食品工程原理 3. 流体流动和输送
《食品工程原理》习题答案
《食品工程原理》复习题答案第一部分 动量传递（流动、输送、非均相物系）一.名词解释1.过程速率：是指单位时间内所传递的物质的量或能量。
2.雷诺准数：雷诺将u 、d 、μ、ρ组合成一个复合数群。
Re 值的大小可以用来判断流动类型。
3.扬程（压头）：是指单位重量液体流经泵后所获得的能量。
4.分离因数:同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值。
二.填空题1.理想流体是指 的流体。
（黏度为零）2.对于任何一种流体，其密度是 和 的函数。
（压力，温度）3.某设备的真空表读数为200mmHg ，则它的绝对压强为 mmHg 。
当地大气压强为101.33×103 Pa 。
（560mmHg ）4.在静止的同—种连续流体的内部，各截面上 与 之和为常数。
（位能，静压能）5.转子流量计读取方便，精确，流体阻力 ，不易发生故障；需 安装。
（小，垂直）6.米糠油在管中作流动，若流量不变,管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的______倍。
（2）7.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的 倍。
（1/2）8.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_____倍。
（1/16）9.实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能 守恒，因实际流体流动时有 。
（不，摩擦阻力）10.任何的过程速率均与该过程的推动力成 比，而与其阻力成 比。
（正，反）11.在离心泵吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为 。
（逆止阀）12. 是为了防止固体物质进入泵内，损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。
(滤网)13.离心泵工作时流体流速与压力的变化为:高压流体泵壳通道逐渐扩大的的离心力机械旋转所造成的气压流体被甩出后常压流体)()((低速流体、高速流体)14.泵的稳定工作点应是 特性曲线与 特性曲线式M 的交点。
（管路，泵或H-q v ）15.产品样本上离心泵的性能曲线是在一定的 下，输送 时的性能曲线。
食品工程原理 流体流动与输送
食品工程原理练习题第一章流体流动与输送一、填空题1.牛顿粘性定律的表达式为τ=μdu/dy 。
2.某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是___抛物线____型曲线，其管中心最大流速为平均流速的___2____倍，摩擦系数λ与Re的关系为____ λ＝64/Re _______。
3.流体在管路中作连续稳定流动时，任意两截面流速与管径的关系为U1/ U 2=d22/d12，所以，流速随着管径的减小而增大。
4.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是____流体具有粘性_________5.苯（密度为880kg.m-3，粘度为0.65厘泊）流经内径20mm的圆形直管时，其平均流速为0.06m/s，其雷诺准数为__1625____，流动形态为___层流_，摩擦系数为___0.039________。
6.某石油化工厂用φ108×4mm的钢管每小时输送原油38吨，油的密度为900kg/.m3，粘度为0.072 Pa.s ，此时Re为__1867__ ，流型为_层流_______。
7.流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的__1/16______。
8.液体在园管内作稳定连续滞流流动时，其摩擦阻力损失与管内径的__2____次方成反比。
9.液体在园管内作稳定连续流动时，当Re≤_2000____时为滞流流动，其λ=_64/Re_____;当Re≥__4000___时为湍流流动。
10.P/(ρg)的物理意义是表示流动系统某截面处单位____重量____流体所具有的静压能，称为__静压头________。
11.流体在园管内流动时，由于流体具有粘性，使得_____管壁______处速度为零，管的____中心____处速度最大。
12.测量流体的流量一般可采用__孔板；文丘里；转子，____等流量计。
测量管内流体点速度，则用__皮托管_____。
13.离心泵主要性能参数为扬程、流程、功率、效率。
食品工程原理教学大纲导论精选全文
可编辑修改精选全文完整版《食品工程原理》教学大纲课程编号：041010412适用专业：食品科学与工程学时数：64学分数：4.0执笔者：花旭斌编写日期：2006年12月一、课程的性质和目的食品工程原理研究和介绍食品工业生产中传递过程与单元操作的基本原理、内在规律、常用设备及过程的计算方法。
食品工程原理是食品科学与工程专业的一门重要专业基础课程。
