化工原理第一章第一节概述
化工原理-1章流体流动
yi为各物质的摩尔分数,对于理想气体，体积分数与摩尔分数相等。
②混合液体密度计算
假设液体混合物由n种物质组成，混合前后体积
不变，各物质的质量百分比分别为ωi，密度分 别为ρi
n 1 2 混 1 2 n
1
例题1-1 求甲烷在320 K和500 kPa时的密度。
第一节 概述
流体： 指具有流动性的物体，包括液体和气体。
液体：易流动、不可压缩。 气体：易流动、可压缩。 不可压缩流体：流体的体积不随压力及温度变化。
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
流动现象:
① 日常生活中
② 工业生产过程中
煤气
填料塔 孔板流量计
煤气
水封
泵 水池
水
煤 气 洗 涤 塔
组分黏度见---附录9、附录10
1.2.1 流体的压力（Pressure） 一.定义
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体 的压强，工程上一般称压力。
F [N/m2] 或[Pa] P A
式中 P──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)；
F──垂直作用在面积A上的力，N；
A──作用面积，m2。
工程单位制中，压力的单位是at(工程大气压)或kgf/cm2。 其它常用的压力表示方法还有如下几种： 标准大气压（物理大气压）atm；米水柱 mH2O； 毫米汞柱mmHg； 流体压力特性： （1）流体压力处处与它的作用面垂直，并总是指向流体 的作用面。
液体：T↑，μ↓（T↑,分子间距↑，范德华力↓，内摩擦力↓） 气体：T↑，μ↑（T↑,分子间距有所增大，但对μ影响不大， 但T↑，分子运动速度↑，内摩擦力↑）
压力P 对气体粘度的影响一般不予考虑，只有在极高或极 低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。
化工原理第一章 流体流动
例1-10 20℃的水在内径为 50mm的管内流动,流速为 2m/s，是判断管内流体流动的 型态。
三.流体在圆管内的速度分布
(a)层流
(b)湍流
u umax / 2 u 0.82umax
hf
le
d
u2 2
三.管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 总摩擦阻力损失 =直管摩擦阻力损失+局部摩擦阻力损失
hf hf 直 hf局
l u2 ( le u2 z u2 )
d2 d 2
2
[
(
l
d
l
e
)
z
]
u2 2
管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 直管管长 管件阀件当量长度法
hf
l
制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡。 已知油品的密度为850 kg／m3。并铡得水 银压强计的读数R为150mm，同贮槽内的 液位 h等于多少?
（三）确定液封高度 h p ρg
H 2O
气体 压力 p(表压)
为了安全， 实际安装
水 的管子插入 液面的深度
h 比上式略低
第二节 流体流动中的基本方程式
截面突然变化的局部摩擦损失
突然扩大
突然缩小
A1 / A2 0
z (1 A1 )2
A2
z 0.5(1 A2 )2
A1
当流体从管路流入截面较 大的容器或气体从管路排 到大气中时z1.0
当流体从容器进入管的入 口，是自很大截面突然缩 小到很小的截面z=0.5
局部阻力系数法
hf
z
u2 2
化工原理第一章(1)
本门课程主要讨论的内容
1、研究遵循流体动力学基本规律的单元操 作，包括流体流动、流体输送、流体通过 颗粒层的流动。 2、研究遵循热量传递基本规律的单元操 作，包括加热、冷却、冷凝。 3、研究遵循质量传递基本规律的单元操 作，包括蒸馏、吸收、萃取。 4、研究同时遵循热质传递规律的单元操 作，包括气体的增湿与减湿、干燥。
21
p1 表压 当地大气压 p2 真空度 绝对压强 绝对真空 压强的基准和度量
22
绝对压强
1-2-3流体静力学基本方程式 ——研究流体柱内压强沿高度变化的规律
1、推导 在垂直方向上，力的平衡：
p2=p1+ρg（Z1−Z2）
p2A=p1A+W=p1A+ρgA（Z1−Z2）
若Z1面在水平面上
p2=p0+ρgh
p1 = p A + ρgh1
p2 = p B + ρg (h2 − R) + ρ I gR
( p A + ρgz A ) − ( p B − ρgz B ) = Rg ( ρ i − ρ )
(℘ A − ℘B ) = Rg ( ρ i − ρ )
U形压差计直接测得的读数R不是 真正的压差，而是虚拟压强差。
PM m ρm = RT
