化工原理 第一章优秀课件
化工原理课件第一章
第一章流体流动
流体分类：
本章重点讨论不可压缩牛顿型流体在管内流动的有关问题。
流动性、无固定形状、流动时产生内摩擦
按状态分为气体
液体
按流变特性分牛顿型流体非牛顿型流体
按压缩性可分为不可压缩流体可压缩流体按是否可忽略分子间作用力分为理想流体
粘性（实际）流体
1 流体流动
1 流体流动
教学内容：
流体静力学
管内流体流动的基本方程
管内流体流动现象
管内流体流动的摩擦阻力损失
管路计算
流量的测定
1.1 流体静力学
流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡规律。 流体静力学的主要应用
液封高度的计算
本节主要讨论流体静力学的基本原理及其应用。
1.1 流体静力学
主要内容：
流体的压力
流体的密度与比体积
流体静力学基本方程
流体静力学基本方程式的应用
1.1.1 流体的压力
定义与单位
垂直作用于流体单位面积上的力称为流体的压强，俗称压力。以p表示，单位为Pa。
注意其他压力单位，熟练进行换算。
在连续静止的流体内部，压强为位置的连续函数，任一点的压强与作用面垂直，且在各个方向都有相同的数值。
以绝对真空为基准—绝对压强，是流体的真实压强。 压强的基准
以大气压强为基准
= 绝对压强—大气压强真空度= 大气压强—绝对压强
1.1.1 流体的压力
绝对压力、表压及真空度的关系如图所示。
1.1.1 流体的压力
绝对零压线
大气压线A
B
真空绝对压强绝对强
例1-1某设备进出口的表压分别为-12kPa和157kPa，若当地大气压力为101.3kPa，试求此设备进出口的绝对压力及进出口压力差各为多少？
出口绝对压力进出口压力差注意：计算压力差时压力采用相同基准！
化工原理第一章流体力学
问题
03
用于指导管路设计和优化，如选择合适的管径、布局
等以降低压力损失
06
流速与流量的测量原理及应用
流速测量原理及仪表类型
流速测量原理
利用流体在管道内流动时产生的各 种物理现象，如压力差、热传导、
电磁感应等，来间接测量流速。
差压式流量计
通过测量流体在管道中流动时 产生的差压来推算流速。
涡轮流量计
流线
流场中某一时刻的一条空间曲线，该时刻 曲线上的每一点的切线方向都与该点的速 度方向一致。
流速
流体质点在单位时间内沿流线移动的距离 ，是矢量。
流管
流场中由一族流线所围成的管状区域，其 横截面称为流截面。
连续性方程
质量守恒定律
对于任一控制体，单位时间内流入和流出控制体的流体质量之差，等于控制体内流体质量的增量。
03
对每一段应用简单管路计算方法求解流量和压力损失
复杂管路计算方法及步骤
01 将各段结果叠加，得到整个管路的流量和压力损 失
02
方法二：等效管路法
03
将复杂管路等效为简单管路
复杂管路计算方法及步骤
应用简单管路计算方法求解等效管路 的流量和压力损失
根据等效关系，反推原复杂管路的流 量和压力损失
管路特性曲线及其应用
学问题、流体的动力学问题、流体的流动问题以及流体与固体边界的相互作用问题。
化工原理总结(第一章)ppt课件
l le)u2
wk.baidu.com
d
2
le d
（ 1 ） 管 管 进 出 口 口 ： ： 外 外 侧 侧 1 0 .5 u 2 u 1 0 、 0 、 内 内 侧 侧 0 0 u u 1 2 u u
Re2000层流=6R4ehf u
（2）Re
du
Re4000湍流一 完般 全湍 湍流 流 =fRd(ed
)hf
u2
.
（3）de4 润 流 湿 通 周 截 边 面 长 积、uqAv A A： 真 4 1实 d面 e2 积
圆形套管的环隙：de d2d1
.
m
m V
pMm RT
iyi
（3）液体的密度： 1 n w i
m
i 1 i
n
（4）摩尔质量： M m M i yi i 1
.
