食品工程原理 流体流动1.1
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表压或真空度 ：以大气压为基准测得的压力。
不同基准压力之间的换算 表压力 = 绝对压力－大气压力
真空度 = 大气压力－绝对压力
真空度 = -表压力
二、 压力
P1
表压 大气压
真空度 绝对压力 P2
绝对压力 绝对真空
第一章 流体流动
1.1 牛顿型流体及其黏度
一、牛顿内摩擦（黏性）定律
黏性 流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作 用的，这种相互抵抗的作用力称为剪切力，流体 所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质 称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于 静止还是流动，都具有黏性。
29
上板以恒定 速度沿x的正 一、牛顿内摩擦（黏性）定律方向运动
δ
图1平板间黏性流体的速度变化
一、牛顿内摩擦（黏性）定律
实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体 速度梯度 u 层之间作用的剪切力 F 与两流体层的速度差 及其作用面积 A 成正比，与两流体层之间的垂直 距离 成反比 牛顿黏性定律：
1. 研究流体流动问题的重要性
流体是气体与液体的总称。
流体流动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。
2.流体流动的典型流程
转子流量计 贮槽 阀门 离心泵 贮槽 涉及内容：流速、流量、压强、管径、扬程、功率
Fra Baidu bibliotek 3. 流体的性质
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：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。
自然界不存在真正的理想流体。
18
二、单位换算
1、物理量的换算 基本物理量中为1m＝物理单位制中100cm ＝英制3.2808ft 2、经验公式（或数字公式）的单位换算 （a）物理方程
（b）经验方程
换算方法见例0－2。
19
第一章 流体流动
学习目的 与要求
通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。
4
网络课程辅助教学
《化工原理及实验》网络课程 网址：202.113.179.181
5
网络课程辅助教学
网络课程站点
《化工原理及实验》网络课程 虚 拟 课 堂 演 示 实 验 图 片 汇 总 动 画 汇 总 作 业 汇 总
思 考 题 汇 总 讨 论 与 答 疑
网 上 自 测
教 师 主 页
附 件 下 载
13
四．化工过程计算的理论基础
设计型计算 操作型计算 质量守恒 所用基本关系： 能量守恒
化工计算分为
平衡关系
速率关系
14
五．本课程的学习要求
学习中，应注意以下几个方面能力的培养： (1)单元操作和设备选择的能力
(2)工程设计能力
(3)操作和调节生产过程的能力
(4)过程开发或科学研究能力
(5)实验能力
黏度
du x F A d
一、牛顿黏性定律
令 τ 表示单位面积上受到的力，称为切应力 / 剪应力。
牛顿黏性定律：
dux d
一、牛顿黏性定律
牛顿型流体(Newtonian fluid) 遵循牛顿黏性定律的流体
所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流 体，如水、空气等。
一、牛顿黏性定律
11
三、化工原理课程的研究方法
1、实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确 定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（或 称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通 用的基本方法。
12
三、化工原理课程的研究方法
2、数学模型法（半经验半理论方法） 在对实际过程的机理深入分析的基础上， 在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化， 建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实验确定模型参数。 研究工程问题的方法是联系各单元操作的 另一条主线。
dyn cm2 dyn s g [ ] P 1 1 2 cm s cm cm cm s
一般以泊的1/100的厘泊（cp）来表示黏度。
二、流体的黏度
运动黏度
/
SI 单位为 m2/s ；在物理单位 cm2/s 称为沲， 以St表示。
1St 100cSt 10 m /s
2
4
二、流体的黏度
流体种类 气体 液体 温度 T↑,μ↑ T↑,μ↓ 压力 p<4MPa时可忽略 可忽略
气体的分子间距较大，产生黏性的主要原因在于 气体分子本身的运动。 液体的分子紧密排列，分子间距较小，产生黏性
的主要原因在于液体分子间的引力。
三、理想流体与黏性流体
理想流体
0 的流体称为理想流体。
分类
1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌
2、传热过程： 换热、蒸发
3、传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、 吸附、离子交换、膜分离 4、热质同时传递过程：增减湿、结晶、干燥
10
二、单元操作的分类和特点
特点 化工原理是一门实践性很强的工程学科。单 元操作的研究内容包括“过程”和“设备”两个 方面。 所有的单元操作都可分解为动量传递、热量 传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。 三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的 联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。
6
绪
学习目的 与要求
论
通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主 要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研 究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位 换算方法。