通过学习本课程，要求学生掌握动量、热量和质量传递的基本原理，运用这些理论并结合所学的物理化学和数学等基础知识，研究食品加工过程中各种单元操作的内在规律和基本原理。
熟悉典型单元操作设备的构造、工作原理和工艺和计算。
主要的单元操作包括：流体输送与压缩、制冷技术、过滤、沉降、离心分离、固体流态化、气力输送、传热、蒸发、气体吸收、蒸馏和物料干燥等。
培养学生具有针对食品生产实际，正确选择适合的单元操作的能力；组成和完善生产工艺过程的能力；正确进行过程的物料衡算、能量衡算和设备选型配套设计计算的能力。
在实验教学中，培养学生严谨认真的科学态度，重视实验操作技能的训练，掌握实验数据的整理和分析方法。
在工程设计计算中会正确查阅工程手册中各种工程图表，获取设计计算有关参数。
二、课程的教学内容和学时分配绪论（1学时）教学内容：食品工程原理课程的性质和地位，现代食品工业的特点，食品工程与化学工程的关系，食品工程原理课程的特点、内容及任务教学要求：理解食品工程原理课程的性质和地位，食品工程原理课程的特点、内容及任务，现代食品工业的特点，掌握单元操作中常用的基本概念、单位换算重点：单元操作中常用的基本概念，单位制及量纲分析难点：量纲分析第1章流体流动与输送（13学时）教学内容：流体的物理性质及作用在流体上的力，流体静力学基本方程式及其应用，流体流动的基本方程，管内流动及管路计算，流速及流量的测量，非牛顿流体，液体输送设备，气体压缩和输送设备教学要求：1、理解流体的主要物理性质、作用在流体上的力，掌握流体静力学基本方程式及其应用2、掌握稳定流动、流速与流量、连续性方程，3、掌握理想不可压缩流体的能量守恒—柏努利方程式，柏努利方程的应用，实际流体稳定流动的能量守恒4、管内流动及管路计算掌握流动类型及其判别，掌握流体在圆直管内流动的沿程阻力及计算，计算圆直管沿程阻力的通式，滞留、湍流的流速分布及摩擦阻力系数的确定，掌握管路局部阻力及其计算5、流速及流量的测量掌握毕托管、孔板流量计及文丘里流量计、转子流量计的结构及工作原理，并能正确使用。
食品工程原理 流体流动PPT课件
1
K-K
Zs
ps s
离心泵的安装高度
第25页/共46页
一、汽蚀现象
当pkpv， 叶轮中心汽化汽泡
被抛向外围
压力升高 凝结局部真空
周围液体高速冲向汽泡中心
撞击叶片(水锤)
• 伴随现象
①泵体振动并发出噪音
②H, qv , 严重时不送液； ③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
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一、汽蚀现象
离心泵的结构组成
第4页/共46页
一、离心泵的工作原理和主要部件
1.离心泵的工作原理
灌满液体 ，叶轮旋转 离心力甩出液体
泵壳内进行能量的转换
流体被压出 叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入泵内
思考： 流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导 地位？
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
汽蚀现象产生的原因
• 安装高度太高； • 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； • 吸入管路阻力或压头损失太高。
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二、离心泵的安装高度
1、允许吸上真空度
为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大 安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸入口与吸入贮槽 液面间可允许达到的最大垂直距离，以Zs表示。
流体分为液体和气体。 通常，将输送液体的机械称为泵； 将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、 鼓风机、压缩机和真空泵。 流体输送机械按工作原理分为：
动力式（叶轮式）：离心式、轴流式 容积式（正位移式）：往复式、旋转式 其他类型：喷射式等
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离心泵
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离心泵的外观
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食品工程原理 第一章 流体流动与输送
第一节 流体的物理性质
一、连续介质假定
流体：可以自由流动，无固定形状的物体 ——气体+液体+超临界流体。
连续介质假设：流体由无数个连续的质点组成。 质点：由许多个分子组成的微团，其尺寸比容器小得 多,但比分子自由程大得多。（宏观尺寸非常小，微观 尺寸又足够大）
例如：标准状态下1mm3的气体中有2.7×1016个分子，1mm3
p=大气压强-真空度=0.1-(400/760)×0.1=0.0474MPa