③黏度：单位 Pa·s 或 cP(厘泊）、1cP＝10-3 Pa·s
•
du dy
运动黏度 :
(m2/s)
④流动参数:
q（v qm
m
3
q
v
s） （ k
g
s）
u
q v（ m
/
s）
A
w
qm
qv
u （ kg
s m 2）
AA
.
3、流体静力学基本方程式
化工原理-精选版课件.ppt
m
V
SI单位：kg/m3
ρ——流体的密度，kg/m3；
m——流体的质量，kg；
V——流体的体积，m3。
2、影响ρ的主要因素
对一定的流体，其密度是压强和温度的函数，即
流 体
2019/12/17
f (P,T )
液体： f t ——不可压缩性流体 （体积不随压力变化）
气体： f t, p ——可压缩性流体
m AxVA B xVB n xn
——气体混合物密度计算式
化工原理
气体混合物的平均密度也可用理想气体密度计算式来计算
其中
m
PM m RT
Mm M A yA M B yB Mn yn
M A, M B ,, Mn ——气体混合物中各组分的摩尔质量
yA, yB ,, yn ——气体混合物中各组分的摩尔分数
mi m总
假设混合后总体积不变：
2019/12/17
V总
xwA
A
xwB
B
xwn m总
n m
化工原理
1 xwA xwBiblioteka Baidu xwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
式中 xwA , xwB ,xwn——液体混合物中各组分质量分率； A, B n——液体混合物中各纯组分密度，kg/m3。
化工原理完整(天大版)PPT课件
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二、常用单位制
➢ 国际单位 制（SI制）
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保；
研究方向 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
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0.2 单位制与单位换算
一、基本单位与导出单位
基本单位：选择几个独立的物理量，以使用方便
为原则规定出它们的单位；
导出单位：根据其本身的意义，由有关基本单 位组合而成。 单位制度的不同，在于所规定的基本单位及单位 大小不同。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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2 . 单元操作（Unit Operation）
化工原理流体流动ppt课件
式中 w1、w2、…，wn —— 液体混合物中各组分的质量分率； ρ1、ρ2、…，ρn —— 液体混合物中各组分的密度，kg/m3；
ρm —— 液体混合物的平均密度，kg/m3。
2、比体积
比体积（比容）：单位质量流体的体积，单位为 m3/kg 。
真空度＝大气压强－绝对压强
绝对压力、表压与真空度的关系：
表压
p1
绝对压力
真空度
绝对压力
wenku.baidu.com
大气压 p2 绝对真空
图1-1 绝对压力、表压与真空度的关系
表 压
绝
对
压 力
大 气
压
（a）
测定压力
当时当地大气压 （表压为零）
绝对压力为零
真 空 度 绝对压力
测定压力
（b）
图 绝对压力、表压和真空度的关系 （a）测定压力>大气压（b）测定压力<大气压
解 取管道截面a、b处压力分别为pa与pb。根据连续、静止的 同一液体内同一水平面上各点压力相等的原理，则
p1＇＝p1
（a）
pp11＇=R＝ρpHag－g+xpρ2=H2ROρgHgg+p2＇=RρHgg+pb－（R＋x）ρH2Og
根据式（a）
pa－pb＝xρH2Og＋RρHgg－（R＋x）ρH2Og ＝RρHgg－RρH2Og ＝0.1×(13600-1000) × 9.81 =1.24 × 104（Pa）
四川大学化工原理PPT课件 1.第一章 流体流动的基本概念与流体中的传递现象
第一章
