流体流动1.1-2.ppt

1、第1章 流体流动与输送机械,研究流体流动问题的重要性,流体流动与输送是最普遍的化工单元操作之一； 研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。,1.1.1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 间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。 质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。 工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究 流体。,1.1 流体基本性质,1.1.2流体的压缩性,不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变 化，如液体； 可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。,1.1.3作用在流体上的力,压力,剪切力,1.1.4质量

2、力与密度 （一）密度 单位体积流体的质量。,kg/m3,1.单组分密度,液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。,气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想 气体状态方程计算：,注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度 下之值，若条件不同，则需进行换算。,2.混合物的密度,混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有,气体混合物中各组分的体积分数。,或,混合气体的平均摩尔质量；,气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。,混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有,液体混合物中各组分的质量分数。,1.1.5压力,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又

3、称为压力。,1.压力的单位,SI制：N/m2或Pa；,标准大气压： 1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O,2. 压力的表示方法,绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。,表 压 = 绝对压力 大气压力 真空度 = 大气压力 绝对压力,1.1.6.1 牛顿粘性定律,或,F,u,udu,dy,式中：F内摩擦力，N； 剪应力，Pa； 法向速度梯度，1/s； 比例系数，称为流体的粘度，Pas 。,1.1.6流体的粘度,牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体； 非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。,牛

4、顿型流体与非牛顿型流体,1.1.6.2粘度的物理意义 流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。,粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。,粘度的单位,SI制：Pas 或 kg/(ms) 物理制：cP(厘泊）,运动粘度 粘度与密度之比。,m2/s,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； 作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。,1.2.1静压力的特性,1.2流体静力学,重力场中对液柱进行受力分析：,（1）上端面所受总压力,（2）下端面所受总压力,（3）液柱的重力,设流体不可压缩，,方向向下,方向向上,方向向下,1.2

5、.2流体静力学基本方程式,液柱处于静止时，上述三力的合力为零:,静力学基本方程 式,压力形式,能量形式,讨论：,（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体； （2）物理意义：,单位质量流体所具有的位能，J/kg；,单位质量流体所具有的静压能，J/kg。,在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变 。,（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面。 （4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。,1.2.2.2静力学基本方程的应用,（一） 压力测量,1. U形管液柱压差计,设指示液的密度为 ， 被测流体的密度为 。,A与A面 为等压面，即,而,所以,整理得,若被测流体是气体， ，则有,讨论：, U形管压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度；, 指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。,（二） 液位测量,压差计读数R反映出容器 内的液面高度。,液面越高，h越小，压差