化工原理 第一章_流体流动
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)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绝对压强：以绝对真空为起点计算的压强，是流体的真实压强。 表压强：压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大气压强 高出的数值，即: 表压强＝绝对压强－大气压强
真空度：真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于大气压 强的数值，即: 真空度＝大气压强－绝对压强
p1
表压 真空度
大气压
p2
绝对压
0
a b R
p1 p2 R 0 g
由指示液高度差 R 计算压差 若 >>0
p1 p2 Rg
p1 p2
3. 微差压差计
p1
p2
p1 p2 R 01 02 g
对一定的压差 p，R 值的大小与 所用的指示剂密度有关，密度差越小， R 值就越大，读数精度也越高。
02
a b
01
4. 液封高度
液封在化工生产中被广泛应用：通过液封装置的液柱高度 ， 控制器内压力不变或者防止气体泄漏。 为了控制器内气体压力不超过给定的数值，常常使用安全液 封装置（或称水封装置），其目的是确保设备的安全，若气体压 力超过给定值，气体则从液封装置排出。
p h g
小结
密度具有点特性，液体的密度基本上不随压强而变化，随温度略有 改变；气体的密度随温度和压强而变。混合液体和混合气体的密度 可由公式估算。 与位能一样，压强也有计算基准。工程上常用绝对压强和表压两种 基准。在计算中，应注意用统一的压强基准。
液面上方的压强大小相等地传遍整个液体。
静力学基本方程式的应用
1.普通 U 型管压差计
U 型管内位于同一水平面上 的 a、b 两点在相连通的同一静 止流体内，两点处静压强相等
p2 pp 01 > 0
p1 p2 R 0 g
R a b
0
2. 倒置 U 型管压差计
用于测量液体的压差，指示剂密度 0 小于被测液体密度 ， U 型管内位于同 一水平面上的 a、b 两点在相连通的同一 静止流体内，两点处静压强相等
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 想气体来换算：
式中
p ── M ── R ── T ── ρ──
pM RT
气体的绝对压强, kPa 气体的摩尔质量, kg/kmol 气体常数, 8.315 kJ/(kmol.K) 气体的绝对温度，K 密度， kg/m3
非标准状态下气体的密度：
力
绝对压力
绝对真空
流体压强的特性
流体压强具有以下两个重要特性： ①流体压力处处与它的作用面垂直，并且总是指 向流体的作用面； ②流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在 空间的方位无关。
6 流体静力学基本方程
流体静力学主要研究流体流体静止时其内部压强变化的规律。
图所示的容器中盛有密度为 ρ的均质、连续不可压缩静 止液体。如流体所受的体积 力仅为重力，并取 z 轴方向 与重力方向相反。若以容器 底为基准水平面，则液柱的 上、下底面与基准水平面的 垂直距离分别为Z1、Z2 。
混合气体的密度，可用平均摩尔质量Mm代替M。
式中yi ---各组分的摩尔分数（体积分数或压强分数）
比体积
• 单位质量流体的体积称为流体的比体积，用v表示， 单位：m3/kg • v=V/m=1/ρ
5 流体的压强及其特性
垂直作用于单位面积上的表面力称为流体的静压强,简 称压强。流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强 称之为压力。 在SI中，压强的单位是帕斯卡，以Pa表示。但习惯上 还采用其它单位，它们之间的换算关系为： 1atm = 760mmHg =101325 Pa ≈ 1 ×105 Pa = 100 kPa 压强的计量基准： 压强有不同的计量基准：绝对压强、表压强、真空度。
• 第一节 流体静力学
概述
流体流动规律是本门课程的重要基础，应用流体流动的 基本原理及其流动规律解决化工过程中的关键问题： 确定流体输送管路的直径，计算流动过程产生 的阻力和输送流体所需的动力等。
根据阻力与流量等参数选择输送设备的类型和 型号，以及测定流体的流量和压强等。
流体流动将影响过程系统中的传热、传质过程 等，是其他单元操作的主要基础。
4 流体的密度与比体积
液体的密度几乎不随压强而变化，随温度略有改变，可 视为不可压缩流体。混合液体的密度，在忽略混合体积变化 条件下，可用下式估算（以1kg混合液为基准），即
式中ρi ---液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；
αi ---液体混合物中各纯组分的质量分数。
气体的密度
气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。
连续性假设(Continuum hypotheses) 在研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流 体视为由无数质点组成的连续介质。 连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间没有 间隙、完全充满所占空间连续介质，流体的物性及运动参 数在空间作连续分布，从而可以使用连续函数的数学工具 加以描述。
流体流动的考察方法
拉格朗日法 选定一个流体质点，对其跟踪观察，描 述其运动参数（位移、数度等）与时间的关系。可见， 拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。
欧拉法 在固定的空间位置上观察 流体质点的运动 情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情况合随 时间的变化。
3 流体流动中的作用力
任取一微元体积流体作为研究对象，进行受力分析，它受 到的力有质量力（体积力）和表面力两类。 质量力：与流体的质量成正比。如流体在重力场中所受到 的重力和在离心力场所受到的离心力，都是质量力。 表面力：表面力与作用的表面积成正比。单位面积上的表 面力称之为应力。
1
流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法：
（1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体；
（3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
2 连续性假设及流体流动的考察方法
z
o
流体静力学基本方程式推导
适用条件 重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体(或压力 变化不大的可压缩流体,密度可近似地取其平均值 ）。
推论