流体与流体中的传递现象
特征
流体(Fluid) 与流体流动(Flow) 的基本概念
在航空、航天、航海，石油、化工、能源、环境、材料、医学和生命科学等领域，尤其是化工、石油、制药、生物、食品、轻工、材料等许多生产领域以及环境保护和市政工程等，涉及的对象多为流体。“流程工业”
在流动之中对流体进行化学或物理加工加工流体的机器与设备过程装备
物质的三种常规聚集状态：固体、液体和气体
物质外在宏观性质由物质内部微观结构和分子间力所决定物质的三种形态
分子的随机热运动和相互碰撞给分子以动能使之趋于飞散
分子间相互作用力的约束以势能的作用使之趋于团聚
两种力的竞争结果决定了物质的外在宏观性质。而这两种力的大小与分子间距有很大关系。
约为1×10-8cm （分子尺度的量级），分子间相互作用势能出现一个极值称为“势阱”，即分子的结合能，其值远远大于分子平均动能。分子力占主导地位，分子呈固定排列分子热运动仅呈现为平衡位置附近的振荡。有一定形状且不易变形。
分子间距
液体：分子热运动动能与分子间相互作用势能的竞争势均力敌。分子间距比固体稍大1/3左右。不可压缩、易流动。
气体：分子间距约为3.3×10-7cm （为分子尺度的10倍）。分子平均动能远远大于分子间相互作用势能，分子近似作自由的无规则运动。有易流动、可压缩的宏观性质。超临界流体、等离子体流体
固体
连续介质假定(Continuum hypotheses)
V
m V V ∆∆=∆→∆lim 0ρ∆V 0：流体质点或微团。尺度远小于液体所在空间的特征尺度，而又远大于分子平均自由程
化工原理课件_天大版
第一章流体流动
•学习指导
•一、基本要求:
•了解流体流动的基本规律，要求熟练掌握流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用，并在此基础上解决流体输送的管路计算问题。
•二、掌握的内容
•流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取；•压强的定义、表示法及单位换算；
•流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用；
•流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算；
•流动阻力产生的原因，流体在管内流动时流动阻力（直管阻力和局部阻力）的计算；
•简单管路的设计计算及输送能力的核算；
•管路中流体的压力、流速及流量的测量：液柱压差计、测速管（毕托管）、孔板流量计、转子流量计的工作原理、
基本结构及计算；
•因次分析法的原理、依据、结果及应用。
•3、了解的内容
•牛顿型流体与非牛顿型流体；
•层流内层与边界层，边界层的分离。
第一节流体的重要性质
• 1.1.1连续介质假定
把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型。流体微团（或流体质点）：
宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。
u
⎩⎨
⎧液体
气体流体
密度——单位体积流体的质量。
V
m =
ρkg/m
31.单组分密度
)
,(T p f =ρ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。
1.1.2 流体的密度
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：
RT
pM =
化工原理第01章课件
由a-a面至出口小孔截面2-2排方程
pa
gza
pa
u2
2
这时的流动条件是定态的
实际: uC0 2gaz u 2gaz
机械能衡算式导出步骤： ① 简化
将问题先简化到可分析的状况，得理论解。 ② 修正
逐一解决与实际的差距，使结果可工程应用。
应用时应注意的问题： ① 看是否符合应用条件（连续流，满流） ② 画示意图 ③ 截面选取
平均的原则：截面上总动能相等。
动能因子α
＝u13 A
u3dA
A
在工业上常见的速度分布α≈1，动能项可用平均流 速。
柏努利方程的应用条件： （1）重力场，定态流动，不可压缩的
