化工基础-第二章 流体流动汇总
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强称为绝对压强。 它是以真空为起点的压力
2）表压强（表压）：以当时当地的大气压为起点的压力称为 表压。即绝对压强与大气压强之差。
表压强=绝对压强-大气压强
3）真空度：真空表的读数，绝对压强低于大气压强的数值
真空度=大气压强-绝对压强
三者的关系：
真空度 B
绝对压强
其中 式中 Mi——混合气体中各组分的摩尔质量，kg/mol；
yi——混合气体中各组分的摩尔分率。
或 (1m3)混合气体的质量等于各组分的质量之和。即
式中 i——混合气体中各组分的密度，kg/m3； xvi——混合气体中各组分的体积分率。
2.相对密度：是指在共同的特定条件下，一个物质的密度
与另一个物质的密度之比值，用 d 表示。
流体流动的考察方法
❖ 气体和液体统称为流体。流体的特性：流动性和可压缩性， 即没有固定形状，受到外力作用时内部产生相对运动；任何 流体皆可压缩。
❖ 流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。
❖ 不同的考察方法对流体流动情况的理解也不同。在物理化学 中（气体分子运动论）是考察单个分子的微观运动，分子的 运动是随机பைடு நூலகம்、不规则的混乱运动，在某一方向上有时有分 子通过，有时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续的 介质，所面对的运动是一种随机的运动，随机性导致问题。
力。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。
其它常用单位： atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2 、
换算关系为： 1a流tm体(柱标高准度大（气m压m)=H12.O01，3m×1m0H5 gP等a ）=7。60
mmHg =10.33 mH2O =1.033公斤(力)/厘
2.压强的基准和米表2示形式
分析：
①流体在管道、泵（风机）、流量计 中流动，是流体动力学问题。 ②流体在压差计、水封箱中的水处于 静止状态，是流体静力学问题。 ③要确定流体输送管路的直径，需计 算流动过程产生的阻力和输送流体所 需的动力。 ④选用多大的水泵或风机呢？要根据 阻力与流量等参数来选择输送设备的 类型和型号。 ⑤要测量、监控流体的流量和压强。 ⑥流体流动将影响过程系统中的传热、 传质过程等，是其他单元操作的重要 基础。
d 1 2
在一般情况下是以水作参照物，其值相当于比重
d
,
4 C水
4C水 1000kg / m3
3. 比体积（比容）：是指单位质量流体所具有的体积,是密度 的倒数。单位为m3/kg。
V 1 m
二. 流体的静压强
1.压强的定义：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流
体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压
时： f t, p 故气体的密度必须标明其状态。
当压强不太高，温度不太低时，可按理想气体来处理。
获得方法：（1）查物性数据手册 （2）公式计算：
由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度
PV
nRT
m V
PM RT
对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 存在时的体积之和，即
对低压混合气体
（2）理想流体：假设流体是一种无粘性，在流动中不产生
摩擦阻力的流体。理想流体是一种假设的概念,是对实际流
体在某些条件下的简化处理。实际流体：具有粘性，流动时
产生摩擦阻力。 理想气体可用状态方程：
pV nRT m RT M
理想液体符合拉乌尔定律
（3）定态流动：（稳定流动，定常流动）空间各点的状态不随 时间而变化，该流动称为定态流动。
令 z1 z2 h 则得： p2 p1 gh
化工基础
Elementary Chemical Engineering
第二章 流体流动与输送
❖ 化工生产中的物料大多数是流体，经常需要将流 体从一个设备输送到另一个设备。
❖ 化工生产中的传热、传质过程以及化学反应过程 大部分是在流体流动状态下进行的。
❖ 流体流量的测量也与流体流动有关。 ❖ 流体流动的基本原理是本门课程的重要基础。
ux,uy,yz,p,……＝f(x,y,z) 与t 无关
§1.1 流体静力学
一. 流体的密度
1.流体的密度：单位体积流体所具有的质量。属于物性。
m
V
◇对于液体，压强的变化对密度的影响很小，可以忽略，
称为不可压缩性流体。此时，密度仅随温度而变， f t
故在使用液体的密度时，要注意温度条件。
◇对于气体，密度随T、P改变很大，称为可压缩性流体，此
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。 解: 绝压=大气压 - 真空度
= 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
三.流体静力学基本方程
方程的推导：
在1-1’截面受到垂直向下的压力： F1 p1 A
A 表 压 强 大气压强线
绝 对 压 强
绝对零压线
当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。
如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。
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。
在2-2’截面受到垂直向上的压力： F2 p2 A
液柱本身所受的重力：
W mg Vg Az1 z2 g
因为小液柱处于静止状态，
F 0
F2 F1 Az1 z1g 0
两边同时除A：
F2 A
F1 A
gz1
z2
0
p2 p1 gz1 z2 0
p2 p1 gz1 z2
研究流体时的三大假设
(1)连续性假设：考察流体质点的宏观运动时，可以取大量流 体分子组成的流体微团作为运动质点，并以此质点为研究对 象，其尺寸大小与容器、管道相比微不足道，但又比分子运 动的自由程大得多。于是就可以假定流体是由大量质点组成 的、彼此间没有间隙的、完全充满所占空间的连续介质—— 这就是连续性假设。 目的：摆脱复杂的分子运动（随机的、混乱的），从宏观的 角度，用统计的方法来研究流体的流动规律。同时，流体的 物理性质及运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续 函数的数学工具（微积分）加以描述，从而大大提高运算速 度和效率。
