流体流动-绪论+流体静压强-new

1、化工原理上册,流体力学与传热,概 述,一、本课程的性质与任务* 性质: 是工程学科的一门基础技术课程*任务: 论述化工单元操作中,流体流动与热量传递的基本原理、工程计算、典型设备的选型与设计,二、本课程的研究对象和研究方法*研究对象-化学工业生产过程的单元操作 *研究方法-1、物料衡算 2、能量衡算3、平衡关系4、过程速率,若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性质。,同一化工过程中可能会包含多个相同的的单元操作。,单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可以通用。,单元操作的应用及特点,单元操作与实际生产过程,单元操作按其理论基础可分为下列三类：,上述三个过程包含了三种理论，称之为“三传理论”。,（1）流体流动过程（fluid flow process）:包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。,（2）传热过程（heat transfer process）:包括热交换、蒸发等。,（3）传质过程（mass transfer process）:包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。,单元操作的分类,单元操作与三传的

2、关系,杀 菌：传热； 真空浓缩：传热、传质、流体流动； 过 滤：流体流动,物料衡算； 能量衡算； 物系的平衡关系；,三、单元操作中常用的基本原则,依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即,输入量输出量累积量,3.1 物料衡算（material balance）,要点: *正确确定衡算范围 * 独立方程数应与未知数个数一致,本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 能量衡算的依据是能量守恒定律。,3.2 能量衡算（energy balance）,要点: *正确确定衡算范围 *独立方程数应与未知数个数一致 *某些能量是相对值,平衡状态是自然界中广泛存在的现象。,平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。,以食盐的溶解和结晶为例：食盐浓度饱和浓度：结晶食盐浓度饱和浓度：溶解 该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。,3.3 物系的平衡关系(relationship of system balance),4.1 单位制度,国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的。,四、 单位与单位换算,基本单位-给基本

3、物理量（长度、时间、质量等）规定的单位 导出单位-根据物理意义或物理公式,由基本单位组合导出的其它物理量的单位,物理制 (cgs制) 绝对实用制(MKS制),基本物理量长度 质量 时间长度 质量 时间,基本单位cmgsmkgs,工程制 国际单位制(SI制),基本物理量长度 力 时间长度 质量 时间 热力学温度 物质数量 电磁强度,基本单位mkgfsmkgsKmolA,4.2 单位换算,同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。,例：重力加速度在SI制中的单位为m/s2,其值为9.81，在物理制中，其值为981 ，因为单位为cm/s2,第一章 流体力学与应用,内容提要 流体性质与特征 流体静力学* 流体在管内的流动 流体的流动现象* 流动阻力* 管路计算* 流量测量,要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算,流体的特征：具有流动性。即 抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化； 流体具有连续性； 在外力作用下其内部发生相对运动。,流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如气体和液体。,第一节 概 述,流体的输送：根据生产

4、要求，往往要将这些流体按照生产程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任务，实现生产的连续化。,压强、流速和流量的测量：以便更好的掌握生产状况。,为强化设备提供适宜的流动条件： 除了流体输送外，化工生产中的传热、传质过程以及化学反应大都是在流体流动下进行的，以便降低传递阻力，减小设备尺寸。流体流动状态对这些单元操作有较大影响。,流体的研究意义,在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。,流体微团或流体质点：它的大小与容器或管道相比是微不足道的，但是比起分子自由程长度却要大得多，它包含足够多的分子，能够用统计平均的方法来求出宏观的参数（如压力、温度），从而使我们可以观察这些参数的变化情况。,连续性的假设 流体介质是由连续的质点组成的； 质点运动过程的连续性。,流体的研究方法,流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。,作用在流体上的力有质量力和表面力。,质量力：作用于流体每个质点上的力，与流体的质量成正比，如：重力和离心力。,表面力：作用于流体质点表面的力，其大小与表面积成正比，如：压力和剪力。,第二节 流体静力平衡及应用,单位体积流体的质量，称为流体的

5、密度，其表达式为,不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力p和温度T的函数，可用下式表示 ： f（p，T）,1 流体的物理特性 1.1 密度,液体的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），可忽略不计，但其随温度稍有改变。气体的密度随压力和温度的变化较大。当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算：,上式中的0M/22.4kg/m3为标准状态（即T0=273K及p0=133.3Pa）下气体的密度。,在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要采用真实气体状态方程式计算。,气体混合物: 当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，仍可用上式计算气体的密度。,Mm My1 + M2y2 + + Mnyn 式中 ：M、M2、 Mn 气体混合物各组分的分子量；y1 、 y2 、 yn 气体混合物各组分的摩尔分率。,液体混合物: 液体混合时，体积往往有所改变。若混合前后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之和，则可由下式求出混合液体的密度m。,式中 1、2、，n 液体混合物中各组分的质量分率；1、2、，n 液体混合物中各组分的密度，kg/m3；m 液体混合物的平均密度，kg/m3。,单位质量流体的体积，称为流体的比容，用符号v表示，单位为m3/kg，则,亦即流体的比容是密度的倒数。,1.2 比容 v（比体积）,例1-1 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液的密度。,解：应用混合液体密度公式，则有,例1-2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。试求干空气在压力为9.81104Pa、温度为100时的密度。,解： 首先将摄氏度换算成开尔文： 100273+100=373K 求干空气的平均分子量： Mm My1 + M2y2 + + Mnyn Mm =32 0.21+28 0.78+39.9 0.01=28.96,气体的平均密度为：,1.3 粘度,流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为粘性衡量流体粘性大小的物理量称为粘度,粘度的单位:Pas, (法定单位);泊（P），gcm-1s-1;厘泊（cP）;1 Pas 10P1000cP。,

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