流体的物理性质(标准版)

流体的物理性质（标准版）

Safetymanagementisaninportantpartofenterpriseproductionmanagement.Theobjectisthe

statemanagementandcontrolofallpeople,objectsandenvironmentsinproduction

（安全管理）

单位：______________________

姓名：______________________

日期：______________________

编号：AQ-SN-0953

化工安全IChemicalSafety

化工安全

流体的物理性质（标准版）

说明：安全管理是企业生产管理的重要组成部分，是一门综合性的系统科学。

安全管理的对象是生产中一切人、物、环境的状态管理与控制，安全管理是一

种动态管理。可以下载修改后或直接打印使用（使用前请详细阅读内容是否合

适）。

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、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P表示,

在国际单位制中，其单位是ke/m3。

式中m----流体的质量，kg；

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y---流体的体积，m3o

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P一液体混合物的密度，kg/ms；

Pl、P2、Pi、Pn---构成混合物的各纯组分的密度，ks/

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m3；

wl>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P—气体在温度丁、压力P的条件下的密度，kg/m3；

V——气体的体积，IT13；

户---气体的压力，kPa；

T一一气体的温度，K；

田--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/(kmOl.K)0

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

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代替。平均摩尔质量由下式计算：

式中Ml、M2、Mi、Mn——构成气体混合物的各纯组分的摩尔质

量，kg/kmOl；

式中的上标“@”表示标准状态,即273K、101.325kPao

由于Ikmol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/mso

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

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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、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（玉应力），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

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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；lOPa（真空度）表示系统的真空度，绝对压力等于

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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=l.033at=760m【nHg=10.33mH20

lat=lkgf/cm2=98.07kPa=735.6mmHg=10mHz0

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。

要求某精储塔塔顶压力维持在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=出口压力一法口压力=（大气压+表压）

一（大气压一真空度）=表压+真空度=76.5+3.5=80.OkPa

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三、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⑻或厘泊

（CP）O它们之间的关系是

lPa*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