流體的基本性質(zhì)

流體的基本性質(zhì)第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日復(fù)習(xí)化工生產(chǎn)過程是由一系列的______按一定的順序所組成，在這些單元中，有的主要是______作用,有的主要是_____變化。主要是__________或______________的單元可歸納為傳遞過程。化學(xué)工程中的傳遞過程包括__________、__________和___________。單元物理化學(xué)物理作用物理化學(xué)作用動(dòng)量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞2第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日教學(xué)目的：重點(diǎn)難點(diǎn)：課型：第三章流體流動(dòng)過程及流體輸送設(shè)備§3.1流體的基本性質(zhì)掌握流體有關(guān)的物理性質(zhì)和流體靜力學(xué)方程流體的壓強(qiáng)理論知識(shí)課流體的流速和流量流體的粘度流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用3第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日流體的流動(dòng)和輸送在化工生產(chǎn)中占有非常重要的地位,是必不可少的單元操作之一.4第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日第三章流體流動(dòng)過程及流體輸送設(shè)備流體(fluid)——沒有固定形狀,能夠自由流動(dòng)liquidgasfluid

流體力學(xué)(fluidmechanics)流體靜力學(xué)(hydrostatic)流體動(dòng)力學(xué)(hydrodynamic)動(dòng)量傳遞過程momentumtransferprocess不可壓縮性可壓縮性5第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日密度(density):是指單位體積物料所具有的質(zhì)量,單位液體混合物密度的計(jì)算：以1kg混合物為基準(zhǔn)混合物中各組分的質(zhì)量分率液體混合物中各組分的密度Note:忽略體積效應(yīng)§3.1流體的基本性質(zhì)注:流體的密度是溫度和壓力的函數(shù)6第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日氣體混合物密度的計(jì)算：當(dāng)p不太高,T不太低時(shí),可按理想氣體處理Mm—?dú)怏w平均分子量，或:由于各組分在混合前后質(zhì)量不變，以1m3混合氣體為基準(zhǔn)——?dú)怏w混合物中各組分的體積分率。——在氣體混合物的壓力下各純組分的密度，kg/m3。7第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日比體積(specificvolume):是指單位質(zhì)量物料所具有的體積。8第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日壓強(qiáng)(pressure):物體單位面積上所受到的流體垂直作用力。壓強(qiáng)的單位：國(guó)際單位制

Pa物理學(xué)(cgs制)

atm、mmHg、mH2O等。工程單位制千克(力)/厘米2(kgf?cm-2)——工程大氣壓（at）工程技術(shù)上習(xí)用:8公斤蒸汽，是指8kgf?cm-2(表壓)的飽和蒸汽；反應(yīng)釜有5公斤壓強(qiáng)，指5kgf?cm-2(表壓)的壓強(qiáng)。壓強(qiáng)的單位換算:1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf?cm-21mmHg=0.133kPa1mH2O=9.81kPa1kgf?cm-2=98.1kPa

1bar=100kPa液柱9第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日以液柱表示壓強(qiáng)：Ah[m液柱]Note：①h即為該流體在壓力p作用下能上升的高度；②同一p值,因不同流體的密度不同,其h值也不同，③用液柱高度表示流體的壓力時(shí)，必須注明是何種流體，必要時(shí)還應(yīng)注明溫度以確定流體的密度。10第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日壓強(qiáng)的基準(zhǔn)絕對(duì)壓(absolutepressure):以絕對(duì)零壓為起點(diǎn)的壓強(qiáng)稱為絕對(duì)壓強(qiáng)。表壓(superatmosphericpressure):以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽槠瘘c(diǎn)的壓強(qiáng)。真空度(degreeofvacuum)：低于當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮旱倪@部分壓強(qiáng)。絕對(duì)零壓線當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮?1.0atm)p1(1200mmHg)絕對(duì)壓表壓絕對(duì)壓真空度p2(500mmHg)絕對(duì)壓=當(dāng)時(shí)大氣壓+表壓=當(dāng)時(shí)大氣壓—真空度11第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)管任一橫截面的流體的體積，稱為體積流量，qv流量(flow,flux)體積流量(volumeflowrate)質(zhì)量流量(massflowrate)質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)管任一橫截面的流體的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，qm（m3?s-1）。（kg?s-1）。qm=

qv?