（2）表压为0.2MPa的饱和水蒸汽的绝对压强p为： p=大气压强+表压=0.1+0.2=0.3MPa
查饱和水蒸汽表，绝对压强为0.3MPa的饱和水蒸汽所对 应的饱和温度为133.3℃。
三、静力学基本方程
z x
pz
y
p pz z dz
SI单
位
:
N m2
Pa
换算：1 atm=760 mmHg=10.33 mH2O=101.33 kPa=1.033 at
特点：(1)方向与作用面相垂直； (2)从各方向作用于某一点上的流体静压强相等； (3)连续流体内同一水平面上各点的流体静压强 相等。→等压面
表压＝绝对压－大气压 压强
真空度＝大气压－绝对压
四、压强的静力学测量
1. U型压差计 以0-0’为等压面
p0=pa+(m+R)rBg p0’=pb+mrBg+RrAg
因为p0=p0’, 所以
pa-pb=R(rA-rB)g
2. 单管压差计
pa-pb=R(ri-r)g
优点：减少读数误差
3. 斜管压差计
pa-pb=R’sina(ri-r)g
食品工程原理第一章 第二、三、四节
流体机械能衡算式在实际生产中的应用
z1 +
p1 ρg
+
2 u1 2g
+ H = z2 +
p2 ρg
+
2 u2 2g
+ ∑H f
（1-31） ）
外加压头， 式中 H ― 外加压头，m。
z1 g +
式中
p1
ρW = z2 g +
p2
ρ
+
2 u2 2
+ ∑hf
（1-32） ）
∑hf＝g∑Hf，为单位质量流体的能量损失，J/kg。 为单位质量流体的能量损失，J/kg。 W＝gH，为单位质量流体的外加能量，J/kg。 为单位质量流体的外加能量，J/kg。
上式称为柏努利方程式，它适用于不可压缩非粘 性的流体。 性的流体。通常把非粘性的液体称为理想液体，故又 称上式为理想液体柏努利方程式 理想液体柏努利方程式。 称上式为理想液体柏努利方程式。
柏努利方程式的物理意义
gz为单位质量流体所具有的位能； p/ρ为单位质量流体所具有的静压能； u2/2为单位质量流体所具有的动能(kinetic
食品生产中，多数属于连续稳定的单元操作。 食品生产中，多数属于连续稳定的单元操作。
5、连续性方程 (equation of continuity)
设流体在如图所示的管道中: 设流体在如图所示的管道中: • 作连续稳定流动; 作连续稳定流动; • 从截面1-1流入，从截面2-2流出； 从截面1 流入，从截面2 流出；
此关系可推广到管道的任一截面， 此关系可推广到管道的任一截面，即
ρAu＝常数 ρAu＝
上式称为连续性方程式。 上式称为连续性方程式。 连续性方程式 若流体不可压缩， 若流体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为 常数，
《食品工程原理》第一章--流体流动
不可压缩流体，ρ=const
A1u1 = A2u2 = qv
π 4
d
u2
11
π 4
d
2
2u
2
2
u2 u1
d1 d2
本次习题
p.7 3
p.46 3 4
1-4 柏努利方程 1.4A 柏努利方程的表达式 无粘性流体
不可压缩理想流体稳定流动的能量方程式， 称为柏努利方程式（ Bernoulli equation）
有效功率 Pe= wqm (W) 实际功率 P = Pe /η
η -效率
1.4C 柏努利方程的应用
1.求管道中流体的流量
1
例1-4 输水系统如图所示。φ45×2.5mm钢管,
已知 hf 1.6u2 ,试求水的体积流量。又欲使
水的流量增加30%，应将水箱水面升高多少？
解 (1)
gZ1
p1 ρ
u12 2
第一章
流体流动
Fluid Flow
第一节 流体静力学原理 第二节 管内流体流动的基本规律 第三节 流体流动现象 第四节 流体流动的阻力 第六节 流量测定
第一节 流体静力学原理
1-1 流体密度和压力
1.1A 密度 1.1B 压力
1-2 流体静力学基本方程式
1.2A 静力学基本方程的推导和讨论 1.2B 静力学基本方程的应用
牛顿流体,τ0=0 ，n=1 而常数K就相应于黏度μ
du/dy
1-6 流体流动型态 1.6A 雷诺实验和雷诺数
1．雷诺实验 (1)层流（laminar flow） 流体平行流动，质点 间互不混杂的流动型态
(2)湍流（turbulent flow） 质点间彼此碰撞、互 相混合，质点的速度大 小和运动方向随时发生 变化的流动型态
1.食品工程原理流体流动
因此，水在输送管内的实际操作流速为：
u 1.62m/s u qvv 00..778855dd22
30 0.785(0.081)23600
所选管径合适
3、稳定流动与不稳定流动
稳定流动(steady flow) ：流体在管道中流动时，在任
一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改
变。 (p16)
(3) 管道直径的估算(经济性原则）
若以d表示管内径，则式u＝qV/A 可写成
u qv
qv
π4 d2
0.785d 2
d
qv 0.785u
流量一般为生产任务所决定，而合理的流速则应 根据经济权衡决定，一般液体流速为0.5～3m/s。气 体为10～30m/s。某些流体在管道中的常用流速范围， 可参阅有关手册。(P16)
换算关系：
