化工原理 流体流动
化工原理—第一章流体流动
化工原理—第一章流体流动流体流动是化工工程中的重要内容之一，是指在一定的条件下，流体沿特定的路径进行移动的现象。
流体流动在化工工程中有着广泛的应用，例如在管道输送、搅拌、混合、分离等过程中都会涉及到流体的流动。
流体流动的研究内容主要包括流体的运动规律、流体的运动特性以及流体流动对设备和工艺的影响等方面。
在化工原理中，主要关注的是流体的运动规律和运动特性，以便更好地了解流体的性质和行为。
在理解流体流动性质前，首先需要了解流体分子的间隙结构。
一般来说，液体的分子之间距离较小，存在着较强的分子间吸引力，因此液体的分子有较强的凝聚力，可以形成一定的表面张力。
而气体的分子之间距离较大，分子间的相互作用力比较弱，因此气体的分子呈现无规则的运动状态。
流体流动有两种基本形式，即连续流动和非连续流动。
连续流动是指流体在管道或通道内以连续的形式流动，比较常见的有层流和湍流两种形式。
层流是指流体在管道中以层层相叠的方式流动，流速和流向都比较均匀，流线呈现平行或近似平行的形式。
层流特点是流动稳定，流速变化不大，并且流体分子之间相互滑动。
而湍流是指流体在管道中以旋转、交换和混合的方式流动，流速和流向变化较大，流线呈现随机分布的形式。
湍流特点是流动动荡，能量损失较大，并且流体分子之间会发生相互的碰撞。
流体流动的运动规律受到多种因素的影响，其中包括流体的黏度、密度、流速、管道尺寸、摩擦力等。
黏度是流体流动中的一个重要参数，它反映了流体内部分子之间相互作用的强度。
密度是流体流动中的另一个重要参数，它反映了单位体积内流体分子的数量。
流速是指流体单位时间内通过其中一横截面的体积。
流体流动对设备和工艺的影响也十分重要。
例如在管道输送过程中，流体的流速和流体动能的传递与损失会影响到输送效果和能耗；在搅拌过程中，流体的流动对传质和传热起着重要作用；在分离过程中，流体的流动会影响到分离设备的设计和操作。
因此，对流体流动的研究和掌握对于化工工程的设计和操作都具有重要意义。
化工原理-1章流体流动
yi为各物质的摩尔分数,对于理想气体，体积分数与摩尔分数相等。
②混合液体密度计算
假设液体混合物由n种物质组成，混合前后体积
不变，各物质的质量百分比分别为ωi，密度分 别为ρi
n 1 2 混 1 2 n
1
例题1-1 求甲烷在320 K和500 kPa时的密度。
第一节 概述
流体： 指具有流动性的物体，包括液体和气体。
液体：易流动、不可压缩。 气体：易流动、可压缩。 不可压缩流体：流体的体积不随压力及温度变化。
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
流动现象:
① 日常生活中
② 工业生产过程中
煤气
填料塔 孔板流量计
煤气
水封
泵 水池
水
煤 气 洗 涤 塔
组分黏度见---附录9、附录10
1.2.1 流体的压力（Pressure） 一.定义
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体 的压强，工程上一般称压力。
F [N/m2] 或[Pa] P A
式中 P──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)；
F──垂直作用在面积A上的力，N；
A──作用面积，m2。
工程单位制中，压力的单位是at(工程大气压)或kgf/cm2。 其它常用的压力表示方法还有如下几种： 标准大气压（物理大气压）atm；米水柱 mH2O； 毫米汞柱mmHg； 流体压力特性： （1）流体压力处处与它的作用面垂直，并总是指向流体 的作用面。
液体：T↑，μ↓（T↑,分子间距↑，范德华力↓，内摩擦力↓） 气体：T↑，μ↑（T↑,分子间距有所增大，但对μ影响不大， 但T↑，分子运动速度↑，内摩擦力↑）
压力P 对气体粘度的影响一般不予考虑，只有在极高或极 低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。
化工原理第一章 流体流动
例1-10 20℃的水在内径为 50mm的管内流动,流速为 2m/s，是判断管内流体流动的 型态。
三.流体在圆管内的速度分布
(a)层流
(b)湍流
u umax / 2 u 0.82umax
hf
le
d
u2 2
三.管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 总摩擦阻力损失 =直管摩擦阻力损失+局部摩擦阻力损失
hf hf 直 hf局
l u2 ( le u2 z u2 )
d2 d 2
2
[
(
l
d
l
e
)
z
]
u2 2
管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 直管管长 管件阀件当量长度法
hf
l
制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡。 已知油品的密度为850 kg／m3。并铡得水 银压强计的读数R为150mm，同贮槽内的 液位 h等于多少?
