第一章流体流动01讲义课件

1.1流体的物理性质第一章流体流动1回顾：3、物理量的单位和换算1、化学工程的进展各种生产工艺－－单元操作－－三传一反--传递现象2、单元操作和三传动量传递：流体输送、沉降、过滤等。热量传递：加热、冷却、冷凝、蒸发等。质量传递：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等换算因子24、物料衡算和能量衡算总的物料守恒组分物料守恒元素物料守恒进行热量衡算时还要指明基准温度(简称基温)。习惯上选0℃为基温，并规定0℃时液态的焓为零。在设备的各个不同位置上，物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不同．但在同一位置上，这些参数都不随时间而变。5、稳态过程6、非稳态过程3衡算解题过程的步骤为：①画一简图表示进行的过程，可用方块图表示，用箭头表示物流的进出方向，注明物流的参数，如流量、温度、压力等。

②确定衡算范围，用虚线划出，使其边界与待计算的物流相交，这样使列出的衡算式中包含所需求的计算量。

③确定衡算基准，它是衡算式所确定已知量数值的依据，解出的待求量也应符合此基准。

④列出衡算式求解。注意：4第一章流体流动1.1流体的物理性质5678问题：1、如何确定管道内流体的流速和压力？2、如何确定管道的直径和壁厚？3、为了使流体达到工艺要求需要使用怎样的泵？

提供多少动力？9本章主要学习内容3、流体的流动现象1、流体静力学基本方程式2、流体流动的基本方程4、流体在管内的流动阻力5、管路计算方法6、流量的测量10

流动性：流体的抗剪力和抗张力很小，在外力作用下，流体内部会发生相对运动，使流体变形，这种连续不断的变形就形成流动，即流体具有流动性。1.0.1流体的特点：剪切力A、流体的流动性：1.0概论：11B、流体的压缩性

流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。实际流体都是可压缩的。液体的压缩性很小，在大多数场合下都视为不可压缩。气体压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但如果压力变化很小，温度变化也很小，则可近似认为气体也是不可压缩的。C、连续介质模型

把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型12注意：高度真空下的气体不能再视为连续介质流体微团（或流体质点）：

宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。13流体输送：确定适宜的u,d参数测量：压强、流速、流量等强化过程：提供适宜的流动条件研究流体流动规律的重要性本章主要讨论:

流体流动过程的基本原理及流动规律，并用之分析和计算流体的输送问题。141.1流体的物理性质

1.1.1流体的密度注意：各种单位制下，密度的单位和数值不同，注意一般都要换算成操作条件下的单位和数值。用表示，流体点密度影响因素：气体---------种类、压力、温度、组成浓度液体---------种类、温度、组成浓度获得方法：（1）查物性数据手册（2）公式计算：单位体积的流体所具有的质量15

液体的密度基本上不随压强变化（极高压强除外），但随温度略有改变。对于气体来说，是可压缩的的流体，其密度必须标明其状态。一般当压强不太高，温度不太低时，可按理想气体来处理。液体：——不可压缩性流体气体：——可压缩性流体161.1.2

理想气体密度的计算：理想气体在标况下的密度为：操作条件（T,P）下的密度：

1）2）17将指定条件设定为标准状态下的1mol气体：式中：M－气体的摩尔质量，kg/kmol；

R－气体常数，8.315×103J/(kmol·K)Vmol=22.4m33）181.1.3

混合物的密度：液体混合物浓度是以质量分率表示，如果使用其他的形式表示浓度，需要对其进行单位换算。体积假设不变，如果混合后液体的体积发生改变，需要校正。取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:假设混合后总体积不变，可得到：——液体混合物密度计算式1）液体混合物的密度ρm192）气体混合物的密度：取1m3

的气体为基准,令各组分的体积分率:xvA,xvB,…,xVn,其中:i=1,2,….,n混合物中各组分的质量为：若混合前后,气体的质量不变，

当V总=1m3时,

204）与密度相关的几个物理量

1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位为m3/kg。2）比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的比值，用d表示。在数值上:3）理想气体混合物:Mi——气体混合物中各组分的分子量

yi——气体混合物中各组分的摩尔分率211.1.4流体的黏度

流体在运动时，任意相邻两层流体之间存在抵抗相对运动的力，流体所具有的这种减弱两层流体相对运动的性质称为流体的粘性。粘性是流体的固有属性之一，不论流体处于静止还是流动，都具有粘性。思考：流体的粘性和流动性的是由什么引起的？1)粘性——牛顿粘性定律22