等压面：在静止的、连续的同一种液体内，处于同一 水平面上各点的静压强相等---等压面（静压强仅与垂 直高度有关，与水平位置无关）。 传递定律（巴斯葛原理）：当液面上方有变化时，必 将引起液体内部各点压力发生同样大小的变化。
绝对压强：以绝对真空为起点计算的压强，是流体的真实压强。 表压强：压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大气压强 高出的数值，即: 表压强＝绝对压强－大气压强
真空度：真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于大气压 强的数值，即: 真空度＝大气压强－绝对压强
p1
表压 真空度
大气压
p2
绝对压
0
a b R
p1 p2 R 0 g
由指示液高度差 R 计算压差 若 >>0
p1 p2 Rg
p1 p2
3. 微差压差计
p1
p2
p1 p2 R 01 02 g
对一定的压差 p，R 值的大小与 所用的指示剂密度有关，密度差越小， R 值就越大，读数精度也越高。
02
a b
01
4. 液封高度
液封在化工生产中被广泛应用：通过液封装置的液柱高度 ， 控制器内压力不变或者防止气体泄漏。 为了控制器内气体压力不超过给定的数值，常常使用安全液 封装置（或称水封装置），其目的是确保设备的安全，若气体压 力超过给定值，气体则从液封装置排出。
p h g
小结
密度具有点特性，液体的密度基本上不随压强而变化，随温度略有 改变；气体的密度随温度和压强而变。混合液体和混合气体的密度 可由公式估算。 与位能一样，压强也有计算基准。工程上常用绝对压强和表压两种 基准。在计算中，应注意用统一的压强基准。
液面上方的压强大小相等地传遍整个液体。
静力学基本方程式的应用
1.普通 U 型管压差计
U 型管内位于同一水平面上 的 a、b 两点在相连通的同一静 止流体内，两点处静压强相等
p2 pp 01 > 0
p1 p2 R 0 g
R a b
0
2. 倒置 U 型管压差计
用于测量液体的压差，指示剂密度 0 小于被测液体密度 ， U 型管内位于同 一水平面上的 a、b 两点在相连通的同一 静止流体内，两点处静压强相等
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 想气体来换算：
式中
p ── M ── R ── T ── ρ──
pM RT
气体的绝对压强, kPa 气体的摩尔质量, kg/kmol 气体常数, 8.315 kJ/(kmol.K) 气体的绝对温度，K 密度， kg/m3
非标准状态下气体的密度：
力
绝对压力
绝对真空
流体压强的特性
流体压强具有以下两个重要特性： ①流体压力处处与它的作用面垂直，并且总是指 向流体的作用面； ②流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在 空间的方位无关。
6 流体静力学基本方程
流体静力学主要研究流体流体静止时其内部压强变化的规律。
图所示的容器中盛有密度为 ρ的均质、连续不可压缩静 止液体。如流体所受的体积 力仅为重力，并取 z 轴方向 与重力方向相反。若以容器 底为基准水平面，则液柱的 上、下底面与基准水平面的 垂直距离分别为Z1、Z2 。
混合气体的密度，可用平均摩尔质量Mm代替M。
式中yi ---各组分的摩尔分数（体积分数或压强分数）
比体积
• 单位质量流体的体积称为流体的比体积，用v表示， 单位：m3/kg • v=V/m=1/ρ
5 流体的压强及其特性
垂直作用于单位面积上的表面力称为流体的静压强,简 称压强。流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强 称之为压力。 在SI中，压强的单位是帕斯卡，以Pa表示。但习惯上 还采用其它单位，它们之间的换算关系为： 1atm = 760mmHg =101325 Pa ≈ 1 ×105 Pa = 100 kPa 压强的计量基准： 压强有不同的计量基准：绝对压强、表压强、真空度。
• 第一节 流体静力学
概述
流体流动规律是本门课程的重要基础，应用流体流动的 基本原理及其流动规律解决化工过程中的关键问题： 确定流体输送管路的直径，计算流动过程产生 的阻力和输送流体所需的动力等。
根据阻力与流量等参数选择输送设备的类型和 型号，以及测定流体的流量和压强等。
流体流动将影响过程系统中的传热、传质过程 等，是其他单元操作的主要基础。
4 流体的密度与比体积
液体的密度几乎不随压强而变化，随温度略有改变，可 视为不可压缩流体。混合液体的密度，在忽略混合体积变化 条件下，可用下式估算（以1kg混合液为基准），即
式中ρi ---液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；
αi ---液体混合物中各纯组分的质量分数。
气体的密度
气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。
连续性假设(Continuum hypotheses) 在研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流 体视为由无数质点组成的连续介质。 连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间没有 间隙、完全充满所占空间连续介质，流体的物性及运动参 数在空间作连续分布，从而可以使用连续函数的数学工具 加以描述。
流体流动的考察方法
拉格朗日法 选定一个流体质点，对其跟踪观察，描 述其运动参数（位移、数度等）与时间的关系。可见， 拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。
欧拉法 在固定的空间位置上观察 流体质点的运动 情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情况合随 时间的变化。
3 流体流动中的作用力
任取一微元体积流体作为研究对象，进行受力分析，它受 到的力有质量力（体积力）和表面力两类。 质量力：与流体的质量成正比。如流体在重力场中所受到 的重力和在离心力场所受到的离心力，都是质量力。 表面力：表面力与作用的表面积成正比。单位面积上的表 面力称之为应力。
1
流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法：
（1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体；
（3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
2 连续性假设及流体流动的考察方法
z
o
流体静力学基本方程式推导
适用条件 重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体(或压力 变化不大的可压缩流体,密度可近似地取其平均值 ）。
推论
等压面：在静止的、连续的同一种液体内，处于同一 水平面上各点的静压强相等---等压面（静压强仅与垂 直高度有关，与水平位置无关）。 传递定律（巴斯葛原理）：当液面上方有变化时，必 将引起液体内部各点压力发生同样大小的变化。