（三）确定液封高度 h p ρg
H 2O
气体 压力 p(表压)
为了安全， 实际安装
水 的管子插入 液面的深度
h 比上式略低
第二节 流体流动中的基本方程式
截面突然变化的局部摩擦损失
突然扩大
突然缩小
A1 / A2 0
z (1 A1 )2
A2
z 0.5(1 A2 )2
A1
当流体从管路流入截面较 大的容器或气体从管路排 到大气中时z1.0
当流体从容器进入管的入 口，是自很大截面突然缩 小到很小的截面z=0.5
局部阻力系数法
hf
z
u2 2
化工原理 流体流动
a
R
b
倾斜液柱压差计
R1
R= R1 sin
(2) 液位的测定
液位计的原理——遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程
的一种应用。
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液 面的高度。 当R ＝ 0时，容器内的液面高度将达到允许的
最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大
大气压
绝对压 真空度
实测压力
绝压（余压） 绝对零压
表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压
三、流体的粘度
1. 牛顿粘性定律
流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。 ——流体阻力产生的依据
粘性:流体在流动中产生内摩擦力的性质,粘性是能量损失的原因。 实验：
二 、流体的特性 1、流动性,流体不能承受拉力； 2、没有固定形状，形状随容器而变； 3、流体流动—外力作用的结果； 4、连续性（除高度真空情况）。 5、压缩性 可压缩性流体—气体
不可压缩性流体—液体
三、流体所受到的力
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。
质量力 流体所受的力 表面力
法向力 切向力
第一章
流体流动
概述
一．连续介质模型 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。
u
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。
在物理单位制中，
N / m2 N .S 2 (m / s) m du / dy m
化工原理第一章 流体流动
§1.3 流体流动的基本方程
质量守恒 三大守恒定律 动量守恒 能量守恒
§1.3.1 基本概念
一．稳态流动与非稳态流动 流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳态流 动。否则就称为非稳态流动。 本课程介绍的均为稳态流动。
§1.3.1 基本概念
二、流速和流量
kg s 质量流量，用WS表示， 流量 3 体积流量，用 V 表示， m s S
＝0 的流体
位能 J/kg
动能 静压能 J/kg J/kg
流体出 2 2
实际流体流动时：
2 2 u1 p1 u2 p gz1 we gz2 2 wf 2 2
摩擦损失 J/kg 永远为正
流体入 ------机械能衡算方程（柏努利方程） 1
z2
有效轴功率J/kg
z1 1
二、 液体的密度
液体的密度基本上不随压强而变化，随温度略有改变。 获得方法：（1）纯液体查物性数据手册
（2）液体混合物用公式计算：
液体混合物：
1
m
xwA
A
xwB
B
xwn
n
三、气体的密度
气体是可压缩流体，其值随温度和压强而变，因此 必须标明其状态。当温度不太低，压强不太高，可当作理
想气体处理。
理想气体密度获得方法： （1）查物性数据手册 （2）公式计算： 或
注：下标0表示标准状态。
对于混合气体，也可用平均摩尔质量Mm代替M。
混合气体的密度，在忽略混合前后质量变化条件下， 可用下式估算（以1 m3混合气体为计算基准）：
m A x VA B x VB n x Vn
2
2
气体
化工原理之流体流动概述
化工原理之流体流动概述引言流体流动是化工领域中至关重要的一部分，它涉及到许多的应用，比如管道输送、泵的设计、混合和分离等等。
在化工工程中，流体的流动特性对于工艺的操作和效率至关重要。
本文将简要介绍化工原理中流体流动的概念、分类、流动参数以及相关的实际应用。
流体的定义流体是指无固定形状和容积，可以流动的物质。
在化工领域中，常见的流体包括气体和液体。
与固体不同，流体具有较弱的分子间相互作用力，因此可以在容器内自由地流动。
流体流动的分类根据物质流动的性质，流体流动可以分为稳定流动和非稳定流动。
稳定流动是指流体在相同截面上的流速分布保持恒定，其特点是流速和流量均随位置不变。
非稳定流动则相反，流速和流量随位置而变化。
另外，流体流动还可以分为层流和湍流。
层流是指流体沿着平行层面流动，并且每一层内的流速分布保持均匀。
在层流中，不同层之间的流体不相互混合。
湍流则是指流体流动时出现的紊乱不规则的状态，流速分布不均匀且经常发生变化。
流体流动的参数对于流体流动的描述，常用的参数包括流速、流量、雷诺数和黏度等。
流速流速是指流体在单位时间内通过某一截面的体积。
流速可以通过体积流量和截面积之间的关系计算得出。
流量流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积。
它可以通过以下公式计算：流量 = 流速 × 截面积雷诺数雷诺数是判断流体流动状态的重要参数，它描述了流体内部的分子相互作用和流体流动的惯性之间的比例关系。
当雷诺数小于临界值时，流体流动属于层流状态；当雷诺数大于临界值时，流体流动属于湍流状态。
黏度黏度是流体流动性质的重要指标，它表示流体内部分子之间黏附力的大小。
黏度越大，流体的粘稠度就越高，流动阻力也越大。
在化工工程中，黏度是设计和操作过程中需要考虑的一个重要参数。