体积分率表示
yA、yB…yn—气体混合物中各组分的体积分率。
或
M m = M A y A + M B y B + LL + M n y n
19
1-2-2 流体的静压强
1、 静压强 定义：流体垂直作用于单位面积上的压力。
P p = A
2、压强的单位 （1）直接按压强定义：N/m2，Pa（帕斯卡） （2）间接按流体柱高度表示：m H2O柱，mm Hg柱 （3）以大气压作为计量单位：标准大气压(atm)， 工程大气压（at）kgf/cm2
化工原理第二版
化工原理第二版
抽象
化工原理第二版
前言
导言
引言
序言
第一章概述
1.1 化工原理的定义与意义
1.2 化工原理的基本原理和方法
1.3 化工原理的发展历程
第二章物料的性质与测定
2.1 固体物料的性质与测定
2.2 液体物料的性质与测定
2.3 气体物料的性质与测定
第三章物料的流动性与流动过程
3.1 流动性的基本概念与分类
3.2 流体的流动规律
3.3 流体的压力与速度分布
第四章质量与能量的平衡
4.1 物料的质量平衡及其应用
4.2 物料的能量平衡及其应用
4.3 综合平衡问题的求解方法
第五章物料的传递过程
5.1 物料传递的基本概念与分类
5.2 物料传递的基本机理
5.3 质量传递过程与传递速度
第六章反应工程与反应器设计
6.1 反应工程概述
6.2 理想反应器的性能参数
6.3 反应器的设计方法与应用
第七章固体、液体与气体的分离与净化7.1 固体与液体的分离与净化
7.2 气体的分离与净化
7.3 固液与气液质量传递过程的应用
第八章化工热力学
8.1 化学平衡和化学反应热力学基础
8.2 多相混合物热力学基础
8.3 化学反应热力学与工业热处理问题
第九章化工流程的优化与控制
9.1 化工流程优化的基本概念与方法
9.2 化工流程控制的基本概念与方法
9.3 化工流程优化与控制的综合应用
第十章工艺物料学
10l 绪论
10.2 无机工艺物料学
10.3 有机工艺物料学
10.4 生物工艺物料学
结语
结束语
总结
附录
参考文献索引。
化工原理第一章主要内容
化⼯原理第⼀章主要内容第⼀章流体流动流体：⽓体和液体统称流体。
流体的特点：具有流动性；其形状随容器形状⽽变化；受外⼒作⽤时内部产⽣相对运动。
质点：⼤量分⼦构成的集团。
第⼀节流体静⽌的基本⽅程静⽌流体的规律：流体在重⼒作⽤下内部压⼒的变化规律。
⼀、流体的密度ρ1. 定义：单位体积的流体所具有的质量，kg/m 3。
2. 影响ρ的主要因素液体：ρ=f(t)，不可压缩流体⽓体：ρ=f(t ，p)，可压缩流体3.⽓体密度的计算4.混合物的密度5.与密度相关的⼏个物理量⽐容υ⽐重(相对密度) d ⼆、压⼒p 的表⽰⽅法定义：垂直作⽤于流体单位⾯积上的⼒ 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm 2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg=9.807×105Pa =1kgf/cm 2 =10mH20 表压 = 绝对压⼒ - ⼤⽓压⼒真空度 = ⼤⽓压⼒ - 绝对压⼒三、流体静⼒学⽅程特点：各向相等性；内法线⽅向性；在重⼒场中，同⼀⽔平⾯上各点的静压⼒相等，但其值随着点的位置⾼低变化。
1、⽅程的推导 2、⽅程的讨论液体内部压强 P 随 P 0 和 h ⽽改变的； P ∝h ，静⽌的连通的同⼀种液体内同⼀⽔平⾯上各点的压强相等；当P 0改变时，液体内部的压⼒也随之发⽣相同的改变；⽅程成⽴条件为静⽌的、单⼀的、连续的不可压缩流体；h=(P-P 0)/ρg ，液柱⾼可表⽰压差，需指明何种液体。
3、静⼒学⽅程的应⽤ (1)压⼒与压差的测量 U 型管压差计微差压差计（2）液位的测定（3）液封⾼度的计算 m Vρ=(),f t p ρ=4.220M =ρ000T p p T ρρ=PM RT ρ=12121n m n a a a ρρρρ=+++1122......m n nρρ?ρ?ρ?=+++mm PM RTρ=1/νρ=41/,gh p p ρ+=0()12A C P P gR ρρ-=-() gz21A B A gR P P ρρρ+-=-第⼆节流体流动的基本⽅程⼀、基本概念（⼀）流量与流速1.流量：单位时间流过管道任⼀截⾯的流体量。
化工原理第一章主要内容
湍流：无严格的层的概念，各质点相互碰撞混合
（二）雷诺数 Re 没有因次的特征数 雷诺数用于判断流动型态
Re
=
duρ μ
层流：Re<2000；过渡流：2000<Re<4000；湍流：Re>4000
雷诺数的物理意义：流体流动中惯性力与粘滞力之比
二、湍流的基本概念
（一）湍流的发生与发展 （二）湍流的脉动现象和时均化 脉动现象：湍流流体中各物理量围绕某一平均值上下波动的现象。 瞬时量 = 时均量 + 脉动量