7
绪
论
0.1 化工原理课程的内容和特点
8
一、化工原理课程内容 化学反应 化工生产过程 单元操作 化工原理 三 传 一 反
反应工程
9
二、单元操作的分类和特点
化工原理（上册）
北京: 高等教育出版社
2005年6月（第一版）
3
参考教材
(1) 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005 (3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001
《化 工 原 理》
（上 册）
制作人：夏 清
1
学时安排
总学时56（授课50、课堂研讨4、机动2 ）
绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 非均相混和物分离及固体流态化 第四章 液体搅拌 第五章 传热 第六章 蒸发
1 13 8 8 2 14 4
2
教 材
柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材
15
绪
论
0.1 化工原理课程的内容和特点 0.2 单位制度及单位换算
16
一． 单位和单位制度
1、基本单位和导出单位
基本单位 质量、长度、时间和温度 导出单位 速度、密度、加速度
2、绝对单位制和重力单位制 绝对单位制 长度、质量、时间
重力单位制 长度、时间和力
17
一． 单位和单位制度
3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。 4、《中华人民共和国法定计量单位》 在SI制基础上制定的。
非牛顿型流体(non-Newtonian fluid)
凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体 (non-Newtonian fluid)。
某些高分子溶液、悬浮液、泥浆、血液等属于 非牛顿流体。
二、流体的黏度
在SI单位制中，黏度的单位为Pa· s，
Pa kg [ ] Pa s 1 1 m s du / dy m s m 在物理单位制上，其单位为P（泊），
3. 流体的性质
密度； 相对密度；
比容；
压力
压力
在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其他单位还有： 1atm ＝ 101300 N/m2 ＝ 101.3kPa ＝ 1.033kgf/cm2 ＝10.33mH2O＝760mmHg
二、 压力 压力
绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。
不同基准压力之间的换算 表压力 = 绝对压力－大气压力
真空度 = 大气压力－绝对压力
真空度 = -表压力
二、 压力
P1
表压 大气压
真空度 绝对压力 P2
绝对压力 绝对真空
第一章 流体流动
1.1 牛顿型流体及其黏度
一、牛顿内摩擦（黏性）定律
黏性 流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作 用的，这种相互抵抗的作用力称为剪切力，流体 所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质 称为流体的黏性。 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于 静止还是流动，都具有黏性。
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上板以恒定 速度沿x的正 一、牛顿内摩擦（黏性）定律方向运动
δ
图1平板间黏性流体的速度变化
一、牛顿内摩擦（黏性）定律
实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体 速度梯度 u 层之间作用的剪切力 F 与两流体层的速度差 及其作用面积 A 成正比，与两流体层之间的垂直 距离 成反比 牛顿黏性定律：
1. 研究流体流动问题的重要性
流体是气体与液体的总称。
流体流动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。
2.流体流动的典型流程
转子流量计 贮槽 阀门 离心泵 贮槽 涉及内容：流速、流量、压强、管径、扬程、功率
Fra Baidu bibliotek 3. 流体的性质
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：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。
自然界不存在真正的理想流体。
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二、单位换算
1、物理量的换算 基本物理量中为1m＝物理单位制中100cm ＝英制3.2808ft 2、经验公式（或数字公式）的单位换算 （a）物理方程
（b）经验方程
换算方法见例0－2。
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第一章 流体流动
学习目的 与要求
通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过 程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律 分析和计算流体流动过程中的有关问题。
4
网络课程辅助教学
《化工原理及实验》网络课程 网址：202.113.179.181
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网络课程辅助教学
网络课程站点
《化工原理及实验》网络课程 虚 拟 课 堂 演 示 实 验 图 片 汇 总 动 画 汇 总 作 业 汇 总
思 考 题 汇 总 讨 论 与 答 疑
网 上 自 测
教 师 主 页
附 件 下 载
13
四．化工过程计算的理论基础
设计型计算 操作型计算 质量守恒 所用基本关系： 能量守恒
化工计算分为
平衡关系
速率关系
14
五．本课程的学习要求
学习中，应注意以下几个方面能力的培养： (1)单元操作和设备选择的能力
(2)工程设计能力
(3)操作和调节生产过程的能力
(4)过程开发或科学研究能力
(5)实验能力
黏度
du x F A d
一、牛顿黏性定律