流体流动的应用流体流动在化工工程中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：管道输送在化工领域中，流体常常需要从一个地方输送到另一个地方。
管道输送是一种常见的方法，通过合理地设计管道系统、选择适当的泵和控制流量，可以实现高效、稳定的流体输送。
化工原理流体流动
化工原理流体流动化工原理中的流体流动是一个非常重要的概念，它涉及到化工工艺中许多关键环节，如管道输送、反应器内流动、搅拌反应等。
流体流动的研究不仅可以帮助我们更好地理解化工过程中的现象，还可以指导工程实践，提高工艺效率，降低能耗成本。
本文将从流体流动的基本原理、流体力学方程、流体流动的类型以及流动特性等方面进行探讨。
首先，我们需要了解流体流动的基本原理。
流体力学是研究流体静力学和动力学规律的学科，其中流体流动是动力学的重要内容。
流体流动的基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等。
质量守恒原理指出在流体流动过程中，单位时间内通过任意截面的流体质量不变；动量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的动量不变；能量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的能量不变。
这些基本原理为我们理解流体流动提供了重要的理论基础。
其次，我们需要了解流体力学方程。
流体力学方程是描述流体运动规律的基本方程，包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了流体的质量守恒规律，动量方程描述了流体的动量守恒规律，能量方程描述了流体的能量守恒规律。
通过这些方程，我们可以定量地分析流体流动的特性，为工程设计和优化提供依据。
接下来，我们需要了解流体流动的类型。
根据流体的性质和流动状态，流体流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体在管道内沿着同一方向以相对较小的速度均匀流动的状态，流线呈直线状并且不会相互交叉。
湍流是指流体在管道内以不规则的、混乱的方式流动的状态，流线呈曲线状并且会相互交叉。
不同类型的流体流动具有不同的特性，需要采用不同的方法进行研究和控制。
最后，我们需要了解流体流动的特性。
流体流动的特性包括速度分布、流动阻力、流体混合等。
速度分布描述了流体在管道内的速度分布规律，可以通过实验和模拟计算进行研究。
流动阻力是指流体在管道内流动时受到的阻力，它与管道的几何形状、流体的黏度等因素有关。
流体混合是指不同流体在管道内的混合过程，它对于化工反应器内的反应效果具有重要影响。
化工原理流体流动
化工原理流体流动化工原理是化学工程领域的基础，其中包括了化工原理流体流动。
通过深入理解和掌握流体流动的原理，我们可以更好地设计、优化和控制化工流程的运行。
本文将介绍流体流动的基本概念、流体的运动方式、流场的描述和流体运动的控制等内容。
一、流体流动的基本概念流体是指能够流动的物质，包括了气体和液体。
流体流动是指流体在空间或管道中的运动过程。
在流体流动中，流体分子与周围分子不断碰撞，产生微小的能量转移和动量转移，从而引起流体的整体运动。
流体流动可分为定常流、非定常流和稳定流等几种类型。
其中，定常流指的是流动过程中各种物理量（如质量、能量、动量等）随时间不变的情况；非定常流则与定常流相反，各种物理量会随时间或空间变化；稳定流是指虽然物理量会随时间变化，但整个流动过程仍然是稳定的，即不出现突然的萎缩或涌流等现象。
流体流动过程中会出现速度、压力、密度等物理量的变化，这些变化可用流体力学方程式来描述和计算。
其中，质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律是描述流体流动的基本方程式。
二、流体的运动方式流体的运动方式包括了分子运动、分子间相互作用和运动量转移等几种。
在分子运动方面，气体分子之间距离较大，运动自由度高；而液体分子之间距离较近，分子运动更加有限。
流体的运动始终与分子相互作用有关。
在空气中，分子间间隔很大，因此分子之间的相互作用不太重要。
但在液体中，分子之间的相互作用较为紧密，从而导致液体的可压缩性低于气体。
在运动量转移方面，流体运动时会发生质量、能量和动量的转移。
其中，质量转移是指流体中的物质在空间中的传递过程，能量转移则是指流体在不同地点和不同形态之间转移热能，而动量转移则是指流体分子的运动量在不同地点之间的转移。
三、流场的描述流场是指流体的物理状态和运动状态。
在流动过程中，流体分子会产生不同的物理量变化，因此需要对流场进行描述。
在描述流场时，可使用不同的数学工具和方法。
其中，流线、等势线、流函数、速度势和压力势是比较常用的方法。
化工原理第一章_流体流动
非标准状态下气体的密度： 混合气体的密度，可用平均摩尔质量Mm代替M。 式中yi ---各组分的摩尔分数（体积分数或压强分数）
比体积
• 单位质量流体的体积称为流体的比体积，用v表示， 单位：m3/kg
• v=V/m=1/ρ
5 流体的压强及其特性
垂直作用于单位面积上的表面力称为流体的静压强,简 称压强。流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强 称之为压力。
R
a
b
0
2. 倒置 U 型管压差计
用于测量液体的压差，指示剂密度 0 小于被测液体密度 ， U 型管内位于同 一水平面上的 a、b 两点在相连通的同一 静止流体内，两点处静压强相等
p1 p2 R 0 g
由指示液高度差 R 计算压差
若 >>0
p1 p2 Rg
0
a
b
R
p1 p2
3. 微差压差计
p1 p2 R 01 02 g
对一定的压差 p，R 值的大小与 所用的指示剂密度有关，密度差越小， R 值就越大，读数精度也越高。
p1 p2
02
a
b
01
4. 液封高度