ρm = ρ1ϕ1 + ρ2ϕ2 + ...... + ρnϕn
比容υ ν = 1/ ρ
比重(相对密度) d
d = 1 / ρ , 4° C水
二、压力 p 的表示方法
ρm
=
PM m RT
定义：垂直作用于流体单位面积上的力 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg =9.807×105Pa =1kgf/cm2 =10mH20 表压 = 绝对压力 - 大气压力 真空度 = 大气压力 - 绝对压力
三、机械能衡算方程
依附于流体的能量：内能、动能、位能、压力能；
不依附于流体的能量：热、功 机械能：包括位能、动能、压力能和功，对流体流动有贡献。 非机械能：包括内能和热，对流体流动无贡献 （一）理想流体的伯努利方程
gZ1
+
u12 2
+
p1 ρ
=
gZ2
+
u22 2
+
p2 ρ
理想流体的机械能守恒
（二）实际流体的机械能衡算
τ = (μ + ε ) du dy
化工原理(上)主要知识点
化工原理（上）各章主要知识点三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算第一节 流体静止的基本方程一、密度1. 气体密度：RTpMV m ==ρ2. 液体均相混合物密度：nm a a a ρρρρn 22111+++= （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组分密度）3. 气体混合物密度：n n mρϕρϕρϕρ+++= 2211（m ρ—混合气体的密度，ϕ—各组分体积分数）4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。
二、.压力表示方法1、常见压力单位及其换算关系：mmHgO mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012=====2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压三、流体静力学方程1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等；（2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面；（3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。
2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ)(2121z z g pg p -+=ρρp z gp=ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头）上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。
四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。
测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体：gR p p 021ρ=-2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=-第二节 流体流动的基本方程一、基本概念1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。
化工原理第一章_流体流动
非标准状态下气体的密度： 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。
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
p1 p2 R 0 g
由指示液高度差 R 计算压差
若 >>0
p1 p2 Rg
0
a
b
R
p1 p2
3. 微差压差计
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。
p1 p2
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。
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。
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
化工原理第一章总结
化工原理第一章总结化工原理是化学工程专业的重要基础课程，它为学生打下了坚实的理论基础，为日后的学习和工作奠定了基础。
在第一章中，我们主要学习了化工原理的基本概念、化学反应平衡和热力学基础等内容。