理想流体沿轨线满流。 （2）无外加机械能或机械能输出。 1.3.2.2 推广到工程上可用形式 沿轨线--→沿流线 定态：流线与轨线重合
于同一水平面上各点的压强相等。
分析方法（数学分析法）
①取控制体
②作力衡算
③结合本过程的特点，解微分方程
1.2.1.4 静力学方程应用条件
①同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用)
②静止(或等速直线流动的横截面---均匀流)
③重力场
④单连通
1.2.2 流体的总势能
总势能
（压强能与位能之和）
虚拟压强
1.2.3 压强的表示方法
化工原理-第1章流体流动
在容器或设备的外面连接一个称为平衡器的小室，其内
装入与容器内相同的液体，让平衡器内液体液面的高度维持 在容器液面所能达到的最大高度处。用一装有指示液A的U 型管压差计将容器与平衡器连接起来，则由压差计读数便可 求出容器内液面的高度。
h A R
（1-14）
由式（1-14）可以看出，容器内的液面愈低，压差计的 读数愈大；当液面达到最大高度时，压差计读数为零。
随时间而改变。如果在管道两截面之间的流体既无积聚也无漏
失，根据质量守恒定律，单位时间内通过管道各截面的流体质 量即质量流量应当相同。即
w1w2 常数
（1-20）
或
1 u 1A 12 u 2A 2u A 常数 （1-21）
对于不可压缩流体，因流体的密度为常数，式（1-21）可
写为
u1A 1u2A 2uA 常数 即各个截面上流体的体积流量均相等。
d2
4Vs
d 2
4
（1-19）
或
d 4V s u
（1-19a）
式（1-19 a）是确定输送流体的管道直径的最基本公式。流体的体
积流量一般由生产任务所决定，平均流速则需要综合考虑各种因素
后进行合理地选择。流速选择的过高，管径可以减小，但流体流经
管道的阻力增大，动力消耗大，操作费用随之增加。反之，流速选
（1-22）
式（1-20）-（1-22）称为流体稳定流动的连续性方程。
大学化学《化工原理-流体流动1》课件
N s m2
T↑ 液体 ↓, 气体 ↑
P↑ 基本不变, 基本不变
40atm以上考虑变化
第一章 第一节
混合粘度
1、不缔合混合液体
log m
xi log i
2、低压下混合气体
m
yi
M 1/ 2
ii
/
yi
M
1/ i
2
( yi摩尔分率，M i分子量)
第一章 第一节
第一章 流体流动
第一节 流体流动中的作用力 第二节 流体静力学方程 第三节 流体流动的基本方程 第四节 流体流动现象 第五节 流体在管内流动阻力 第六节 管路计算 第七节 流量的测定
化工原理
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论
流体流动 流体输送机械 流体流过颗粒和颗粒层的流动 非均相物系的分离 传热 蒸发 总结
第一章 流体流动
第一节 流体流动中的作用力 第二节 流体静力学方程 第三节 流体流动的基本方程 第四节 流体流动现象 第五节 流体在管内流动阻力 第六节 管路计算 第七节 流量的测定
第一节 流体流动中的作用力
化工过程中 的流体流动
管道输送 多相流 单元操作中流动现象
第一章 第一节
一、体积力和密度： = m/V
p
T
液体 基本不变 稍有变化
气体 改变
化工原理完整教材课件
确定流体输送管路的直径,计算流动过程产生的阻力和输送流体所需的动力 根据阻力与流量等参数选择输送设备的类型和型号,以及测定流体的流量和压强等 流体流动将影响过程系统中的传热、传质过程等,是其他单元操作的主要基础
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
1.1.3 流体流动中的作用力
1.2.流体静力学基本方程 Basic equations of fluid statics
* 本节主要内容 流体的密度和压强的概念、单位及换算等；在重力场中的静止流体内部压强的变化规律及其工程应用 * 本节的重点 重点掌握流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用实例 * 本节的难点 本节点无难点