液封在化工生产中被广泛应用：通过液封装置的液柱高度 ， 控制器内压力不变或者防止气体泄漏。
为了控制器内气体压力不超过给定的数值，常常使用安全液 封装置（或称水封装置），其目的是确保设备的安全，若气体压 力超过给定值，气体则从液封装置排出。
传递定律（巴斯葛原理）：当液面上方有变化时，必 将引起液体内部各点压力发生同样大小的变化。
液面上方的压强大小相等地传遍整个液体。
静力学基本方程式的应用
1.普通 U 型管压差计
U 型管内位于同一水平面上 的 a、b 两点在相连通的同一静 止流体内，两点处静压强相等
化工原理之一 流体流动
第一章: 流体流动流体流动是化工厂中最基本的现象。
在化工厂内，不论是待加工的原料或是已制成的产品，常以液态或气态存在。
各种工艺生产过程中，往往需要将液体或气体输送至设备内进行物理处理或化学反应，这就涉及到选用什么型式、多大功率的输送机械，如何确定管道直径及如何控制物料的流量、压强、温度等参数以保证操作或反应能正常进行，这些问题都与流体流动密切相关。
流体是液体和气体的统称。
流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化。
液体有一定的液面，气体则否。
液体几乎不具压缩性，受热时体积膨胀的不显著，所以一般将液体视为不可压缩的流体。
与此相反，气体的压缩民很强，受热时体积膨胀很大，所以气体是可压缩的流体。
如果在操作过程中，气体的温度和压强改变很小，气体也可近似地按不可压缩流体来处理。
流体是由大量的不断作不规则运动的分子组成，各个分子之以及分子内部的原子之间均保留着一定的空隙，所以流体内部是不连续而存在空隙的，要从单个分子运动出发来研究整个流体平衡或运动的规律，是很困难而不现实。
所以在流体力学中，不研究个别分子的运动，只研究由大量分子组成的分子集团，设想整个流体由无数个分子集团组成，每个分子集团称为“质点”。
质点的大小与它所处的空间在、相比是微不足道的，但比分子自由程要大得多。
这样可以设想在流体的内部各个质点相互紧挨着，它们之间没有任何空隙而成为连续体。
用这种处理方法就可以不研究分子间的相互作用以及复杂的分子运动，主要研究流体的宏观运动规律，而把流体模化为连续介质，但不是所有情况都是如此的，高真空度下的气体就不能视为连续介质了。
液体和气体统称为流体。
流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
化工生产的原料及产品大多数是流体。
在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1) 管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2) 压强、流速和流量的测量；(3) 传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。
化工原理 流体流动
化工原理流体流动引言流体流动是化工工程中常见的一种现象，涉及到液体和气体在管道、设备以及反应器等中的运动和传递。
了解流体流动的原理对于化工工程的设计、操作和优化具有重要意义。
本文将介绍流体流动的基本概念、流体力学方程以及常见的流动行为。
流体流动的基本概念流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
流体流动是指流体在一定条件下的运动和传递过程，可以分为定常流动和非定常流动两种形式。
1.定常流动：在空间和时间上都保持不变的流动状态，如流体在平稳的管道中的流动。
2.非定常流动：在空间和时间上都发生变化的流动状态，如流体在加速或减速的管道中的流动。
流体流动还可以根据流动性质的不同进行分类，包括层流和湍流。
1.层流：指流体以层层平行的方式流动，流线清晰可见，流速分布均匀。
2.湍流：指流体以错综复杂的方式流动，流线扭曲，流速分布不均匀。
流体流动的力学方程流体流动的力学方程描述了流体在运动过程中所受到的各种力以及力与速度、压力等之间的关系。
常见的流体力学方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
1.质量守恒方程：描述了流体密度和流速之间的关系，可以表示为:$$\\frac{{\\partial \\rho}}{{\\partial t}} + \ abla \\cdot (\\rho \\mathbf{v}) = 0$$其中，$\\rho$表示流体密度，$\\mathbf{v}$表示流速。
2.动量守恒方程：描述了流体在外力作用下的运动规律，可以表示为:$$\\frac{{\\partial (\\rho\\mathbf{v})}}{{\\partial t}} + \ abla \\cdot (\\rho \\mathbf{v} \\otimes \\mathbf{v}) = -\ abla p + \ abla \\cdot \\mathbf{T} +\\mathbf{f}$$其中，p表示压力，$\\mathbf{T}$表示应力张量，$\\mathbf{f}$表示体积力。
化工原理--流体流动
第一章流体流动1.1概述1.1.1 流体流动是各单元操作的基础化工生产中，经常应用流体流动的基本原理及其流动规律：流体的输送、压强、流速和流量的测定、为强化设备提供适宜的流动条件等。
流程分析：流体（水和煤气）在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中流动等，是流体动力学问题。
流体在压差计，水封箱中的水处于静止状态，则是流体静力学问题。
为了确定流体输送管路的直径，需要计算流体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。
流体流动将影响系统中的传热、传质过程等，是其他单元操作的主要基础。
1.1.2 连续介质假定连续性假定：研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流体视为由无数质点组成的连续介质。
