化工原理第一章流体流动
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在研究流体流动时，通常将流体视为由无数分子集 团所组成的连续介质，每个分子集团称为质点。
流体的特征是具有流动性。流体在流动过程中 具有一定的规律性，这些规律对化工生产具有一定 的指导作用，具体表现在以下几个方面：
（1）流体的输送 管径的确定、输送设备的负荷； （2）压强、流速和流量的测量 为仪表测量提供依据； （3）为强化设备提供适宜的流动条件 设备的操作效率 与流体流动状况有密切关系。
第一节 流体静力学
研究外力作用下的平衡规律
一、流体的压力
1.定义： 流体垂直作用于单位面积上的力。
2.单位：
lim P
p A0 A
Pa（帕斯卡，SI制）, atm（标准大气压）, 某流体柱高度, kgf/cm2(工程大气压) , bar（巴）等
其之间换算关系为：
1 atm = 760 mmHg = 1.0133×105 Pa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 1.0133 bar
ρ=MP/RT
ρ=ρ0T0P/TP0
（3）混合物密度
气体
ρm=MmP/RT Mm=y1M1+y2M2+…ymMm
液体混合物密度
ρ 1m=ρ w 11+ρ w 22+…+ρ w n n
w — 质量分率
应用条件： 混合物体积等于各组分单独存在时的体积之和。
3、比体积
单位质量的流体所具有的体积。
v=V/m=1/ρ
2.细管液面高度 h
油 H1
水
H2
C C'
A h A'
1 = 800kg/m3 2 =1000kg/m3
H1= 0.7m
B B' H2= 0.6m
3.当细管水位下降到多高时,槽内水将放净?
解:利用等压面原理求解
油 H1
C C' A A'
水
H2 B
B'
1. PA=PA’ PB=PB’
2. 2 g h+p0= 1 gH1+ 2 gH2+p0 h=H2+H1ρ1/ρ2 h=1.16m
Pa- Pb= R g ( 汞 - 水 )
= 0.19.81(13600 -1000)
= 1.24 103 Pa
2.液位的测量
1
2
h
1-容器
2-平衡的小室
3-U管差压计
R
3 A-指示剂
A
h A R
3.液封高度的计算
化工生产中一些设备需要液封，液封高度的 确定就是根据流体静力学基本方程式来计算的。
三、 流体静力学基本方程式
1.内容
描述静止流体内部压力（压强）变化规律的数 学表达式。
流体静力学基本方程式的推导（自学）
p1
gz1
p2
gz2
p2 p1 g z1 z2
p p0 gh
使用条件：
静止的同一种连续的流体；流体密度恒定。
由流体静力学基本方程式可得到以下结论：
1）当容器液面上方的压强一定时，静止液体内部任 一点压强 p 的大小与液体本身的密度ρ和该点距液面 的深度 h 有关。因此，在静止的、连续的同一液体 内，处于同一水平面上各点的压强都相等。
倒U型管压差计？ P15
U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反
应，且其密度应大于被测流体。
2.倾斜液柱压差计
R1
R
R1=R/sin R= R1 sin
3. 微差压差计— 放大读数
p1
p2
C R
特点： （1）内装两种密度相近 且不互溶的指示剂； （2）U型管两臂各装扩 大室（水库）。
例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数 为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知 兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33kPa。
解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压，根据 兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。
绝对压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa]
真空度=大气压-绝对压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
二、流体的密度与比体积
1.定义：单位体积流体所具有的质量，kg/m3。
lim
m
V 0 V
2.求取： (1)液体： 一般可在物理化学手册或有关资料中查
得，教材附录中也列出某些常见气体和液体的密度。
(2)气体 —为可压缩性的流体，通常（压力不太高， 温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体 状态方程处理
2）当液面上方的压强 p0 改变时，液体内部各点的 压强 p 也发生同样大小的改变（巴斯葛原理）。
3）式 p = p0 + gh 可该写为：(p－p0)/g = h，说明
压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但必须 标明是何种液体液柱。
例题:1.判断下面各式是否成立 PA=PA′ PB=PB′ PC=PC′
3. 2 g h’= 1 gH1 h’=0.56m
四、流体静力学基本方程式的应用
1.压强与压强差的测量
测量压强的仪表种类很多，其中以流体静力 学基本方程式为依据的测压仪器称液柱压差计， 它可测量流体的压强或压强差，其中较典型的有 下述两种。
1.U型管压差计
P1 P2
H
R A A'
'
A-A’为等压面 PA=PA’ PA= P1+ g ( H+R ) PA’=P2+ 0 g R+ gH P1 - P2= R g (0- ) 如测量气体 0 P1 - P2= R g 0
P1-P2=（a- c）Rg
A
例1-4：常温水在管道中流动，用双U型管测两
点压差，指示液为汞，其高度差为100mmHg，计
算两处压力差如图：
2
1'' 1 1'
2'
R
x
ab
P1= P1’
P2= P2’
Pa= P1’+水 g x
P1’= 汞 g R+ P2
Pb = 水 g x +水 g R + P2’
化工原理第一章流体流动
要求：
1.掌握流体静力学基本方程式及应用； 2.掌握连续性方程及应用； 3.掌握柏努利方程式及应用； 4.掌握流动阻力的计算； 5.掌握管路计算。
重点：
1.柏努利方程式及应用； 2.流动阻力的计算； 3.管路计算。
流体：液体和气体统称为流体。
可压缩性流体— 气体 不可压缩性流体— 液体
3.表示方法
绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，是 流体的真实压强；以绝对真空为基准 表压强：绝对压强比大气压强高出的数值；以 当时当地压力为基准 真空度：绝对压强低于大气压强的数值。
绝对压
表压 真空度 绝压（余压）
实测压力
大气压 实测压力
绝对零压
wenku.baidu.com
表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压
流体的特征是具有流动性。流体在流动过程中 具有一定的规律性，这些规律对化工生产具有一定 的指导作用，具体表现在以下几个方面：
（1）流体的输送 管径的确定、输送设备的负荷； （2）压强、流速和流量的测量 为仪表测量提供依据； （3）为强化设备提供适宜的流动条件 设备的操作效率 与流体流动状况有密切关系。
第一节 流体静力学
研究外力作用下的平衡规律
一、流体的压力
1.定义： 流体垂直作用于单位面积上的力。
2.单位：
lim P
p A0 A
Pa（帕斯卡，SI制）, atm（标准大气压）, 某流体柱高度, kgf/cm2(工程大气压) , bar（巴）等
其之间换算关系为：
1 atm = 760 mmHg = 1.0133×105 Pa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 1.0133 bar
ρ=MP/RT
ρ=ρ0T0P/TP0
（3）混合物密度
气体
ρm=MmP/RT Mm=y1M1+y2M2+…ymMm
液体混合物密度
ρ 1m=ρ w 11+ρ w 22+…+ρ w n n
w — 质量分率
应用条件： 混合物体积等于各组分单独存在时的体积之和。
3、比体积
单位质量的流体所具有的体积。
v=V/m=1/ρ
2.细管液面高度 h
油 H1
水
H2
C C'
A h A'
1 = 800kg/m3 2 =1000kg/m3
H1= 0.7m
B B' H2= 0.6m
3.当细管水位下降到多高时,槽内水将放净?