第1章 流体流动 .学习要求
1. 本章学习目的 通过本章学习,重点掌握流体流动的基本原理、管内流动的规律,并运用这些原理和规律去分析和解决流体流动过程的有关问题,诸如： 1 流体输送： 流速的选择、管径的计算、流体输送机械选型 2 流动参数的测量 ： 如压强、流速的测量等 3 建立最佳条件： 选择适宜的流体流动参数,以建立传热、传质及化学反应的最佳条件 此外,非均相体系的分离、搅拌 或混合 都是流体力学原理的应用
1.2 流体静力学基本方程
流体静力学主要研究流体流体静止时其内部压强变 化的规律 用描述这1规律的数学表达式,称为流体静 力学基本方程式 先介绍有关概念：
化工原理课件1流体
p= p0 + hg
压力相等的水平面称为等压面。 3. 液面上方的压力大小相等地传遍整个液体。 4. 压力或压力差的大小可以用 p 2 p1 h 一定高度的液柱来表示： g
20:32 20
注意：流体静力学方程只能用于 静止的、连通的、同一种流体内部
【例 1-1】如右图所示的开口容器中盛 有水和油。HA =HA ′, HC =HC ′=0, 油层高度H1= 0.7 m,密度ρ1=800kg/m3水 层高度H2=0.6m,密度ρ2 = 1000kg/m3 （1）判断下列关系式是否成立; pA=pA′ pB=pB′ pC=pC′ （2）计算水在玻璃管内的高度 H 。
根据流速及相关物理参数随空间坐标变化的特征来区分。
化工类工业上一维流动居多：基本上都在封闭管道内流动。
三、绕流与封闭管道内的流动
绕流：颗粒沉降、在填充床内流动等；
20:32
其它均为封闭管道内的流动。
27
稳态与非稳态流动示意动画
非稳态流动
u u ( x, y, z, )
u 0
稳态流动
式中： Mm—— 混合气体的平均摩尔质量，g/mol 混合液体的密度ρm （忽略混合前后体积变化）
1
yn —— 气体混合物中各组分的摩尔分数
m
w1
1
w2
2
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uV A
点速度 v，单位m/s
G u
mGA uA
第三节 流体流动的基本方程
2。稳定流动与不稳定流动 流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流
动。否则就称为不稳定流动。
二、流体流动的连续性方程
原理：质量守恒定律 假定：无流体泄漏、无积累 流入质量流量 = 流出质量流量
1
控制体
2
m1 m2
1u1A12u2A2
（1）压力单位
SI制中， N/m2 =Pa，称为帕斯卡
1 a （ 标 准 t 大 气 m 压 ） 1 . 0 1 5 P 1 7 0 m 3 a 6 1 . 3 m m 0 2 O 0 3
第二节 流体静力学方程及应用
（2）压力大小的两种表征方法
绝压
表压
- - - 以 当 地 大 气 压 为 基 准
第二节 流体静力学方程及应用
获得方法：（1）查物性数据手册
（2）公式计算：
液体混合物： 1ma11 a22 ann
气体：
PM RT
m
PM m RT
-------------理想气体状态方程
第二节 流体静力学方程及应用
2．压力（压强） 单位面积上所受到的压应力称为压强，习惯上称之
为静压力，用符号p表示。 静压力各向同性
第三节 流体流动的基本方程
3。使用机械能衡算方程时，应注意的问题
v 控制体的选取：
ü控制体内的流体必须连续、均质；
p2 gz2 0gR
1
z1
2 z2
p 1 g 1 z p 2 g 2 z0 gR
1 20gR
R
3
3
0
U 形 压 差 计 的 读 数 R的 大 小 反 映 了 被 测 两 点 间 广 义 压 力 之 差
第二节 流体静力学方程及应用
p1
(2)双液柱压差计
1略小于2
z1
p 1p 2 21gR
化工原理 第一章
第一节 概 述
1.1 概述 一．流体的概念和分类
流体
气体 液体
分类：根据流体的压缩性
动量传递 三传 热量传递
质量传递
可 压 缩 流 体 不 可 压 缩 流 体
第一节 概 述
二．研究流体流动的目的
1．掌握流体流动的基本原理 单纯流动问题和流动中伴随传wk.baidu.com、传质的问题