所谓流体质点是指含有大量分子的极小单元或微团。
1.1.3 流体流动中的作用力在流体中任取一微元体积作为研究对象，进行受力分析，它受到的力有表面力和质量力两类。
表面力与作用的表面积成正比，单位面积上的表面力称之为应力。
通常可以将表面力分解为法向分力与切向分力，如图1.1.2所示。
法向应力总是垂直且指向流体微元之任一表面。
单位面积上的法向力又称之为压强。
单位面积上的切向力称之为剪切应力F c（N/m2）。
静止流体不能承受任何剪切力，所以，只有法向力。
1.1.4 流体的特征和密度及其压缩性流体：液体和气体统称为流体。
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。
密度是流体的物理性质。
液体的密度几乎不随压强而变化，但温度对液体密度有一定影响。
液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方法获取。
气体的密度随温度和压强而变化，而且比液体显著得多，因此要根据温度及压强条件来确定气体的密度。
1.2 流体静力学流体静力学主要研究流体在静止状态下所受的各种力之间的关系，实质上是讨论流体静止时其内部压强变化的规律。
1.2.1 流体的压强及其特性Array工程上，习惯上常常将压强称之为压力，流体的压力除了用不同的单位来计量外，还可以用如图所示的不同的计量基准来表示: 绝对压力、表压、真空度。
化工原理 第一章 流体流动
连续性方程式（质量守恒）
柏努利方程式（能量守恒） 这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
28
1.2.1 流量与流速 一、流量
1、体积流量qv ：单位时间内流经管道任意截面的流体体积， m3/s或m3/h。 2、质量流量qm ：单位时间内流经管道任意截面的流体质量， kg/s或kg/h。
二、流速
1、平均流速u ：单位时间内流体在流动方向上所流经的距离， m/s。 2、质量流速w ：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量， kg/(m2· s)。
p1 p2 Rg( A C )
26
上式的（ρ A - ρ C）是两种指示液的密度差，不是指示 液与被测流体的密度差。 扩大室的内径与U形管内径之比应大于10。这样，扩大 室的截面积比U形管的截面积大很多，即使U形管内指示液 A的液面差R很大，两扩大室内的指示液C的液面变化仍很微 小，可以认为维持等高。
15
二、压力的表示方法
1）表压 = 绝对压力 － 大气压力 2）真空度 = 大气压力 － 绝对压力
16
静压力的特性
流体压力与作用面垂直，并指向该作用面； 任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反； 作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
17
一、静力学基本方程 P2 = P0 + ρ gh 推导 二、静力学基本方程的应用 1. 压力及压差的测量
第一章 流体流动
1
① 研究流体流动问题的重要性
流体流动与输送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。
4
② 连续介质假定 假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有
间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
化工原理——第一章 流体流动
黏度在物理单位制中的导出单位，即
dyn / cm 2 dyn s
g
P(泊)
du
cm/ s
dy
cm
cm2 cm s
1cP 0.01P 0.01 dyn s
1
1 100000
N
s
1
Pa s
cm2
100
(
1 100
)
2
mபைடு நூலகம்
2
1000
即1Pa s 1000cP
流体的黏性还可用黏度μ与密度ρ的比值表示。这 个比值称为运动黏度，以ν表示即
pM
RT
注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度 下之值，若条件不同，则密度需进行换算。
三、混合物的密度
混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有
m A xVA B xVB n xVn
xVA, xVB xVn——气体混合物中各组分的体积分率。
或
m
pM m RT
M m ——混合气体的平均摩尔质量
例如用手指头插入不同黏度的流体中，当流体大 时，手指头感受阻力大，当小时，手指头感受阻 力小。这就是人们对粘度的通俗感受。
在法定单位制中,黏度的单位为
du
Pa m
Pa • s
dy
s
m
某些常用流体的黏度,可以从本教材附录或手册中查
得,但查到的数据常用其他单位制表示,例如在手册中
黏度单位常用cP(厘泊)表示。1cP=0.01P(泊)，P是
M m M A yA M B yB M n yn
yA, yB yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。
混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有
1 xwA xwB xwn
化工原理流体流动
化工原理流体流动
化工原理流体流动在化工过程中占据着重要的地位。
流体流动的基本理论是通过质量守恒定律和牛顿运动定律得到的。
在化工过程中，流体流动的特性直接影响着反应器的混合程度、传质速度以及热交换效率等。
因此，研究流体流动的规律对于优化化工过程、提高工艺效率具有重要的意义。
流体的流动可以分为层流和湍流两种形式。
层流是指流体在平行于管道中心轴线方向上的速度分布呈现出均匀的特点，流动延伸线平行于管道中心轴线。