解:利用等压面原理求解
油 H1
C C' A A'
水
H2 B
B'
1. PA=PA’ PB=PB’
2. 2 g h+p0= 1 gH1+ 2 gH2+p0 h=H2+H1ρ1/ρ2 h=1.16m
Pa- Pb= R g ( 汞 - 水 )
= 0.19.81(13600 -1000)
= 1.24 103 Pa
2.液位的测量
1
2
h
1-容器
2-平衡的小室
3-U管差压计
R
3 A-指示剂
A
h A R
3.液封高度的计算
化工生产中一些设备需要液封，液封高度的 确定就是根据流体静力学基本方程式来计算的。
三、 流体静力学基本方程式
1.内容
描述静止流体内部压力（压强）变化规律的数 学表达式。
流体静力学基本方程式的推导（自学）
p1
gz1
p2
gz2
p2 p1 g z1 z2
p p0 gh
使用条件：
静止的同一种连续的流体；流体密度恒定。
由流体静力学基本方程式可得到以下结论：
1）当容器液面上方的压强一定时，静止液体内部任 一点压强 p 的大小与液体本身的密度ρ和该点距液面 的深度 h 有关。因此，在静止的、连续的同一液体 内，处于同一水平面上各点的压强都相等。
倒U型管压差计？ P15
U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反
应，且其密度应大于被测流体。
2.倾斜液柱压差计
R1
R
R1=R/sin R= R1 sin
3. 微差压差计— 放大读数
p1
p2
C R
特点： （1）内装两种密度相近 且不互溶的指示剂； （2）U型管两臂各装扩 大室（水库）。
例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数 为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知 兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33kPa。
解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压，根据 兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。
绝对压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa]
真空度=大气压-绝对压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
二、流体的密度与比体积
1.定义：单位体积流体所具有的质量，kg/m3。
lim
m
V 0 V
2.求取： (1)液体： 一般可在物理化学手册或有关资料中查
得，教材附录中也列出某些常见气体和液体的密度。
(2)气体 —为可压缩性的流体，通常（压力不太高， 温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体 状态方程处理
2）当液面上方的压强 p0 改变时，液体内部各点的 压强 p 也发生同样大小的改变（巴斯葛原理）。
3）式 p = p0 + gh 可该写为：(p－p0)/g = h，说明
压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但必须 标明是何种液体液柱。
例题:1.判断下面各式是否成立 PA=PA′ PB=PB′ PC=PC′
3. 2 g h’= 1 gH1 h’=0.56m
四、流体静力学基本方程式的应用
1.压强与压强差的测量
测量压强的仪表种类很多，其中以流体静力 学基本方程式为依据的测压仪器称液柱压差计， 它可测量流体的压强或压强差，其中较典型的有 下述两种。
1.U型管压差计
P1 P2
H
R A A'
'
A-A’为等压面 PA=PA’ PA= P1+ g ( H+R ) PA’=P2+ 0 g R+ gH P1 - P2= R g (0- ) 如测量气体 0 P1 - P2= R g 0
P1-P2=（a- c）Rg
A
例1-4：常温水在管道中流动，用双U型管测两
点压差，指示液为汞，其高度差为100mmHg，计
算两处压力差如图：
2
1'' 1 1'
2'
R
x
ab
P1= P1’
P2= P2’
Pa= P1’+水 g x
P1’= 汞 g R+ P2
Pb = 水 g x +水 g R + P2’
化工原理第一章流体流动
要求：
1.掌握流体静力学基本方程式及应用； 2.掌握连续性方程及应用； 3.掌握柏努利方程式及应用； 4.掌握流动阻力的计算； 5.掌握管路计算。
重点：
1.柏努利方程式及应用； 2.流动阻力的计算； 3.管路计算。
流体：液体和气体统称为流体。
可压缩性流体— 气体 不可压缩性流体— 液体
3.表示方法
绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，是 流体的真实压强；以绝对真空为基准 表压强：绝对压强比大气压强高出的数值；以 当时当地压力为基准 真空度：绝对压强低于大气压强的数值。
绝对压
表压 真空度 绝压（余压）
实测压力
大气压 实测压力
绝对零压
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表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压