1标准大气压(atm)=101325Pa =1.0330kgf/cm2 =1.0133bar(巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
绝对压力Pab（absolute pressure） ：以绝对真空(即零大气
压)为基准。
表压Pg(gauge pressure)：以当地大气压为基准。它与绝对
单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称
q 为体积流量，以 V表示，其单位为m3/s。 质量流量 (mass flow rate) qm, kg/s
单位时间内流体流经管道任一截面的质量，
称为质量流量，以qm表示，其单位为kg/s。体积流
量与质量流量之间的关系为：
qm=ρqV
2、流速 (1) 平均流速 (average velocity) u, m/s
u＝qV/A
流量与流速关系为：
食品工程原理复习资料-重要公式总结
目录第1章流体流动与输送设备第一节流体静力学·····················································第二节流体动力学····················································第三节管内流体流动现象··············································第四节流体流动阻力··················································第五节管路计算······················································第六节流速与流量的测量··············································第七节流体输送设备··················································第2章传热······························································第一节概述·····························································第二节热传导···························································第三节对流传热·························································第四节传热计算·························································第五节对流传热系数关联式···············································第六节辐射传热························································第七节换热器··························································第4章非均相物系分离·····················································第一节概述···························································第二节颗粒沉降·······················································第三节过滤····························································第四节过程强化与展望·················································第5章干燥······························································第一节概述·····························································第二节湿空气的性质及湿度图·············································第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算·····································第四节干燥速率和干燥时间···············································第五节干燥器···························································第六节过程强化与展望···················································第1章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
食品工程原理答案
现
有
教
