1流体物性

m P ' P V P' V' p m ' T T' T T' P T' 即： ' P' T
状态 无上标表操作状 态
2.根据标准状态计算
pm P0 V0 PV P0 V0 T T0 T T0 M PT0 即： 22.4 P0 T
下 标 “ 0” 表 标 准 状态 无下标表操作状 态1.1.2 流体的密度
定义：单位体积流体所具有的质量称为密度， 用ρ表示，单位kg/m３。其表达式：
m V
密度为流体的物性参数，随温度、压力而变化。 1.1.2.1. 液体的密度一般只随温度而变化，压力的影响可 忽略不计。纯液体的密度可从有关手册中查取。
1.1.2.2.纯气体的密度 气体的密度与温度和压力有关。一般当压力 不太高、温度不太低的情况下，可按理想气体 处理。这样，纯气体的密度计算公式为： 1.根据查得状态计算 上 标 “ ′” 表 查 的
故，流体在圆管内流动时，实际上是被分割成 无数极薄的圆筒层，一层套着一层，称为流体 层，各层以不同的速度向前运动，由于层间的 相对运动，流得快的流体层对与其相邻流得慢 的流体层产生一种牵引力，而流得慢的流体层 对相邻的流得快的流体层则产生一种阻碍力。 这两种力大小相等方向相反，因此流动时流体 内部相邻两层间必有上述相互作用的剪应力存 在，这种运动流体内部相邻两流体层间的相互 作用，称为内摩擦力，或粘性力、剪力。正是 这种内摩擦力的存在，产生了流动阻力，流体 流动时必须克服内摩擦力而作功，从而将流动 的一部分机械能转变为热而损耗掉。
y u x
影响剪力大小的因素： 设有两块平行平板，其间距甚小且充满液体，下板 固定，上板施加一平行于平板的外力，使此平板以 速度u0作匀速运动。此时两板间的液体就会分成无 数平行的薄层而运动，紧贴在上板上的一层液体以 速度u0运动，其下各层液体速度依次降低，粘附在 下板表面的液层速度为零，其速度分布如图示。 实验证明，对一定的液体，剪力 F 与两流体层的速 度差 Δu 成正比，与两层间的垂直距离 Δy 成反比， 与两层间的接触面积S成正比，即：
2.仿照纯气体密度的计算：
M m PT0 22.4 P0T
式中：Mm－混合物平均分子量，kg/kmol。 Mm=∑Miyi Mi－组分i的分子量，kg/kmol； yi－组分i的摩尔分率。
1.1.3 流体的粘性和理想流体 1.1.3.1 牛顿粘性定律 流体具有的特性：一方面，具有流动性，即无 固定形状，在外力作用下其内部产生相对运动。 另一方面，在运动的状态下，流体还具有抗拒 内在向前运动的特性，称为粘性。这两方面是 互为矛盾的两方面。 粘性的存在使得流体流过固体壁面时，对壁面 有粘附力作用，因而形成了一层静止的流体层。 同时由于流体内部分子间的相互作用，静止的 流体层对与其相邻的流体层的流动有着约束作 用，使其流速变慢，这种约束作用随壁面远离 而减弱，这种流速的差异造成了流体内部各层 之间的相对运动。
1.1.1流体的物理量
描述流体性质及其运动规律的物理量很多，如密 度、压力、组成、速度、温度等。任何空间点上 流体的物理量都是指位于该点上的流体质点的物 理量。如密度：
m lim V V ' V
V '很小

m lim V 0 V
任意空间点上流体质点的物理量在任意时刻都 有确定的数值，即流体的物理量是空间位置和 时间的函数，如： ρ=ρ(x,y,z,θ)； u=u(x,y,z,θ)；t=t(x,y,z, θ) 密度场 速度场 温度场
3.根据操作状态计算
m m P V nRT P RT M PM 即： RT
1.1.2.3 液体混合物的平均密度 对理想溶液，各组分混合前后体积不变，则1kg混 合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和。 即混合液体的密度ρ
1


i 1
n
wi
i
1.1.2.4 气体混合物的平均密度
1.1.3.3 理想流体与粘性流体 理想流体：完全没有粘性的流体，即μ=0的流体。 粘性流体(实际流体)：具有粘性的流体，即μ≠0 的流体。 自然界中存在的所有流体均具有粘性，故并不存 在真正的理想流体，其概念的引入是为简化计算。 粘度很小的流体：可视为理想流体； 粘度较小的流体：通常首先将其视为理想流体， 待找出规律后，再考虑粘度的影响，对理想流体 的分析结果加以修正； 粘度较大的流体：不能按以上两种方法处理。
2.运动粘度
粘度μ与密度ρ的比值来表示，称为运动粘度，以符号ν表 示，单位为m２/s。即： ν＝μ/ρ 3.混合物平均粘度 •常压气体混合物
yi i M i 12 yi M i
12
yi－组分i摩尔分率
•分子不缔合的液体混合物
lg xi lg i
xi－组分i摩尔分率
Δy Δu u0
对u与y成曲线关系，以剪应力的形式表示为：
du dy


du dy
称为牛顿粘性定律，它揭示了流 体的剪应力与速度梯度的一次方 成正比。根据牛顿粘性定律，将 实际流体分为： 牛顿型流体，指服从牛顿粘性定 律的流体，所有的气体和大部分 液体属于此； 非牛顿型流体，指不服从牛顿粘 性定律的流体，如一些高分子溶 液、胶体溶液属于此类。
第一章 流体流动基础
1.0 概述： 流体：气体和液体的统称。 流体的特性：流动性；无固定形状，随容器的形 状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。 流体流动规律在化工生产中的应用： 解决流体的输送问题； 压力、流速、流量的测量； 为强化设备能力提供适宜的条件。
1.1 流体的物理性质
1.1.3.2 流体的粘度
1.粘度： 牛顿粘性定律总的比例系数 μ称为动力粘度，简称粘度。用 于衡量流体粘性大小的物理量，其直观表现是流体的粘度愈 大，流动性愈差。只有在运动时才表现出来。 粘度是流体的物理性质之一，其值由实验测定。液体的粘度 随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升高而增大。压力 变化时液体的粘度基本不变，气体的粘度随压力增加略有增 大，在工程计算中可忽略不计，只有在极高或极低的压力下 才考虑其影响。 在SI制中，粘度的单位为Pa· s。但在某些手册中查得的粘度 单位为泊(P)，单位g/cm· s;或厘泊(cP)，为非法定单位，其 换算关系为： 1cP＝10-3Pa· s
1.1.4 流体的可压缩性、可压缩 流体、不可压缩流体
1.1.4.1 流体的可压缩性 定义：当作用于流体上的外力发生变化时， 流体的体积随之变化的特性。
1.1.4.2 不可压缩流体
定义：流体的压缩性可以忽略的流体。 对于不可压缩流体，密度不随压力改变，换言之， 密度为常数的流体为不可压缩流体。 1.1.4.3 可压缩流体 定义：流体的压缩性不可以忽略的流体。 对于可压缩流体，密度随压力改变，换言之，密 度不为常数的流体为不可压缩流体。 液体属不可压缩流体，气体属可压缩流体。若气 体在输送过程中压力变化不大，因而密度改变亦 不大时，可按不可压缩流体处理。
1.对理想气体，各组分混合前后质量不变，则 1m3混合液体的质量等于各组分单独存在时的质 量之和。即混合气体的密度ρ ρ=Σyiρi 式中： yi －组分 i 在混合物中的摩尔分率 ( 体积分 率 )； ρi－组分i单独存在时密度，kg/m3。
PM均 i yvi [kg / m3 ] RT