化工原理 流體流動(dòng)

2023/5/11第一章流體流動(dòng)①研究流體流動(dòng)問題的重要性流體流動(dòng)與輸送是最普遍的化工單元操作之一；研究流體流動(dòng)問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)。2023/5/122023/5/132023/5/14②連續(xù)介質(zhì)假定

假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點(diǎn)：由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀角度

研究流體。2023/5/15③流體的可壓縮性不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變化，如液體；可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化，如氣體。2023/5/16一、壓力流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。

1.壓力的單位

SI制：N/m2或Pa；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O第一節(jié)流體靜力學(xué)2023/5/172.

壓力的表示方法

絕對壓力以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓力。

表壓或真空度以大氣壓為基準(zhǔn)測得的壓力。2023/5/18表壓=絕對壓力－大氣壓力真空度=大氣壓力－絕對壓力絕對壓力

絕對壓力

絕對真空

表壓

真空度

大氣壓

2023/5/19流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面；任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反；作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。3.靜壓力的特性2023/5/110二、流體的密度與比體積（一）密度單位體積流體的質(zhì)量。kg/m3

1.單組分密度液體密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變化關(guān)系可從手冊中查得。2023/5/111氣體當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算：

注意：手冊中查得的氣體密度均為一定壓力與溫度下之值，若條件不同，則需進(jìn)行換算。2023/5/1122.混合物的密度混合氣體各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有

——?dú)怏w混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。

或——混合氣體的平均摩爾質(zhì)量；

——?dú)怏w混合物中各組分的摩爾(體積)分?jǐn)?shù)。

2023/5/113混合液體假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有

——液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（二）比體積單位質(zhì)量流體的體積。m3/kg2023/5/114重力場中對液柱進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力（2）下端面所受總壓力（3）液柱的重力設(shè)流體不可壓縮，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下三、流體靜力學(xué)基本方程式

2023/5/115液柱處于靜止時(shí)，上述三力的合力為零:壓力形式能量形式——靜力學(xué)基本方程式p0p2p1z1z2G2023/5/116討論：（1）適用于重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體；（2）物理意義：——單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；——單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg。在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其總和保持不變。2023/5/117（3）在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱為等壓面。（4）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。

2023/5/118四、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（一）壓力測量

1.U形管液柱壓差計(jì)

設(shè)指示液的密度為，被測流體的密度為。

A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’2023/5/119所以整理得若被測流體是氣體，，有p1p2mRAA’2023/5/120討論：①U形管壓差計(jì)可測系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測得流體的表壓或真空度；

②指示液的選?。褐甘疽号c被測流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；其密度要大于被測流體密度。應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。

2023蒙/4/2撲5212.倒U形管壓差粱計(jì)指示劑庸密度小腳于被測世流體密弦度，如空氣作為罵指示劑202保3/4逝/25223.斜管壓差計(jì)適用于緊壓差較眨小的情吹況。值越小彩，讀數(shù)譽(yù)放大倍把數(shù)越大豪。202引3/4斷/2523密度接近但不互溶的兩種指示液A和C；4.微差壓代差計(jì)擴(kuò)大室內(nèi)媽徑與U管內(nèi)徑座之比應(yīng)抵大于10求。202贊3/4延/2524（二）液位測量1.近距離渡液位測漠量裝置壓差計(jì)輸讀數(shù)R反映出容恰器內(nèi)的液面桃高度。液面越尸高，h越小，琴壓差計(jì)繩讀數(shù)R越?。划?dāng)懇液面達(dá)到竹最高時(shí)，h為零，R亦為零鋤。2023妥/4/2蠻5252.遠(yuǎn)距離液患位測量裝上置管道中煙充滿氮漢氣，其她密度較維小，近災(zāi)似認(rèn)為而所以AB2023燭/4/2威526（三）液封高度孔的計(jì)算液封作用羞：確保設(shè)備討安全：當(dāng)蔽設(shè)備內(nèi)壓廚力超過規(guī)稼定值時(shí)，注氣體從液很封管排出素；防止氣晉柜內(nèi)氣碎體泄漏心。液封高度類：2023冊/4/2步527第二節(jié)惕管璃內(nèi)流體流樸動(dòng)的基本裕方程1.體積流量單位時(shí)抬間內(nèi)流云經(jīng)管道斜任意截笨面的流砌體體積法。qV——m3/s或m3/h2.質(zhì)嫁量流量單位時(shí)共間內(nèi)流諒經(jīng)管道邁任意截雪面的流針體質(zhì)量睡。qm——kg南/s或kg/辰h。二者關(guān)袖系：（一）結(jié)流量一、流量與店流速202呈3/4租/2528（二）流爛速2.質(zhì)量腹流速單位時(shí)務(wù)間內(nèi)流羽經(jīng)管道仆單位截遙面積的伸流體質(zhì)療量。流速（平均流速）單位時(shí)間把內(nèi)流體質(zhì)錄點(diǎn)在流動(dòng)客方向上所奮流經(jīng)的距雅離。kg/（m2·s）流量與流歲速的關(guān)系紗：m/s2023勾/4/2猾529對于圓形瀉管道：流量qV一般由生眨產(chǎn)任務(wù)決心定。流速選擇銜：3.管徑的揀估算↑→d↓→設(shè)備費(fèi)用↓流動(dòng)阻力↑→動(dòng)力消耗↑

→操作費(fèi)↑均衡考慮uu適宜費(fèi)用總費(fèi)用設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)2023姨/4/2問530二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)凱與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的：各截面廊上的溫度諒、壓力、素流速等物殃理量僅隨團(tuán)位置變化班，而不隨隨時(shí)間變化每；非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：億流體在各塑截面上的息有關(guān)物理必量既隨位筒置變化，儀也隨時(shí)間雄變化。2023坦/4/2帶531三、連續(xù)性團(tuán)方程式對于穩(wěn)態(tài)哀流動(dòng)系統(tǒng)咽，在管路瞞中流體沒閱有增加和參漏失的情釀況下：推廣至任菊意截面1122——連續(xù)性方程式2023可/4/2敬532不可壓縮浮性流體，圓形管妙道：即不可花壓縮流與體在管千路中任信意截面替的流速閉與管內(nèi)姻徑的平窩方成反卡比。謝謝觀看/歡迎下載BY停FAI藏TH驅(qū)IM垃EAN普A旅VIS校ION貫OF發(fā)GO嚴(yán)OD愧ONE枯CH贈(zèng)ERI虛SHE書S