材 选用 需求出设备的热 运 用 规 律： 热 量通 量 写成：热量通 选 择 四 （1）从傅立叶导热定律推
编 热量 量 通 量 ( 指 单 位 绝 对 值 等于 温 度梯 度 量等于温度差 方 法 之 （2）因次分析规划试验测
写 型 面积单位时间的 乘 比 例 系数 导 热系 数 除以热量传递 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
物理加工当然进展的是物理操作，如粉碎、过滤、 蒸发、加热、冷却、枯燥等。
对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过 程的核心应当是生物化学或化学反响过程和设备 〔反响器〕。
为了过程得以经济有效地进展，反响器中应保持 某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界 面积。
原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质， 到达必要的纯度、温度、压强、接触面积等， 这些过程称为前处理。
新 或 量 通 量 ( 物 理 量 量 绝 对 值等 于 物理 量 于物理量浓度 方 法 之 （2）因次分析规划试验测
的 设 计 指动量、热量、 浓 度 （ 指单 位 体积 物 差除以传递阻 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
主 设备 物质量)
理量）梯度乘系数
力
递阻力 （4）实验测掩盖求通量
线
完成 选用 设计 计算
食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品 工程师、科研人员及管理人员而言，非常重要。
食品工业过程的这种特点同样出现在化学工业、 制药工业等生产过程中，说明这一些类型的生产 过程的处理原那么可以是相似的。
生产过程的大局部操作是物理操作步骤。 研究这类物理操作的原理，就成为几个专业领域
共同面临的问题，需要有一门学科来系统讨论出 现的各种物理操作，以统一和简化相关工业过程 的描述。 这门学科就是“单元操作〞学
流体的运动与输送
）：当被测流体的绝对压力小于大气压时 真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压 ）：当被测流体的绝对压力小于大气压时， 的数值， 的数值，即： 真空度＝大气压力－ 真空度＝大气压力－绝对压力
注意：此处的大气压力均应指当地大气压。 注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说明时均可按标准大气 压计算。 压计算。
p1 p2
m
p A = p1 + ρg (m + R)
p A' = p 2 + ρgm + ρ 0 gR
R A A’
所以 整理得
p1 + ρg (m + R) = p2 + ρgm + ρ 0 gR
p1 − p 2 = ( ρ 0 − ρ ) gR
若被测流体是气体，ρ << ρ 0 ，则有
p1 − p 2 ≈ Rgρ 0
p1
压力形式 能量形式
ρ
+ z1 g =
p2
ρ
+ z2 g
——静力学基本方程 静力学基本方程
讨论： 讨论： （1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性 流体； （2）物理意义： 物理意义： 物理意义 zg ——单位质量流体所具有的位能，J/kg；
p
ρ 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位
——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。
扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
p1 − p 2 = Rg ( ρ A − ρ C )
（3） 倒U形压差计 ） 形压差计 指示剂密度小于被测流体密度， 如空气作为指示剂
p1 − p 2 = Rg ( ρ − ρ 0 ) ≈ Rgρ
(完整版)食品工程原理复习资料-重要公式总结
食工原理复习资料单元操作：不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，根据物理加工过程的各种操纵原理，可以归结为数个广泛的基本过程，这些基本过程称为单元操作。
特点：若干个单元操作串联起来组成的一个工艺过程称为物理性操作。
同一食品生产过程中可能会包含多个相同的单元操作。
单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可通用。
三传理论：单元操作按其理论基础可分为三类：流体流动过程，传热过程，传质过程，以上三个过程包含三个理论，称为三传理论。
（动量传递，热量传递，质量传递）。
物料衡算：根据质量守恒定律，以生产过程中或生产单元为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
第一章 流体流动与输送设备流体：具有流动性的物体。
如气体，液体。