本文将对第一章的内容进行总结，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一部分知识。
首先，我们学习了化工原理的基本概念。
化工原理是研究化学工程中的基本原理和基本规律的学科，它包括物质的结构与性质、化学反应的基本原理、热力学基础等内容。
通过学习化工原理，我们可以更好地理解化学工程中的各种现象和过程，为日后的学习和工作打下坚实的基础。
其次，我们学习了化学反应平衡的相关知识。
化学反应平衡是化工原理中的重要内容，它描述了化学反应达到平衡时反应物和生成物的浓度之间的关系。
在学习中，我们了解了平衡常数的概念和计算方法，以及通过平衡常数来判断反应的方向和进行反应条件的优化等内容。
这些知识对于化学工程中的反应过程和工艺设计有着重要的指导作用。
最后，我们学习了热力学基础的相关内容。
热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，它在化工原理中占据着重要的地位。
在学习中，我们了解了热力学基本概念、热力学第一定律和第二定律等内容。
通过学习这些知识，我们可以更好地理解化学工程中的能量转化和传递过程，为工程实践提供理论支持。
综上所述，化工原理第一章主要介绍了化工原理的基本概念、化学反应平衡和热力学基础等内容。
通过学习，我们不仅对化工原理有了更深入的了解，也为日后的学习和工作打下了坚实的基础。
希望大家能够认真对待这门课程，努力学习，取得优异的成绩。
同时，也希望大家能够将所学知识应用到实际工程中，为化工行业的发展做出自己的贡献。
化工原理-第一章
29
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（3） 倒U形压差计
指示剂密度小于被测流体密度，如空 气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
30
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例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流
体在某截面处的压力，直接在该处连接一U形压差计，
指示液为水银，读数
18
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表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
p1
表压
大气压
真空度 绝对压力
p2
绝对压力 绝对真空
19
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1.1.3 流体静力学平衡方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， （1）上端面所受总压力
P1 p1 A
Const.
p1 G p2
p0
重力场中对液柱进行受力分析：
5
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1.0.0 流体的特征
液体和气体统称为流体。
• 具有流动性；
• 无固定形状，随容器形状而变化； • 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，
如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，
如气体。
6
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1.0.1 研究流体流动的目的
1、流体输送：选择适宜流速、确定管路直径、 选用输送设备； 2、压强、流速和流量的测量：便于了解和控制 生产； 3、为强化设备提供适宜流动条件：如传热、传 质设备的强化。
9
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1.0.3 流体流动中的作用力
1、体积力： 体积力作用于流体的每一个质点上，并与流体的 质量成正比，也称为质量力，如重力、离心力。 2、表面力：包括压力与剪力 压力：垂直于表面的力 剪力：平行于表面的力，又称粘性力，与流体运动 有关。 返回
化工原理教案.第一章
第一章流体流动1。
1概述气体和液体统称为流体。
该流程的设计安装过程中,有如下问题需要解决：1.如何确定输送管路的直径,如何合理布置管路，以保证既能完成输送任务，又经济节约。
2.如何计算流体输送过程中所需的能量,以确定所需输送机械的功率.3.选用何种仪表对管路或设备中的流速、流量、压强等参数进行测量。
本章的学习要求就是能熟练解决上述问题。
