化工原理第一章第一节讲稿

1、第 一 章 流 体 流 动,第 一 节 流体的物理性质,一、流体的密度 二、流体的粘度,2020/7/2,一、流体的密度,密度定义 单位体积的流体所具有的质量，; SI单位kg/m3。,2. 影响的主要因素,2020/7/2,液体：,不可压缩性流体,气体：,可压缩性流体,3.气体密度的计算,理想气体在标况下的密度为：,例如：标况下的空气，,操作条件下（T, P）下的密度：,2020/7/2,由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度,4.混合物的密度 1）液体混合物的密度m 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，,2020/7/2,液体混合物密度计算式

2、,2)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为:xvA,xvB,xVn,i =1, 2, ., n,2020/7/2,混合物中各组分的质量为：,当V总=1m3时，,若混合前后,气体质量不变，,当V总=1m3时,气体混合物密度计算式,当混合物气体可视为理想气体时,理想气体混合物密度计算式,2020/7/2,5.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:,2020/7/2,二、牛顿粘性定律与流体的粘度,牛顿粘性定律,流体的内摩擦力：运动着的流体内

3、部相邻两流体层间的作用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。 流体阻力产生的依据,2020/7/2,剪应力：单位面积上的内摩擦力，以表示。,适用于u与y成直线关系,2020/7/2,牛顿粘性定律,式中：,速度梯度,比例系数，它的值随流体的不同而不同，流体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度。,2020/7/2,2、流体的粘度 1)物理意义,促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来 2)粘度与温度、压强的关系 a) 液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体的粘度基本不变。,2020/7/2,b)气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而

4、增加的很少。 3）粘度的单位 在SI制中：,在物理单位制中，,2020/7/2,SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：,4) 混合物的粘度 对常压气体混合物：,对于分子不缔合的液体混合物 ：,2020/7/2,5）运动粘度,单位： SI制：m2/s； 物理单位制：cm2/s，用St表示。,第 一 章 流 体 流 动,第 二 节 流体静力学基本 方程式,一、流体的压力 二、流体静力学基本方程式 三、流体静力学方程的应用,2020/7/2,一、流体的静压强,1、压强的定义 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。,SI制单位：N/m2，即Pa。,其它常用单位有：,atm（标

5、准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。,2020/7/2,换算关系为：,2、压强的表示方法,1）绝对压强（绝压）,2）表压 强（表压）,表压强=绝对压强-大气压强,2020/7/2,3）真空度：,真空表的读数,真空度=大气压强-绝对压强=-表压,绝对压强、真空度、表压强的关系为,绝对零压线,大气压强线,绝对压强,表压强,绝对压强,真空度,当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。,2020/7/2,二、流体静力学方程,1、方程的推导,在1-1截面受到垂直向上的压力,在2-2 截面受到垂直向下的压力：,小液柱本身所受的重力：,因为小液柱处于静止状态，

6、,2020/7/2,即：,三式分别乘dz、dx、dy,并相加得,同理对于x和y 轴有：,对于不可压缩流体，密度为常数，积分上式得：,2020/7/2,若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为P0， 取下底面在距离液面h处，作用在它上面的压强为P,任取两点则有：,或：,2020/7/2,流体的静力学方程,表明在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律。 2、方程的讨论,1）液体内部压强p是随p0和h的改变而改变的即：,2）当容器液面上方压强p0一定时，静止液体内部的 压强P仅与垂直距离h有关，即：,处于同一水平面上各点的压强相等。,2020/7/2,3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强

7、也随之改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部的任一点。,4）从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一流体的内部则不满足这一关系。,2020/7/2,6)方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的气体，只适用于压强变化不大的情况。,例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m, 密度,，水层高度h2=0.6m，密度为,1）判断下列两关系是否成立 PAPA，PBPB。 2）计算玻璃管内水的高度h。,2020/7/2,解：（1）判断题给两关系是否成立 A，A在静止的连通着的同一种液体同一水平面上,因B，B虽在同一水平面上，

8、但不是连通着的同一种液体，即截面B-B不是等压面，故,（2）计算水在玻璃管内的高度h,PA和PA又分别可用流体静力学方程表示,设大气压为Pa,2020/7/2,2020/7/2,三、静力学方程的应用,1、压强与压强差的测量,1）U型管压差计,根据流体静力学方程,2020/7/2,当被测的流体为气体时，,可忽略,则,，,两点间压差计算公式,若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气相通，那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气压之差，也就是被测流体的表压。,当管子平放时：,2020/7/2,2）倾斜U型管压差计 假设垂直方向上的高度为Rm，读数为R1，与水平倾斜角度,3) 微差压差计,U型管

9、的两侧管的顶端增设两个小扩大室,其内径与U型管的内径之比10，装入两种密度接近且互不相溶的指示液A和C。,2020/7/2,根据流体静力学方程可以导出：,微差压差计两点间压差计算公式,例：用3种压差计测量气体的微小压差,试问： 1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？,2020/7/2,2）用倾斜U型管压差计，=30，指示液为苯，其读数R为多少？ 3）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大室截面积远远大于U型管截面积，此时读数R为多少？,已知：苯的密度,水的密度,解：1）普通管U型管压差计,2020/7/2,2）倾斜U型管压差计,3）微差压差计,故：,2020/7/2,2、液位的测定,液位计的原理遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的一种应用。 液柱压差计测量液位的方法：,由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。 当R0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。,2020/7/2,3、液封高度的计算,液封的作用： 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用就是：当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为安全性液封。,若设备内为负压操作，其作用是：防止外界空气进入设备内,液封需有一定的液位，其高度的确定就