特征：具有流动性；抗剪和抗张能力很小；无固定形状，随容器形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
密度：单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ压力：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
压力的单位：（1） 按压力的定义，其单位为N/m 2，或Pa ；（2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
标准大气压的换算关系:1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O压力的表示方法:表压 = 绝对压力 － 大气压力；真空度 = 大气压力 － 绝对压力 静力学基本方程：压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 能量形式 g z p g z p 2211+=+ρρ适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。
（1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的形状无关。
（2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。
液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。
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食工原理复习资料单元操作：不同食品的生产过程使用各种物理加工过程，根据物理加工过程的各种操纵原理，可以归结为数个广泛的基本过程，这些基本过程称为单元操作。
特点：若干个单元操作串联起来组成的一个工艺过程称为物理性操作。
同一食品生产过程中可能会包含多个相同的单元操作。
单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可通用。
三传理论：单元操作按其理论基础可分为三类：流体流动过程，传热过程，传质过程，以上三个过程包含三个理论，称为三传理论。
（动量传递，热量传递，质量传递）。
物料衡算：根据质量守恒定律，以生产过程中或生产单元为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
第一章 流体流动与输送设备流体：具有流动性的物体。
如气体，液体。
特征：具有流动性；抗剪和抗张能力很小；无固定形状，随容器形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
密度：单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ压力：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
压力的单位：（1） 按压力的定义，其单位为N/m 2，或Pa ；（2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
标准大气压的换算关系:1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O压力的表示方法:表压 = 绝对压力 － 大气压力；真空度 = 大气压力 － 绝对压力 静力学基本方程：压力形式 )(2112z z g p p -+=ρ 能量形式 g z p g z p 2211+=+ρρ适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。
（1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的形状无关。
（2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。
液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。
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• 【例2-1】旋转圆筒黏度计，外筒固 定，内筒由同步电动机带动旋转。 内外筒间充入实验液体（见图2-2）。 已知内筒半径r1=1.93cm，外筒半径 r2=2cm，内筒高h=7cm，实验测得 内筒转速 n=10 r/min，转轴上扭矩 M=0.0045 N·m。试求该实验液体的 动力黏度。
图2-2 旋转圆筒黏度计
解：充入内外筒间隙的实验液体在内筒带动下做圆周运动。因间 隙很小，速度近似直线分布。 不计内筒两端面的影响，内筒壁的剪应力 :
du r1 dy
2πn 2π 10 π
60 60 3
扭矩：
M
2r1 h r1
2r13h
则动力黏度为 ：
M 2πr13h
0.952
Pa s
2. 非牛顿型流体 •剪应力τ与速度梯度du/dy的关系即为该流体在特定温度、 压强条件下的流变特性，即：
此式所表示的关系称为牛顿黏性定律。 牛顿黏性定律指出， 流体的剪应力与法向速度梯度成正比而和法向压力无关。
