流体的物理性质

编号：SY-AQ-08047

( 安全管理)

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流体的物理性质

Physical properties of fluids

流体的物理性质

导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管

理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关

系更直接，显得更为突出。

流体流动与输送过程中，流体的状态与规律都与流体的物理性质有关。因此，首先要了解流体的常见物理和化学性质，包括密度、压力、黏度、挥发性、燃烧爆炸极限、闪点、最小引燃能量、燃烧热等。

一、密度与相对密度

密度是用夹比较相同体积不同物质的质量的一个非常重要的物理量，对化工生产的操作、控制、计算等，特别是对质量与体积的换算，具有十分重要的意义。

流体的密度是指单位体积的流体所具有的质量，用符号ρ表示，在国际单位制中，其单位是ke／m3。

式中m——流体的质量，kg；

y——流体的体积，m3。

任何流体的密度都与温度和压力有关，但压力的变化对液体密

度的影响很小(压力极高时除外)，故称液体是不可压缩的流体。工程上，常忽略压力对液体的影响，认为液体的密度只是温度的函数。例如，纯水在277K时的密度为1000kg／m3，在293K时的密度为998．2kg／m3，在373时的密度为958．4kg／ms。因此，在检索和使用密度时，需要知道液体的温度。对大多数液体而言，温度升高，其密度下降。

液体纯净物的密度通常可以从《物理化学手册》或《化学工程手册》等查取。液体?昆合物的密度通常由实验测定，例如比重瓶法、韦氏天平法及波美度比重计法等。其中，前两者用于精确测量，多用于实验室中，后者用于快速测量，在工业上广泛使用。

在工程计算中，当混合前后的体积变化不大时，液体混合物的密度也可由下式计算，即：

式中ρ—液体混合物的密度，kg／ms；

ρ1、ρ2、ρi、ρn——构成混合物的各纯组分的密度，ks／m3；

w1、w2、wi、wn——混合物中各组分的质量分数。

气体具有明显的可压缩性及热膨胀性，当温度、压力发生变化

时，其密度将发生较大的变化。常见气体的密度也可从《物理化学手册》或《化学工程手册》中查取。在工程计算中，如查压力不太高、温度不太低，均可把气体(或气体混合物)视作理想气体，并由理想气体状态方程计算其密度。

由理想气体状态方程式

式中ρ—气体在温度丁、压力ρ的条件下的密度，kg／m3；

V——气体的体积，ITl3；

户——气体的压力，kPa；

T一—气体的温度，K；

m--气体的质量，kg；

M——气体的摩尔质量，kg／kmol；

R——通用气体常数，在SI制中，R＝8．314kJ／(km01．K)。

如果是气体混合物，式中的M用气体混合物的平均摩尔质量Mm代替。平均摩尔质量由下式计算：

式中M1、M2、Mi、Mn——构成气体混合物的各纯组分的摩尔质量，kg／km0l；

式中的上标“@”表示标准状态，即273K、101．325kPa。

由于lkmol理想气体在标准状态下的体积是22．4m3，所以理想气体在标准状态下的密度为

当混合物中各纯组分的密度已知时，还可以根据混合前后质量不变的原则，用下式计算混合物的密度。

流体的密度是流体的重要物性，涉及许多安全问题，流体密度的计算是生产过程中化学爆炸、物理爆炸计算过程的重要数据。

用圆柱形贮槽贮存8％的NaOH水溶液，已知贮槽的底面直径是6m，现因工艺需要，需将30t该碱液从贮槽打到指定设备内，问贮槽的液位计读数将下降多少?已知在当时条件下，该碱液的密度是1061kg／ms。

在用仪器测量液体的密度时，在很多检索密度数据的过程中，常常会遇到相对密度(过去称比重)和比体积的概念，例如用波美度比重计测出的就是被测液体的相对密度。

相对密度是一种流体的密度相对于另一种标准流体的密度的大小，是一个无因次的量。对液体来说，常选277K的纯水作为标准液

体(此时水的密度为1000kg／m3)，其定义式为

二、压力

力的作用效果不仅取决于力的大小，还取决于力的作用面积。工程上，常常使用单位面积上的力(应力)来表示力的作用强度，在流体力学中也是如此。

流体垂直作用在单位面积上的压力(压应力)，称为流体的压力强度，简称压强，也称静压强，工程上常常称为压力。

式中P——流体的压力，Pa；

F垂直作用在面积A上的力，N；

A——流体的作用面积，mz。

可以证明，在静止流体中，任一点的压力方向都与作用面相垂直，并在各个方面上都具有相同的数值。

在化工生产中，压力是一个非常重要的控制参数，为了知道操作条件下压力的大小，以控制过程的压力，常常在设备或管道上安装测压仪表。新型的测压仪表通常是自动的并可以由自动控制系统调节；传统的测压仪表主要有两种，一种叫压力表，一种叫真空表，

至今仍在化工生产中广泛应用，但它们的读数都不是系统内的真实压力(绝对压力)。压力表的读数叫表压，它所反映的是容器设备内的真实压力比大气压高出的数值，即

表压＝绝对压力一大气压

真空表的读数叫真空度，它所反映的是容器设备内的真实压力低于大气压的数值，即

真空度二大气压一绝对压力

显然，同一压力，用表压和真空度表示时，其值大小相等而符号相反。通常，把压力高于大气压的系统叫正压系统，压力低于大气压的系统叫负压系统。为了使用时不至于混淆，压力用绝对压力表示时可以不加说明，但用表压和真空度表示时必须注明。例如，500kPa表示绝对压力；5MPa(表压)表示系统的表压，绝对压力等于该值加上大气压；10Pa(真空度)表示系统的真空度，绝对压力等于大气压减去该值。

压力的单位有很多种，在工程上、文献中都会经常出现，因此要能够进行Pa与其他压力单位(非法定计量单位)的换算。常见换算