2．完成流体输送任务 管路设计、管件选择、动力设备选择
第二节 流体静力学方程及应用
1.2 流体静力学方程及其应用
研究内容：研究流体在外力作用下的平衡规律， 即处于静止或相对静止的规律。
一、流体的密度和系统的压力
1。流体的密度
用表示，属于物性
单位：kg /m3
影响因素：气体----------种类、压力、温度、浓度 液体--------- 种类、温度、浓度
1
2
Z1
Z2
第二节 流体静力学方程及应用
根据力的平衡： p1A + G = p2A
p 2 p 1g z 1 z2
g1 zp1g2 zp2
gz1
p1
gz2
p2
gz p常数
广义压力
流体静力学方程
z1
p1
g
z2
p2
g
静压头
第二节 流体静力学方程及应用
静力学方程的讨论： 1） 适用场合： 静止、连续、均质、不可压缩 2）等压面为水平面； 3）压力可传递-------巴斯噶定理。
p1
R
p2
R
p2
1
z1
R 2
0
倾斜式压差计
读数放大
第三节 流体流动的基本方程
1.3 流体流动的基本方程 一、基本概念
1。流量和流速
流量 体 质积 量流 流量 量 V m表 表 ， ，示 示 用 用 m k3g， ， ss mV
质量流速 又称质量通量，kg/m2s
Gm A
流速
体积
流速
又称平均流速，m/s
表压 绝压 当地大气压
真 空度 当 地 大气 绝压 压
第二节 流体静力学方程及应用
二、流体静力学基本方程
1。含义：用于描述静止流体内部的压力沿高度变化的关系
2。研究对象：不可压缩流体
3。静力学方程的推导
取一液柱，横截面积为A，密度为
（1）液柱下底面的压力：p2A
（2）液柱上底面的压力：p1A
（3）液柱自身的重力：G = gV = gA(Z1Z2)
第二节 流体静力学方程及应用
三、流体静力学基本方程的应用
1、压力计
pa R
v单管压力计
p 1p ap 1(表 )Rg
vU型管压力计
A 1• ..
单管压力计
A 1•
h
pa R
p1pa0gR gh
2
3
0 U 形压力计
第二节 流体静力学方程及应用
2．压差计（manometer）
(1)U形压差计
p1 gz1 R
流体流动时与外界无热交换，Q = 0
g1 zp1u 2 1 2W g2zp2u 2 2 2 hf
z1p g 12 u1 g 2Hz2pg 22 ug 2 2
机械能衡算式
H f
第三节 流体流动的基本方程
（2）假设：流体流动时没有阻力（理想流体）、 无外功加入
g1zp 1u212 g2zp2u222
3．估算工艺和操作参数 根据流体流动的原理流量、压力、位差、 管长、管径等。
第一节 概 述
三、研究流体流动的方法
把流体视为由无数个流体微团（或流体 质点）所组成，这些流体微团紧密接触，
u
彼此没有间隙。这就是连续介质模型。
流体微团（或流体质点）： 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已 经表现出大量分子的统计学性质。
1
2
1 = 2 = 常 数u1A1 u2A2
对 圆 管 u1d1 2u2d2 2----管内流动的连续性方程
第三节 流体流动的基本方程
三、流体流动的能量衡算 原理：能量守恒定律
1。单位质量流体的总能量E
2。流体流动的总能量衡算式
内能 U = f (T) 位能 gz 动能 u2 /2
压力能 p /
Q 换热器
2 流体出
2
z2
流体入
1泵
z1 1
Ws
第三节 流体流动的基本方程
输入能量 + 外加功 + 外加热量 = 输出能量 + 能量损失
U 1 g1 zp 1 1 u 2 1 2 W Q U 2 g2 zp 2 2 u 2 2 2h f
讨论： （1）假设：流体不可压缩，1 = 2 =
流体流动时温度不变，U1 = U2
z1pg1 2u1g2 z2pg2 2ug22
柏努利方程式
（3）机械能衡算式的物理意义
u2/2 单位质量流体具有的动能，称为动压能
u2/2g 单位重量流体具有的动能，称为动压头、速度头
（z + p/g + u2/2g ） 总机械能，称为总压头
H 外加压头，Hf 压头损失
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