力。压力表示方法

例

若已知某地大气压力为750mmHg，而设备A内压力为1000mmHg，则PA表=_____mmHg=______Pa。若设备B真空度为300mmHg，则PB（绝）=______mmHg。体积流量以体积表示

qv——m3/s或m3/h质量流量

以质量表示

qm——kg/s或kg/h。

二者关系：流量：单位时间内流体在管路中流过数量

质量流速

单位时间内流经管道单位截面积流体质量。流速

（平均流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流经距离。

kg/（m2·s）流量与流速关系：

m/s对于圆形管道：流量qv普通由生产任务决定。流速选择：管径估算

↑→d↓→设备费用↓流动阻力↑→动力消耗↑

→操作费↑均衡考虑uu适宜费用总费用设备费操作费惯用流体适宜流速范围：

水及普通液体1~3m/s粘度较大液体0.5~1m/s低压气体8~15m/s压力较高气体15～25m/s

普通，密度大或粘度大流体，流速取小一些；对于含有固体杂质流体，流速宜取得大一些，以防止固体杂质沉积在管道中。稳定流动与非稳定流动稳定流动：各截面上温度、压力、流速等物理量不随时间改变：

非稳定流动：流体在各截面上部分或全部物理量都随时间改变。牛顿粘性定律：1.1.3

流体粘度或Fuu＋dudy式中：F——内摩擦力，N；

τ——剪应力，Pa；——法向速度梯度，1/s；μ——百分比系数，称为流体粘度，Pa·s。

牛顿型流体：剪应力与速度梯度关系符合牛顿粘性定律流体；非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律流体。

粘度物理意义

:

流体流动时在与流动方向垂直方向上产生单位速度梯度所需剪应力。μ又称为动力粘度。运动粘度

粘度μ与密度ρ之比。m2/s液体:T↑→↓气体:普通T↑→↑超高压p↑→↑粘度物理本质：分子间引力和分子运动与碰撞。粘度单位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）换算关系