服从这一定律的流体称为牛顿型流体，如所有气体、纯液 体及简单溶液、稀糖液、酒、醋、酱油、食用油等。
不服从这一定律的流体称为非牛顿型流体，如相对分子质 量极大的高分子物质的溶液或混合物，以及浓度很高的颗粒悬 浮液等均带有非牛顿性质（黏度值不确定）。
V=uA W=ρV
•
当流体以大流量在长距离的管路中输送时，需根据
具体情况在操作费与基建费之间通过经济权衡来确定适
宜的流速。
•
车间内部的工艺管线，通常较短，管内流速可选用
经验数据，某些流体在管道中的常用流速范围如教材中
表2－1所示。
（一）稳定流动热力体系的概念 1. 稳定流动与不稳定流动
图2-8 稳定流动示意图
f (du )
dy
各种不同流体剪应 力随剪切速率du/dy 变化关系如右图：
图2-3 不同流体剪应力随剪切速率变化关系
（1）塑性流体
理想塑性流体称为宾哈姆(Bingham)流体，这种流体是在 切应力超过某一屈服值τ0时，流体的各层间才开始产生相对 运动，流体就显示出与牛顿流体相同的性质。
0
p
du dy
2. 热力体系 热力体系是指某一由周围边界所限定的空间内的所有物 质。
3. 稳定流动体系的物料衡算——连续性方程
u1 A1 u2 A2 =（常数）
对不可压缩流体的特殊情形：
1u1 A1 2u2 A2
4. 稳定流动体系的机械能衡算——柏努里方程
图2-9 稳定流动热力体系能量分析
第3章 流体流动和输送
第3章 流体流动和输送
本章重点和难点
掌握流体流动的连续式方程、柏努里方程、范宁阻力损失 通式及其应用； 掌握离心泵的基本原理及选用； 熟悉流体在管内流动的现象、流量计测定流量的原理以及 离心泵的操作及安装； 了解流体的不稳定流动和非牛顿流体及复杂管路的计算， 流体输送机械的分类及应用。
z1
=
p2
rg
+
z2
=
常数
图2-4 流体静力学分析
此三式表明：静止流体内部各点的位能和压力能之和为常数。
• 2. 静力学方程应用 （1）压强及压差的测量
p1 p2 (A B )gR
图2-5 U型管压差计
p1 p2 (A C )gR
图2-6 微差压差计
• （2）液位的测量
Z A R
（3）胀塑性流体
与假塑性流体性质相反，胀塑性 (dilatancy) 流体的表观
黏度随速度梯度增大而增大，其切应力与速度梯度具有如
下关系 :
aLeabharlann kdu dyn
（n＞1）
食品工业上胀塑性流体的例子有淀粉溶液和多数蜂蜜等。
通常将牛顿型流体、假塑性流体和胀塑性流体的应力与 应变关系都可以用统一的幂函数的形式来表示，这类流体 统称为指数律流体。
（3）液封
图2-7 液位测量计
在食品生产中常遇到液封，液封的目的主要是维持设备中 压力稳定和保障人身安全，液封设计实际上就是计算液柱的高 度。
第二节 流体流动的基本方程
一、流量与流速 单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。
单位时间内流体在流动方向上所流过的距离，称为流 速，以u表示，其单位为m/s。
k
du dy
n
式中：k为稠度指数；n为流变指数。表示流体的非牛顿性的程度。
三、静力学基本方程式及其应用
1. 静力学方程式
描述静止流体内部压力随高度变化规律的数 学表达式即为静力学基本方程式：
p1
r
+ gz1
=
p2
r
+ gz2
=
常数
p + rgz = p + rgz = 常数
1
1
2
2
p1
rg
+
1Pa·s=10P=1000cP
此外工程上有时用运动黏度表示：
二、牛顿黏性定律及牛顿型流体与非牛顿型流体
• 1. 牛顿黏性定律及牛顿型流体
图2-1 平板间黏性流体的速度分布
• 实验证明，两流体层之间单位面积上的内摩擦力（或称为剪应 力）τ与垂直于流动方向的速度梯度成正比。
即： du
dy
第一节 流体静力学基本方程
一、流体的物理性质
1. 流体密度（ρ）和比容（v）
（1）密度： m
v
（2）比容：
vV m
1
2. 压强（p）
•压强可以有不同的计量基准。 •（1）绝对压强（Absolute pressure）：以绝对真空(即零大气 压)为基准。 •（2）表压(Gauge pressure)：以当地大气压为基准，高于大 气压的数值。 •（3）真空度（Vacuum）：以当地大气压为基准，高于大气 压的数值。
在食品工业上接近宾哈姆流体的物料有干酪、巧克力浆 等。
(2)假塑性流体
假塑性(Pseudoplastic)流体的切应力与速度梯度的关系为:
k(du )n
dy
(n＜l）
对于假塑性流体，因n＜1，故表观黏度随速度梯度的增 大而降低。
表现为假塑性流体的物料，如蛋黄酱、血液、番茄酱、 果酱及其他高分子物质的溶液。一般而言，高分子溶液的浓 度愈高或高分子物质的分子愈大，则假塑性也愈显著。
• 表压＝绝对压强－大气压强 • 真空度＝大气压强－绝对压强
• 压强常用单位的换算关系：
• 1标准大气压(atm)=101325 Pa
•
=10329 kgf/m2
•
=1.033 kgf/cm2(bar, 巴)
•
=10.33 mH2O
•
=760 mmHg
• 3. 黏度（）
流体黏性大小的量度，常用单位：Pa·s、P(泊)和cP （厘泊），其换算关系为：