令 τ 表示单位面积上受到的力，称为切应力 / 剪应力。
牛顿黏性定律：
dux d
一、牛顿黏性定律
牛顿型流体(Newtonian fluid) 遵循牛顿黏性定律的流体
所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流 体，如水、空气等。
一、牛顿黏性定律
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三、化工原理课程的研究方法
1、实验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确 定过程变量之间的关系，通过量纲为一数群（或 称准数）构成的关系式来表达。是一种工程上通 用的基本方法。
12
三、化工原理课程的研究方法
2、数学模型法（半经验半理论方法） 在对实际过程的机理深入分析的基础上， 在抓住过程本质的前提下，作出某种合理简化， 建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型。 通过实验确定模型参数。 研究工程问题的方法是联系各单元操作的 另一条主线。
dyn cm2 dyn s g [ ] P 1 1 2 cm s cm cm cm s
一般以泊的1/100的厘泊（cp）来表示黏度。
二、流体的黏度
运动黏度
/
SI 单位为 m2/s ；在物理单位 cm2/s 称为沲， 以St表示。
1St 100cSt 10 m /s
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4
二、流体的黏度
流体种类 气体 液体 温度 T↑,μ↑ T↑,μ↓ 压力 p<4MPa时可忽略 可忽略
气体的分子间距较大，产生黏性的主要原因在于 气体分子本身的运动。 液体的分子紧密排列，分子间距较小，产生黏性
的主要原因在于液体分子间的引力。
三、理想流体与黏性流体
理想流体
0 的流体称为理想流体。
分类
1、流体动力过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌
2、传热过程： 换热、蒸发
3、传质过程：蒸馏、吸收、萃取、吸附、浸取、 吸附、离子交换、膜分离 4、热质同时传递过程：增减湿、结晶、干燥
10
二、单元操作的分类和特点
特点 化工原理是一门实践性很强的工程学科。单 元操作的研究内容包括“过程”和“设备”两个 方面。 所有的单元操作都可分解为动量传递、热量 传递、质量传递这三种传递过程和它们的结合。 三种传递过程现象中存在着类似的规律和内在的 联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。
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绪
学习目的 与要求
论
通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主 要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研 究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位 换算方法。
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绪
论
0.1 化工原理课程的内容和特点
8
一、化工原理课程内容 化学反应 化工生产过程 单元操作 化工原理 三 传 一 反
反应工程
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二、单元操作的分类和特点
化工原理（上册）
北京: 高等教育出版社
2005年6月（第一版）
3
参考教材
(1) 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 第二版 北京: 化学工业出版社, 2007 (2) 夏清，陈常贵. 化工原理，上册. 天津: 天津大 学出版社, 2005 (3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001
《化 工 原 理》
（上 册）
制作人：夏 清
1
学时安排
总学时56（授课50、课堂研讨4、机动2 ）
绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 非均相混和物分离及固体流态化 第四章 液体搅拌 第五章 传热 第六章 蒸发
1 13 8 8 2 14 4
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教 材
柴诚敬主编 普通高等教育“十五”国家级规划教材
15
绪
论
0.1 化工原理课程的内容和特点 0.2 单位制度及单位换算
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一． 单位和单位制度
1、基本单位和导出单位
基本单位 质量、长度、时间和温度 导出单位 速度、密度、加速度
2、绝对单位制和重力单位制 绝对单位制 长度、质量、时间
重力单位制 长度、时间和力
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一． 单位和单位制度
3、国际单位制（SI制） 根据1960年10月国际计量大会通过的一种单位制。 4、《中华人民共和国法定计量单位》 在SI制基础上制定的。
非牛顿型流体(non-Newtonian fluid)
凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体 (non-Newtonian fluid)。
某些高分子溶液、悬浮液、泥浆、血液等属于 非牛顿流体。
二、流体的黏度
在SI单位制中，黏度的单位为Pa· s，
Pa kg [ ] Pa s 1 1 m s du / dy m s m 在物理单位制上，其单位为P（泊），
3. 流体的性质
密度； 相对密度；
比容；
压力
压力
在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其他单位还有： 1atm ＝ 101300 N/m2 ＝ 101.3kPa ＝ 1.033kgf/cm2 ＝10.33mH2O＝760mmHg
二、 压力 压力
绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。