§1 流体静止的基本方程一流体的性质1. 质量和密度单位体积流体所具有的质量称为流体的密度.V M =ρ 单位：㎏/m 32、重量与重度单位体积流体所具有的重量称为流体的重度。
V G =γ 单位：N /m 33、比重某物质的密度与4O C 时水的密度之比称为该物质的比重.水液C od 4ρρ= 比重无单位二、压力1．概念压力——单位面积上所受的垂直作用力.单位：N /㎡系统的实际压力称为绝压。
当系统的实际压力大于1大气压时,采用压力表测压,压力表读数称为表压。
当系统的实际压力小于1大气压时，采用真空表测压，真空表读数称为真空度。
读数范围：表压> 0 ;0 < 真空度< 1。
相互关系：绝压=大气压+ 表压绝压= 大气压－真空度压大气压？绝压绝压绝对零压线三、流体静力学基本方程P O作用在液柱顶面的总压力= P1dA作用在液柱顶面的总压力= P2dA液柱自身重= ρg(Z1—Z2）dA液柱处静止状态，则其受力平衡。
则P1dA +ρg (Z1-Z2）dA = P2dAP1+Z1ρg = P2+Z2ρgZ1P1/ρ+ g Z1= P2/ρ+ g Z2Z2P2-—-—————流体静力学基本方程式中：P/ρ、g Z的单位流体静力学基本方程的物理意义结论1、静止流体内任一点的压力P的大小与该点的深度H有关，H越大，P越大。
2、液面压力有变化，将引起液体内部各点压强发生同样大小的变化.—-—--—-—巴斯葛定律3、液柱高度可以表示压力大小，也可以表示静压能和位能。
《化工原理》电子档
目录第一章流体流动与输送设备 (3)第一节流体静力学 (3)第二节流体动力学 (5)第三节管内流体流动现象 (7)第四节流体流动阻力 (8)第五节管路计算 (11)第六节流速与流量的测量 (11)第七节流体输送设备 (13)第二章非均相物系分离 (21)第一节概述 (21)第二节颗粒沉降 (22)第三节过滤 (25)第四节过程强化与展望 (27)第三章传热 (28)第一节概述 (28)第二节热传导 (28)第三节对流传热 (30)第四节传热计算 (30)第五节对流传热系数关联式 (31)第六节辐射传热 (34)第七节换热器 (35)第四章蒸发 (37)第一节概述 (37)第二节单效蒸发与真空蒸发 (37)第三节多效蒸发 (40)第四节蒸发设备 (41)第五章气体吸收 (42)第一节概述 (42)第二节气液相平衡关系 (45)第三节单相传质 (46)第四节相际对流传质及总传质速率方程 (49)第五节吸收塔的计算 (51)第六节填料塔 (58)第六章蒸馏 (60)第一节概述 (60)第二节双组分物系的气液相平衡 (60)第三节简单蒸馏和平衡蒸馏 (62)第四节精馏 (63)第五节双组分连续精馏的计算 (63)第六节间歇精馏 (67)第七节恒沸精馏与萃取精馏 (67)第八节板式塔 (67)第九节过程的强化与展望 (69)第七章干燥 (71)第一节概述 (71)第二节湿空气的性质及湿度图 (71)第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算 (73)第四节干燥速率和干燥时间 (75)第五节干燥器 (76)第六节过程强化与展望 (78)第一章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
1-1-1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ液体密度 一般液体可视为不可压缩性流体，其密度基本上不随压力变化，但随温度变化，变化关系可从手册中查得。
液体混合物的密度由下式计算：n n m a a a ρρρρ+++= 22111式中，i a 为液体混合物中i 组分的质量分数；气体密度 气体为可压缩性流体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算RT pM =ρ一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的数值，若条件不同，则此值需进行换算。
化工原理第一章
（2）怎样看成连续性？
考察对象：流体质点（微团）-------足够大，足够小
流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空
隙，而是充满所占空间的连续介质，从而可以使
用连续函数的数学工具对流体的性质加以描述。
第二节 流体静力学 本节将回答以下问题： 静力学研究什么？
采用什么方法研究？
主要结论是什么？ 这些结论有何作用？
在静止流体中，任意点都受到大小相同方向不同的压强
静压强的特性：具有点的性质，p=f(x,y,z)，各相同性
1．流体静力学方程的推导
向上的力 : pA 向下的力: ( p dp) A
重力: mg gAdZ
静止时三力平衡,即 :
pA ( p dp) A gAdz 0
dp gdZ 0