摩爾流量:單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)管任一橫截面的流體的物質(zhì)的量，稱為摩爾流量，qn(mol.s-1)

摩爾流量(molarflowrate)12第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日流速(velocityofflow)※點(diǎn)速度(spotspeed)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上通過的距離，u

r（m?S-1）※平均流速(averageflowrate)：u=qv/s（m?s-1）=4qv/d2※質(zhì)量流速:單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管路單位截面積的質(zhì)量，

kg.s-1.m-213第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日管徑的計(jì)算∴qV是由生產(chǎn)任務(wù)決定的ud材料費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用阻力能量消耗操作費(fèi)用優(yōu)化：兩者之和最小14第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日表2-2工業(yè)上管內(nèi)流體常用的流速范圍流動(dòng)介質(zhì)流速(m?s-1)液體自然流動(dòng)粘性流體（油類、硫酸等）一般液體0.1～1.00.5~1.00.5～2.5氣體自然流動(dòng)不大的壓強(qiáng)下(鼓風(fēng)機(jī)管路)壓縮氣體2～48～1515~25蒸汽常壓和略高于常壓的飽和蒸汽0.1～0.5MPa(表壓)飽和水蒸汽15～2520～4015第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日管徑的計(jì)算表2-3水管、煤氣管的規(guī)格公稱口徑Dg外徑mm普通管壁厚mm加厚管壁厚mmmm英寸1015202532401251503/8??11?1?561721.2526.7533.542.25481401652.252.752.753.253.253.54.54.52.753.253.5444.255.55.516第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日??流動(dòng)的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力，它是流體粘性的表現(xiàn)。流體流動(dòng)時(shí)，必須克服粘性阻力而作功，從而造成能量損失。粘度(viscosity)17第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日粘度(viscosity)牛頓型流體的粘度:粘度是流體內(nèi)部摩擦力的表現(xiàn)，衡量流體粘性大小的物理量，是流體的重要物性參數(shù)之一。流體的粘度越大，流體的流動(dòng)性越小。F(剪切力)(牛頓粘性定律)——作用于單位面積上的剪切力，稱為剪應(yīng)力?！壤禂?shù)，即流體的粘度。主要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定.速度梯度18第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日粘度(viscosity)粘度的單位：國(guó)際單位制：Pa?s物理學(xué)單位制：泊(poise，p)或厘泊(cp)1泊=0.1Pa?s液體的粘度:受壓力影響很小，隨溫度的升高而顯著降低。氣體的粘度：隨溫度升高而增大，隨壓力升高而增加的很少。NOTE：√粘度不僅與分子間的吸引力有關(guān)，還與分子熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)?！坦I(yè)上常常遇到各種流體的混合物，它們的粘度一般應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定其數(shù)值，或選用適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。19第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日運(yùn)動(dòng)粘度(kinemeticviscosity):

流體的粘度與密度的比值在CGS制中運(yùn)動(dòng)粘度的單位為cm2.s-1，稱為沲(stoke，st)1st=100cst=10-4m2.s-120第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日流體靜力學(xué)基本方程根據(jù)用液柱表示壓強(qiáng)的方法，p=hg，則在靜止液面下面深度h處的壓強(qiáng)為：（流體靜力學(xué)方程）在重力場(chǎng)中，靜止流體內(nèi)任一點(diǎn)的靜壓力的大小與液體的密度及該點(diǎn)的深度有關(guān)，與該點(diǎn)所在的水平位置及容器的形狀無關(guān)。在連續(xù)、靜止的同一流體中，在同一水平面上，流體的靜壓力相等，這樣的水平面稱為等壓面。0ABCDh？液面上所受的壓強(qiáng)能以同樣大小傳遞到液體內(nèi)部,此規(guī)律即物理學(xué)中的巴斯噶原理.21第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日練習(xí)水水水Q1:A1、A2、A3的壓力是否相同？他們的大小順序如何？A1A2A3B1B2B3Q2:B1、B2、B3的壓力是否相同？C1C2C3Q3:C1、C2、C3的壓力是否相同？Q4:D1、D2、D3的壓力是否相同？D1D2D3A:A3<A2<A1A:

B3<B2<B1A:

C1>C2=C3A:

D1=D2=D322第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日練習(xí)離H0為0.5m，油的密度0為800kg?m-3

，水的密度為1000kg?m-3。如果要求油水分界面位于觀察孔中心，則倒U型管頂部至觀察孔中心的垂直距離H應(yīng)為多少？設(shè)液體在器內(nèi)的流動(dòng)緩慢，可按靜力學(xué)處理。而且油水易于分層，沒有乳化界面。H0H溢