而湍流是指流体在管道中流动时形成的涡流和涡团，速度分布不均匀且随机，并且流动延伸线的方向和管道中心轴线的方向存在明显偏离。
在管道中的流体流动可以通过雷诺数来进行描述。
雷诺数是流体的惯性力和黏性力之比，可以用来判断流体的流动状态。
当雷诺数小于一定的临界值时，流体流动为层流；当雷诺数大于临界值时，流体流动为湍流。
流体流动中的一些重要参数包括流速、温度、密度、黏度等。
这些参数对于流体的流动特性以及传质、传热等过程都有着重要的影响。
在化工过程中，流体流动往往受到一些其他因素的影响，例如管道的几何形状、摩擦阻力、局部阻力以及流体本身的性质等。
对于这些影响因素的研究和分析，可以为化工过程提供可靠的理论基础，有助于优化设计和改进工艺。
总之，化工原理流体流动是化工过程中重要的研究内容之一。
深入理解和掌握流体流动的规律对于提高工艺效率、优化设计具有重要的意义。
化工原理流体流动
任务: ① 研究流体在什么条件下流动。 ② 流动过程中流体物理量（u、P或E）的变化规律。
连续性方程:质量衡算 柏努利方程:能量衡算 ③ 理论应用:确定流量,输送设备的有效功率,相对位置,
管路中的压强。
1.注3.1意概:由念于气体的体积随温度和压强而变化，在管截面积不变
一. 流量的与情流况速下: ，气体的流速也要发生变化，采用质量流速为 ① 流量计—算—带单来位方时便间。流过管路某一截面的流体体积或质量
永远为正
gz1u 2 1 2p 1W gz2u 2 2 2p2 hf1 2流体入 1
------机械能衡算方程（柏努利方程） z1 1
z2 w有效轴功率J/kg理想流体能量分布BC ：流道增加，速度减小，压力增加(减速增压) 96J/kg，出水管道全部阻力损失为4. 反映了在稳定流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变时，管路各截面上流速的变化规律。
单位为J。
2
比动能：单位质量流速为u的流体所具有的动能称为 比动能，比动能大小为 1 u 2 单位为J/kg。
2
(3)压力能(静压能)： 质量为m,体积为V,压力为P的流体具有的静压能为:
静压能单位
pV [N.m 3][N .m ][J]
m 2
比静压能：单位质量的流体所具有的静压能称为～ 比静压能大小为PV/m=P/ρ,单位为J/kg。
体积流量: q V
SI单位:m3/s
质量流量: q m
SI单位: kg/s
流速 —— 单位时间单位截面上流过的流体体积或质量
体积流速: u
SI单位:m/s
质量流速: w
SI单位: kg/m2s
根据定义有: qVuA,uqV A 对于圆管:
化工原理--流体流动介绍
化工原理–流体流动介绍引言流体流动是化工工程中一个非常重要的基础概念。
无论是在化工过程中的液体的传输，还是气体在设备中的流动，都需要对流体流动进行深入的了解和研究。
本文将介绍流体流动的基本定义、流动模型、流体力学方程以及常见的流动行为。
通过对流体流动的介绍，读者将能够更全面地了解化工原理中的流体流动问题。
流动的定义流动是指流体在空间中运动的过程。
在化工过程中，流动一般可以分为液体流动和气体流动。
液体流动是指液体在管道、槽道或容器中的流动，主要涉及到液体的运动、运动状态和运动参数。
气体流动是指气体在管道、设备中的流动，主要涉及到气体的流动速度、气体流量和气体压力等参数。
流动模型在化工工程中，流体流动可以分为层流和湍流两种模型。
层流层流是指流体在流动过程中，流线穿过流体时呈现分层状态，流体粒子之间的相对运动速度较小。
层流的特点是流速分布规则、流体速度均匀，流体粒子之间的作用力较小，流体流动状态相对稳定。
层流一般发生在低速流动和粘性较大的流体中。
湍流湍流是指流体在流动过程中，流线交织混乱，流体粒子之间的相对运动速度较大。
湍流的特点是流速分布不规律，流体速度颠簸不定，流体粒子之间的作用力较大，流体流动状态相对混乱。
湍流一般发生在高速流动和粘性较小的流体中。
流体力学方程流体力学方程是描述流体流动的基本方程，其中最基本的是连续性方程、动量方程和能量方程。
连续性方程连续性方程是描述流体中质点的守恒关系。
对于液体流动来说，连续性方程可以表示为质流速的守恒，即质流速的变化量等于流入和流出的质量之和。
对于气体流动来说，连续性方程可以表示为能量流速的守恒，即能量流速的变化量等于流入和流出的能量之和。
动量方程动量方程是描述流体中质点的动力学性质。
对于液体流动来说，动量方程可以表示为流体的加速度与外力之差等于质量流量产生的力。
对于气体流动来说，动量方程可以表示为流体的加速度与外力之差等于能量流量产生的力。
能量方程能量方程是描述流体中能量变化的方程。
化工原理 第一章 流体流动
化工原理第一章流体流动第一章 流体流动一、流体流动的数学描述在化工生产中，经常遇到流体通过管道流动这一最基本的流体流动现象。
当流体在管内作稳定流动时，遵循两个基本衡算关系式，即质量衡算方程式和机械能衡算方程式。
质量衡算方程式在稳定的流动系统中，对某一划定体积而言，进入该体积的流体的质量流量等于流出该体积的质量流量。
如图1—1所示，若取截面1—1′、2—2′及两截面间管壁所围成的体积为划定体积，则ρρρuA A u A u ==222111 (1-1a)对不可压缩、均质流体(密度ρ＝常数)的圆管内流动，上式简化为2221211ud d u d u == (1-1b)机械能衡算方程式在没有外加功的情况下，流动系统中的流体总是从机械能较高处流向机械能较低处，两处机械能之差为流体克服流动阻力做功而消耗的机械能，以下简称为阻力损失。
如图1—1所示，截面1—1′与2—2′间单位质量流体的机械能衡算式为f 21w Et Et += (1-2)式中 221111u p gz Et ++=ρ，截面1—1′处单位质量流体的机械能，J ／kg ；222222u p gz Et ++=ρ，截面2—2′处单位质量流体的机械能，J ／kg ；∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑+∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=2)(222f u d l l u d l w e λζλ，单位质量流体在划定体积内流动时的总阻力损失，J ／kg 。