p A pB ( i ) gR g ( Z A Z B ) ( p A gZ A ) ( pB gZB ) ( i ) gR
p gZ
A B ( i ) gR
4. 斜管压差计
R R' sin
流体静力学(二）
1-4
流体静力学基本方程的应用
一. 压强与压强差的测量 1.简单测压管
p A p0 hR
A点的表压强
p A (表） p A p0 gR
特点：适用于对高于大气压的液体压强的测定，不适用于气体。
2. U型测压管 由静力学原理可知
p1 p A gh
p 2 p 0 i gR
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
1-5 流量及流速
一、流量：单位时间内流过管道内任一截面的流体量
体积流量qV
m3 / s
大学化学《化工原理-流体流动1》课件
对于Z方向微元
pA ( p dp) A gAdz dp gdz 0
不可压缩液体
const., p / gz const. p1 p2 g(z2 z1)
第一章 第二节
不可压缩流体
条件 静止
单一连续流体
结论
单一连续流体时→同一水平面静压力相等 间断、非单一流体→逐段传递压力关系
[确切标明 （表）、（绝）、（真）]
第一章 第一节
三、剪力、剪应力、粘度
流体沿固体表面流过存在速度分布
F du
A
dy
：动力粘度、粘性系数
第一章 第一节
牛顿型 非牛顿型
假塑性
塑性 涨塑性
＝ du
dy
＝
y
du dy
＝ du n
dy
＝ du n
dy
n n
第一章 第一节
ห้องสมุดไป่ตู้ 粘度
Pa s
N / m2 m/s/m
第一章 第二节
二 、流体静力学方程的应用
1、压差计
p1 p2 (A B )gR
微差压差计
(1)D : d 10 :1
(2)
B
与
很接近
A
第一章 第二节
2、液面计
3、液封
4、液体在离心力场内的静力学平衡
p
p
r
r
第一章 第二节
N s m2
T↑ 液体 ↓, 气体 ↑
P↑ 基本不变, 基本不变
40atm以上考虑变化
第一章 第一节
混合粘度
1、不缔合混合液体
log m
xi log i
2、低压下混合气体
m
yi
化工原理 第一章 总结
2 1
2
头损失; 头损失 He：输送设备对流体所提供的有效压头
对于理想流体，当没有外功加入时 对于理想流体，当没有外功加入时We=0
gZ1 +
2 u1
2
+
p1
ρ
= gZ2 +
2 u2
2
+
p2
4、在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表该处的 、在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表该处的 ，此时侧壁小 孔所测压力代表该处的 C 。 (A) 动压，静压； 动压，静压； (B)动压，动压与静压之和； 动压， 动压 动压与静压之和； (C)动压与静压之和，静压； 动压与静压之和， (D) 静压，动压与静压之和。 静压，动压与静压之和。 动压与静压之和 静压； 曲线， 5、某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是 曲线，其管中心最大流速为 、某流体在圆形直管中作滞流流动时， 摩擦系数λ 平均流速的 倍，摩擦系数λ与雷诺数 Re 的关系为 。 抛物线； 抛物线；2倍；λ＝64/Re
第一章 流体流动 第三节 流体流动的基本 方程
一、流量与流速 二、稳态流动与非稳态流动 三、连续性方程式 四、柏努力方程式 五、柏努力方程式的应用 柏努力方程式的应用
WS = u1A ρ1 = u2 A2ρ2 =L= uAρ = 常数 1
若流体为不可压缩流体
WS VS = = u1A = u2 A2 =L= uA = 常数 1
√
√
×
√ √
√
1、粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都具有粘性。 （ ） 2、尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体可不 考虑粘性的影响。 （ ） 3、孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。 （ ） 4、转子流量计工作时，流体作用在转子上下两截面的静压强差不变。 （ ） 5、降低温度液体的粘度增加。 （ ） 6、升高温度气体的粘度增加。 （ ）
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动量守恒－机械能损失数据缺少时的计算 (3) 流体流动的型态及阻力计算 (4) 管路计算 (5) 流量和流速的测量(毕托管，孔板流量计，转子流量计)
第一节 概述
一、流体流动的考察方法
