化工原理课件

M m M 1 y2 M 2 y2
Mm=30.875
m0
Mm 22 .4
T0 P TP0
m0 1 y1 2 y2
m m0
青岛科技大学本科生课程 化工原理
1.14 kg/m3
第一章 流体流动
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2、比容（ ） 定义：单位质量流体的体积 3、比重 （d） 定义：相对密度
青岛科技大学本科生课程 化工原理 第一章 流体流动
ai
mi mi
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例1：计算293K时60％（质量分数）的醋酸水溶液的密度。
解： 查取293K时， 水＝ 998 kg/m3，醋酸＝ 1049 kg/m3
故 293K时醋酸水溶液的密度为：
1
m

a水
水
＋
a醋酸
醋酸
0.40 0.60 ＋ 998 1049
青岛科技大学本科生课程 化工原理 第一章 流体流动
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第一节 流体静力学基本方程
一．流体静力学所涉及主要物理量（密度、比容、比重、重度） 1．密度 (Density):单位质量流体所具有的质量 用表示，属于物性
mV
SI: 【kg/m3】
同一种流体：
f (T , P)
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青岛科技大学本科生课程 化工原理 第一章 流体流动
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例2 在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含25％ HCl；75％空气，均为体积百分数），在50oC及743mmHg (绝压)的条件下进入吸收塔，试计算气体混合物的密度。 解：已知 MHCl=36.5 M空气＝29，yHCl=0.25，yair=0.75 T=273+50=323K, P=743mmHg
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一. 应用（研究流体流动基本原理的应用） 流体输送 计算能量，选择输送机械 压力、温度、流量的测定
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第一章 流体流动
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二. 本章讨论的前提——连续性假设
视流体为由无数质点（分子集团） 所组成的连续介质。
u
流体微团（或流体质点）的特点：
宏观上足够小 以致于可将其看成一个几何上没有维度的点； 相对微观分子足够大 表现出大量分子的统计学性质；
2、表达式： P F A SI:
N / m 2 Pa
1atm 1.033 kgf cm2 760 mmHg 10.33mH 2 O 1.0133bar 101325 Pa
1 kgf cm2 1at 9.807 10 4 Pa 735 .6mmHg 10 mH 2 O
p2 p0
p1 p2 gz
p 2 p1 h g
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p p0 gh 【Pa】
【m液柱】
第一章 流体流动
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说明： 1 重力场中，流体必须是静止的、连续的、同一种流体， 且 ＝常数
2 由式 p p0 gh 可知，流体中任一点的压强大小与 液面压强、本身密度及深度h有关，故流体中同一水平面 上各点的压强相等，称为等压面。 3 由式
以单位体积混合气为基准：
m i yi 1 y1 2 y2 n yn
y i －各组分的体积分数
混合前后气体的质量相等 前提是：
ni Vi Pi yi ni Vi Pi
另外： M m M i yi M 1 y2 M 2 y2 M n yn
p 2 p1 h g
知，压强或压差可用液柱高度表示，但 必须注明何种液体。
4 容器中气体密度变化不大，可近似认为常数，故以上公式 也适用于气体。
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1.2.3 流体静力学基本方程的应用 Applications of Fluid Statics
第一章 流体流动
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（a）理想气体 的求取 由理想气体状态方程：

PV nRT
m RT M
PM RT
0
P0 M RT0
P0 1atm
T0 273 K
T0 P 0 TP0
T0 P 0 TP0
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第一章 流体流动
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（b）理想气体混合物 的求取
液位的测量
液封高度的计算
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第一章 流体流动
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下节课内容
作业
P 70 1-4
预习

P14，15
P 17-20
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第一章 流体流动
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第一章 流体流动
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第一章 流体流动
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表 压 真 空 度 绝 对 压 力
大气压
绝 对 压 力
绝对压力为零（绝对真空）
注：
大气压必须指当时、当地的大气压
真空度称为负压 ＝ －表压
以后应用中必须指明P的性质（P表、P真、P绝）
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二、流体静力学基本方程 (Hydrostatic Equilibrium)
1、方程的推导 静止流体内部取厚度为dz的微元 根据静止状态下受力平衡原理： p+dp dz z
p2
z2
p
gdz
F
i
0
z1 p1
对流体微元 Adz 进行受力分析（向下方向为正）： 下底面总压力: - pA 上底面总压力: (p＋dp)A
dp gdz 0
p
不可压缩流体： ＝常数

gz 常数
概述 流体流动所涉及基本物理量 流体静力学基本方程及其应用
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第一章 流体流动
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概述
动量传递 三传热量传递 质量传递
气体 流体 液体
流动性：抗剪、抗张的能力很小
流体特征： 无固定形状
Nature of fluids
在外力作用下，内部发生相对运动
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d

1

【 m3/kg 】
H 2O
H 2O : 4oC时水的密度，1000 [kg/m3]
4、重度 （ ） 定义：单位体积流体的重量
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g
【 kgf/m3】
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二、压强(pressure)
1、定义： 单位面积上受到的垂直作用力
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(2)双液柱压差计
p1
p2
1略小于2
z1
1
z1
p1 p2 2 1 gR
p1
R R
R
p2
2
0
读数放大
倾斜式压差计
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1.2.3 流体静力学基本方程的应用
(1)U形压差计
p1 g z1 R
z1
2 1 z2
p2 gz2 0 gR
p1 gz 1 p2 gz 2 0 gR
R
P1 P2 gz 0 gR
3
3 0
若被测管Baidu Nhomakorabea水平放置
P1 P2 0 gR
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第一章 流体流动
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3、绝对压强、表压、真空度 绝对压强： 以绝对零压为起点计算的压强，流体的真实压强 表压：当被测流体的绝对压强大于外界大气压时，用测压表 测得的压强
表压强 ＝ 绝对压强 － 当地大气压强
真空度： 当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，用真空表 （计，规）测得的压强 真空度 ＝当地大气压强－绝对压强
m＝1028 kg m3
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第一章 流体流动
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2、气体的密度 可压缩性流体：
f (T , P)
计算气体密度时，注意： 必须表明气体的状态 存在标准状况下及操作条件下的密度之间的转换 在压强不太高（ 10atm），温度不太低时， 按理想气体处理
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第一章 流体流动
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1、液体的密度 压力影响较小，可视为不可压缩性流体
f (T )
获取 的方法：
纯组分：查物性数据手册 混合液体：公式计算
以单位质量流体（1kg）为基准：
混合前后体积不变： 1 a1 a 2 a n
m 1 2 n
其中： a i 为组分i的质量分数
p2 z2
自身重力：
gAdz
p1
给定边界条件： p1 dp z1 gdz
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gz1
p2
第一章 流体流动

gz2
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流体静力学基本方程：
p1

gz1
p2

gz2
【J/kg】
p1 p2

g ( z 2 z1 ) gz
1、压力计(Manometers)
pa R A 1• .. 单管压力计
单管压力计
p1 pa p1 (表) Rg
U型管压力计
A 1 h R
pa
p1 pa 0 gR gh
2
3 0
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第一章 流体流动
U 形压力计
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1.2.3 流体静力学基本方程的应用 2．压差计