其中，λ为雷诺数Re 和相对粗糙度ε / d 的函数，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d du εμρφλ,。
上述方程式中，若将Et 1、Et 2、w f 、λ视为中间变量，则有z 1、z 2、p 1、p 2、u 1、u 2、d 1、d 2、d 、u 、l 、∑ζ(或∑l e )、ε、ρ、μ等15个变量，而独立方程仅有式(1-1)(含两个独立方程)、式(1-2)三个。
因此，当被输送流体的物性(ρ，μ)已知时，为使方程组有唯一解，还需确定另外的10个变量，其余3个变量才能确定。
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化工原理绪论、流体流动、流体输送机械一、填空题1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。
2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。
3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。
4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。
5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。
6．单位时间内过程的变化率称为___________。
二问答题7．什么是单元操作？主要包括哪些基本操作？8．提高过程速率的途径是什么？9．第一章流体流动一填空题1．单位体积流体的质量称为________，它与________互为倒数。
2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为____________。
3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为________，其表示方法有________和________两种。
4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是_________的。
5．产生流体阻力的根本原因是________；而___________是产生流体阻力的第二位原因。
另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。
6．流体在管道中的流动状态可分为______ 和__________两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____________________________________。
7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。
8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是______________________________。
9．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值________。
一、选择题10．液体的密度随温度的升高而_________。
A 增大B 减小C 不变D 不一定11．表压值是从压强表上读得的，它表示的是_________。
A 比大气压强高出的部分B 设备的真实压力C 比大气压强低的部分D 大气压强12．流体的流动类型可以用___________的大小来判定。
A 流速B 雷诺准数C 流量D 摩擦系数13．气体在等截面的管道中流动时，如质量流量不变则其质量流速_________。
A 随温度大小变化B 随压力大小变化C 不变D 随流速大小变化14．粘度愈大的流体其流动阻力__________。
A 愈大B 愈小C 二者无关系D 不会变化15．柏努利方程式既可说明流体流动时的基本规律也能说明流体静止时的基本规律，它表明静止流体内任一点流体的__________是常数。
A 总能量B 静压能与动压能的和C 压强D 静压能16．流体的流动状态是由多方面因素决定的，d、u、增大，都使流体向_________方向移动，增大，使流体向________方向移动。
A 湍流B 滞流C 过渡流D 稳流17．湍流流动的流体随Re值的增大，摩擦系数与________关系不大，而________的影响却越来越明显。
A 雷诺准数B 粘度C 管壁粗糙度D 流体阻力18．当液体内部任一点的压强有变化时，将使液体内部其它各点的压强_________。
A 发生变化B 发生同样大小的变化C 不变化D发生不同情况的变化二、判断题19．气体的粘度随压力的升高而增大。
( )20．层流内层的厚度随流体湍动程度的增加而增加。
( )21．流体在管路中作稳定流动时，任一截面处流体的流速、密度与截面积的乘积均相等。
( )22．当液体内部某点压强一定时，则液体的密度越大，此点距液面的高度也越大。
( ) 23．流体阻力的主要表现之一是静压强下降。
( )24．真空度为定值时，大气压强越大，则绝对压强越大。
( )25．流动的流体各种机械能的形式是可以相互转化的，但任一截面上流体具有的各种机械能的总和是常数。
( )26．U型管测压仪中指示液的密度比被测液的密度小时，应倒置安装。
( )27．因流动阻力而引起的压力降是指1m3流体流动时所损失的机械能。
( )四、问答题1．什么叫密度、相对密度和比容？写出它们的关系式。
2．表示压强的常用单位有哪几种？分别写出工程大气压和物理大气压与其它常用单位间的换算关系。