对于一定的流体，内摩擦力F与两流体层的速度差Δu及接触面积s成正比，与两层之间的垂直距离Δy成反比，2）牛顿粘性定律导出23适用于速度梯度y与流动方向u成直线关系引入修正相黏度系数μ，其值随流体不同而不同其中单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力，或剪切力，以τ表示，上式变为24当u与y不成直线关系时，而是如图的曲线关系则应当写成du/dy：速度梯度，即在与流动方向相垂直的

y方向上流体速度的变化率μ：黏滞系数或动力黏度，简称黏度流体的黏性越大，其值越大25P(泊)---达因.秒/厘米2cP(厘泊)物理意义：黏度的意义在于促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力2).流体的黏度：单位：263)运动粘度

物理单位制中运动黏度的单位是cm2/s称为斯托克斯，简称沲以St表示：1St=100cSt（厘沲）=10-4m2/s4)理想流体黏度为零的流体称为理想流体，真实的流体都会表现出黏性。影响因素：主要有体系、温度、浓度

获取方法：属物性之一，由实验测定、查有关手册或资料、用经验公式计算。27

1.1.5非牛顿型流体简介该方程的图像为过原点的直线28凡是服从牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，包括所有气体和大多数液体；凡不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体，如某些高分子溶液、胶体溶液、油漆及泥浆状液体等。本章讨论的均为牛顿型流体。291.2流体静力学基本方程式1.2.1静止流体的压力

流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上称之为静压力，用符号p表示。30特点：静压强各向同性31（1）压强单位SI制中，N/m2=Pa，称为帕斯卡常用单位有：标准大气压（atm

）、工程大气压（kgf/cm2）、英制压强（bar）；流体柱高度（mH2O，mmHg等）

32（2）压力大小的两种表征方法1）绝对压强（绝压）：

流体体系的真实压强称为绝对压强。

2）表压强（表压）：压力表上读取的压强值称为表压。

3）真空度：真空表的读数以当地大气压为基准33绝压/表压/真空度的定义及关系表压强=绝对压强-大气压强真空度=大气压强-绝对压强PA,绝pA（表）P大气压P（真空度）PB,绝

注意：

1、当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。

2、可以使用负表压表示真空度：

4×103Pa（真空度）＝－4×103Pa

（表压）。

34若已知某地的大气压力为750mmHg，而设备A内压力为1000mmHg，则PA表=_____

mmHg。若设备B的真空度为300mmHg，则PB（绝）=______mmHg。PA,绝pA（表）P大气压P（真空度）PB,绝35在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔顶的真空表读数为80×103Pa。在天津操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为若干?兰州地区的平均大气压强为85.3×103Pa，天津地区的平均大气压强为l01.3×103Pa。

例：1-1在天津操作时，要求塔内维持相同的绝对压强，由于大气压强与兰州的不同，则塔顶的真空度也不相同，其值为：真空度＝大气压强—绝对压强＝101330—5300＝96030Pa解：根据兰州地区的大气压强条件，可求得操作时塔顶的绝对压强为：绝对压强＝大气压强一真空度；

85300－80000＝5300Pa36全微分的概念设p是自变量x,y,z的函数，则p可表示为那么函数p的全微分可以表示为：假设：p作为压力，x,y,z作为空间的三维方向，则：方程A表示，压力p的全微分为p在三个方向上的偏微分之和。1.2.2流体静力学基本方程式A37对z方向做受力分析，立方体受到上表面压力下表面压力重力38对x方向做受力分析，立方体受到右表面压力左表面压力对y方向做受力分析39压力p的全微分dp就可以表示为：对连续、均质且不可压缩流体，ρ为常数方程两侧进行积分：静压能位能广义压力两侧同除密度ρ40能量守恒定律在静止流体理论中的体现：总势能守恒（静压能，位能）在静止液体中取任意两点，1，2，根据上式可以得到：A）方程的分析41整理：如1点在液体上表面处，则2点的压强可以表示为式（1）表明：静止流体内部静压能和位能可以相互转化。式（2）表明：静止流体内部压强的大小关系。式（3）表明：静止流体内部任一点处的压强。式（1）～（3）为流体静力学基本方程421）适用场合：

绝对静止、连续、均质、不可压缩

2）总势能守恒：在同一种静止流体中不同高度的流体微元，其静压能和位能各不相同，但总和保持定值

3）等压面的概念：在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。等压面为水平面

静力学方程的讨论：434）传递定律：当外界压力变化时，液体内部各处的压力都发生同样大小的变化。（巴斯噶定理）5）液柱高度可以表示压强或压强差：注意：必须注明是什么液体44[例1—2]

本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg／m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ=1000kg