2）表压强（表压）：以当时当地的大气压为起点的压力称为 表压。即绝对压强与大气压强之差。
表压强=绝对压强-大气压强
3）真空度：真空表的读数，绝对压强低于大气压强的数值
真空度=大气压强-绝对压强
三者的关系：
真空度 B
绝对压强
其中 式中 Mi——混合气体中各组分的摩尔质量，kg/mol；
yi——混合气体中各组分的摩尔分率。
或 (1m3)混合气体的质量等于各组分的质量之和。即
式中 i——混合气体中各组分的密度，kg/m3； xvi——混合气体中各组分的体积分率。
2.相对密度：是指在共同的特定条件下，一个物质的密度
与另一个物质的密度之比值，用 d 表示。
流体流动的考察方法
❖ 气体和液体统称为流体。流体的特性：流动性和可压缩性， 即没有固定形状，受到外力作用时内部产生相对运动；任何 流体皆可压缩。
❖ 流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。
❖ 不同的考察方法对流体流动情况的理解也不同。在物理化学 中（气体分子运动论）是考察单个分子的微观运动，分子的 运动是随机பைடு நூலகம்、不规则的混乱运动，在某一方向上有时有分 子通过，有时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续的 介质，所面对的运动是一种随机的运动，随机性导致问题。
力。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。
其它常用单位： atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2 、
换算关系为： 1a流tm体(柱标高准度大（气m压m)=H12.O01，3m×1m0H5 gP等a ）=7。60
mmHg =10.33 mH2O =1.033公斤(力)/厘
2.压强的基准和米表2示形式
分析：
①流体在管道、泵（风机）、流量计 中流动，是流体动力学问题。 ②流体在压差计、水封箱中的水处于 静止状态，是流体静力学问题。 ③要确定流体输送管路的直径，需计 算流动过程产生的阻力和输送流体所 需的动力。 ④选用多大的水泵或风机呢？要根据 阻力与流量等参数来选择输送设备的 类型和型号。 ⑤要测量、监控流体的流量和压强。 ⑥流体流动将影响过程系统中的传热、 传质过程等，是其他单元操作的重要 基础。
d 1 2
在一般情况下是以水作参照物，其值相当于比重
d
,
4 C水
4C水 1000kg / m3
3. 比体积（比容）：是指单位质量流体所具有的体积,是密度 的倒数。单位为m3/kg。
V 1 m
二. 流体的静压强
1.压强的定义：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流
体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压
时： f t, p 故气体的密度必须标明其状态。
当压强不太高，温度不太低时，可按理想气体来处理。
获得方法：（1）查物性数据手册 （2）公式计算：
由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度
PV
nRT
m V
PM RT
对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 存在时的体积之和，即
对低压混合气体
（2）理想流体：假设流体是一种无粘性，在流动中不产生
摩擦阻力的流体。理想流体是一种假设的概念,是对实际流
体在某些条件下的简化处理。实际流体：具有粘性，流动时
产生摩擦阻力。 理想气体可用状态方程：
pV nRT m RT M
理想液体符合拉乌尔定律
（3）定态流动：（稳定流动，定常流动）空间各点的状态不随 时间而变化，该流动称为定态流动。
令 z1 z2 h 则得： p2 p1 gh
化工基础
Elementary Chemical Engineering
第二章 流体流动与输送
❖ 化工生产中的物料大多数是流体，经常需要将流 体从一个设备输送到另一个设备。
❖ 化工生产中的传热、传质过程以及化学反应过程 大部分是在流体流动状态下进行的。
❖ 流体流量的测量也与流体流动有关。 ❖ 流体流动的基本原理是本门课程的重要基础。
ux,uy,yz,p,……＝f(x,y,z) 与t 无关
§1.1 流体静力学
一. 流体的密度
1.流体的密度：单位体积流体所具有的质量。属于物性。
m
V
◇对于液体，压强的变化对密度的影响很小，可以忽略，
称为不可压缩性流体。此时，密度仅随温度而变， f t
故在使用液体的密度时，要注意温度条件。
◇对于气体，密度随T、P改变很大，称为可压缩性流体，此
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。 解: 绝压=大气压 - 真空度
= 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
三.流体静力学基本方程
方程的推导：
在1-1’截面受到垂直向下的压力： F1 p1 A
A 表 压 强 大气压强线
绝 对 压 强
绝对零压线
当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。
如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。
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。
在2-2’截面受到垂直向上的压力： F2 p2 A
液柱本身所受的重力：
W mg Vg Az1 z2 g
因为小液柱处于静止状态，
F 0
F2 F1 Az1 z1g 0
两边同时除A：
F2 A
F1 A
gz1
z2
0
p2 p1 gz1 z2 0
p2 p1 gz1 z2
研究流体时的三大假设
(1)连续性假设：考察流体质点的宏观运动时，可以取大量流 体分子组成的流体微团作为运动质点，并以此质点为研究对 象，其尺寸大小与容器、管道相比微不足道，但又比分子运 动的自由程大得多。于是就可以假定流体是由大量质点组成 的、彼此间没有间隙的、完全充满所占空间的连续介质—— 这就是连续性假设。 目的：摆脱复杂的分子运动（随机的、混乱的），从宏观的 角度，用统计的方法来研究流体的流动规律。同时，流体的 物理性质及运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续 函数的数学工具（微积分）加以描述，从而大大提高运算速 度和效率。