3．什么叫体积流量、质量流量、流速和质量流速？它们之间有什么关系？4．流体稳定流动的连续方程式如何表示？当管路有分支的情况下又怎样表示？5．流体在管路中稳定流动具有哪几种机械能量？它们之间有什么规律？写出描述其规律的方程式。
6．何谓层流内层？层流内层的厚度与雷诺准数有什么关系？7．想要降低流体的阻力，应从哪些方面着手？8．为什么可以用液柱高度来表示压强的大小？9．写出计算管径的方程式。
在流量一定的情况下，管径是否越小越好？为什么？第二章流体输送机械一、填空题一、离心泵的主要工作部件为_________、________、__________等部件。
二、离心泵的主要性能为________、________、____________、___________。
三、往复式压缩机实际工作循环由________、_________、_________、和________所组成。
四、将表明__________、__________、和__________关系的曲线绘在同一张图上，称为离心泵的特性曲线。
五、为了保证不发生汽蚀现象，离心泵的实际安装高度只能_______理论计算出的最大吸上高度。
六、采用多级压缩的优点是______________________、_________________________、_________________________。
七、表示管路所需的__________与____________的函数关系的曲线称为管路特性曲线；它与所配用泵的__________曲线绘在一张图上，则两线的交点称为泵的工作点。
八、凡是正位移泵，在开泵前必须先将_________打开，否则泵内的压强将因____________而压力急剧升高，造成事故。
九、往复式压缩机的排气是________的，解决排气不均匀的措施之一是安装缓冲罐，此装置还具有________________________的作用。
二、选择题一〇、启动离心泵前，需用被输送液体把泵灌满，其原因是为了防止________ 。
A 气缚现象B 气浮现象C 气蚀现象D 排不出液体一一、离心泵内的叶轮有开式、半闭式和闭式三种，其中闭式叶轮的_________。
A 效率最低B 效率最高C 效率适中D 无法判断一二、调节泵的工作点可采用改变管路特性曲线的方法来达到，其具体措施是_________。
A 调节泵的进口阀B 调节泵的转速C 调节泵的出口阀D 调节支路阀一三、气体压送机械的出口压强与进口压强之比在4以上的是_________。
A 鼓风机B 压缩机C 通风机D 真空泵一四、用泵将液体从低处送往高处的高度差称为__________。
A 升扬高度B 吸上高度C 扬程D 安装高度一五、离心泵运转时，其扬程随流量的增大而__________；而往复泵的实际流量会随扬程的增大而_________。
A 减小B 增大C 不变D 不一定一六、往复式压缩机的余隙系数越大，压缩比越大，则容积系数__________。
A 越大B 越小C 不变D 不一定一七、输送液体的粘度越大，则液体在泵内的能量损失越大，使离心泵的扬程、流量________，而功率______ 。
A 减小B 增大C 不变D 不一定一八、离心泵在停泵时，应先关闭出口阀，再停电机，这是为了防止___________。
A 汽蚀现象B 电流过大C 高压流体倒流D 气缚现象三、判断题一九、离心泵吸入管的单向底阀是为了防止泵内液体倒流回贮槽。
( ) 二〇、泵壳不仅作为一个汇集液体的部件，而且是一种转能装置。
( )二一、离心泵启动时应关闭出口阀，这样可避免功率过大而烧坏电机。
( )二二、往复泵可用出口阀调节流量也可用回流支路调节流量。
( )二三、往复式压缩机在运行中，不允许关闭出口阀，这样可防止压力过大而造成事故。
( )二四、离心式压缩机与离心鼓风机相同，各级叶轮大小相等。
( )二五、离心式压缩机常用的调节方法是调节入口阀的开度，此方法是改变了压缩机的特性曲线。
（）二六、离心泵工作点的坐标是泵实际工作时的流量和扬程，也是管路的流量和所需的外加压头。
( )二七、一台往复式压缩机工作时的压缩比不能太大，否则将使压缩机根本吸不进气体。
( )四、问答题二八、为什么离心泵启动之前，要先灌满液体？泵吸入管末端为什么要安装单向底阀？二九、在有的离心泵叶轮的盖板上钻有少量小孔，其原因何在？三〇、轴封的作用是什么？为什么填料密封的松紧度必须合适？三一、扬程和升扬高度有什么区别？三二、为什么离心泵启动时要关闭出口阀？三三、试说明一般选择离心泵类型的方法和步骤。
三四、往复泵的流量为什么不均匀？为了改善这一状况，可以采取哪些措施？三五、往复式压缩机中直接参与压缩过程的主要部件有哪些？三六、为什么要采取多级压缩？在多级压缩中，通常有哪些附属装置？活塞环的作用是什么？三七、标准答案绪论一、填空题1.单元操作；化工单元2.物理衡算；能量衡算；平衡关系；过程速率3.绝对单位制；工程单位制；国际单位制(SI制)4.基本物理量、基本单位5.平衡关系6. 过程速率。
二、问答题三八、要点：化工生产过程中普遍采用的、遵循共同的物理变化规律、所用设备相似、具有相同作用的基本操作。
包括流体的流动与输送、沉降、过滤、离心分离、传热、蒸发、结晶、蒸馏和吸收等。
三九、要点：过程速率=过程推动力/过程阻力。
增大过程推动力和降低过程阻力都可提高过程速率。
第一章流体流动一、填空题1.密度；比容2.流体的压强3.流量；体积流量；质量流量4.连续流动的5.内摩擦力；流体的流动状态；的大小有影响6.层流(滞流)；湍流(紊流)；层流：质点沿管轴作有规则的平行运动、湍流：质点作不规则的杂乱运动 7.静止的；连通的；连续的同一种液体 8.分别或同时提高流体的位压头；动压头；静压头以及弥补损失能量 9.增大；不变。
二、选择题1. B2. A3. B4. C5. A6. B7. A 、B8. A、C9. B三、判断题1. T；2. F；3. T；4. F；5. T；6. T；7. F；8. T；9. T。