1、流体是所有气体和液体的总称。
2、流体的特征：
a 、由大量的彼此之间有一定间隙单个分子组成，而且单个分子做随 机的、混乱的运动。如果以单个分子为考察对象，流体将是一种不连 续的介质，所处理的运动是一种随机运动。如果研究单个分子的微观 运动，则问题复杂，无法用连续函数的数学工具加以描述 。 b、具有流动性，即抗剪抗张能力都很小 ；无固定形状，随容器形状 而变化；
(3)剪应力的大小代表了动量传递的速率。
的单位 p a
N m2
kg m s2 ＝ kg m s1
m2 s
单位时间，单位面积上所传递的动量。
动量梯度产生动量传递。
第一章 流体流动
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 流体静力学 流体流动中的守恒原理 流体流动的内部结构 阻力损失 流体输送管路的计算 流速和流量的测定
流动现象：
① 日常生活中
② 工业生产过程中
煤气
煤
气
填料塔
洗
孔板流量计
涤
煤气
塔
水封
泵 水池
水
引言
一、在所有化工单元操作中为什么首先讨论“流体流动”？ 流体流动的规律是化工原理的重要基础！
（1） 化学工业中涉及各种流体的输送 研究流体的流动规律可进行管路的设计，输送机械的
选择及功率的计算。
（2）流体的流动对传热、传质及反应过程有着重要影响 化工设备中的传热，传质以及反应过程大多是在流动的
条件下进行的
（3）流体的混合
二、“流体流动”主要研究内容 （1）流体静力学 介绍流体静力学原理及工程应用 （2）流体流动中的守恒原理
c b a
a,b,c为同一瞬时各质点，箭头为运动方向
（3）流线与轨线的比较
① 轨线描述的是同一质点在不同时间的位置 流线表示的则是同一瞬间不同质点的速度方向
②在定态流动过程中，流线和轨线重合 （各位置上流体的速度不随时间而变化）
二、流体流动中的作用力
1、 体积力：作用于流体每一个质点上的力 体积力正比例于质量，又称为质量力 在重力场中体积力即重力，在离心场中为离心力
剪应力： 单位面积上的内摩擦力
du 牛顿粘性定律 dy
－粘性系数（粘度）N•s/m2 或 pa·s
du －法向速度梯度1/s
dy
du
速度梯度
dy
是动量传递的基本方程式
剪应力 的大小实际上代
表了动量传递的速率。
3、液体所受剪应力与固体所受剪应力的区别：
(1) 与固体表面的摩擦力不同，内摩擦力与法向压力无关。
欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。 控制体：当划定一固定的空间体积来考察问题，该空间称为 控制体。流体可以进出控制体，控制体与外界也可以有力的 作用和能量的交换。（是本课程常用的考察方法）
5、定态流动与非定态流动 定态流动指运动空间各点的状态不随时间而变化的流动
即：( )u=0x ( )=0 u( y )=0 uz
2、表面力：作用于所研究流体体积表面上的力 表面力正比例于表面积
（1） 压力： 垂直于流体表面的力 压强 p：单位面积上所受的压力
（2） 剪力（切力）：平行于表面的力 剪应力τ：单位面积上所受的剪力
压力
剪力
y u
x
A
F : 内摩擦力 粘性流体运动时内部的剪切力
F
τ右> τ左
F A u y
F A du dy
(2) 固体的剪应力正比于剪切变形（角变形）dθ ，而流体的剪应力正比于剪切变形的 速率，这里的速度梯度就是变形的速率dθ/dt。
固体： G
G剪切弹性模量
液体：
剪切变形
du dy
d dudt dy
d du dt dy
静止的流体不能承受剪应力(哪怕是非常微小的剪应力)和剪切变形。 固体可以承受很大的剪应力和抵抗剪切变形。
t
t
t
则
ux=ƒx(x,y,z)
uy=ƒy(x,y,z)
uz=ƒz(x,y,z)
表明流动的速度只随空间位置而变，而与时间无关。 如：河水在河床中流动；工业生产流水线中的工种
6、流线与轨线 （1） 轨线：同一流体质点不同时刻所占空间位置的连线即
质点运动轨迹。这是采用拉格朗日法考察流体运动的结果
（2） 流线：同一瞬时不同质点的速度方向，流线上各点的 切线表示该点的速度方向。这是采用欧拉法考察的结果
ux=ƒx(x,y,z,t) uy=ƒy(x,y,z,t) uz=ƒz(x,y,z,t)
x,y,z为位置坐标，t为时间
（如：交通流量测量点）
（3）二法比较和选择
拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。 系统：包含众多流体质点的集合。系统与外界有力的作用 与能量的交换，但没有质量交换。系统的边界的形状和大 小随着时间而变化。
c、受外力作用时，内部产生相对运动（与固体运动的主要区别）。
3、连续性假定 流体质点：指含有大量分子的流体微团 其尺寸远小于设备尺 寸，远大于分子自由程
连续性假定： ● 假定流体是由大量质点（微团）所组成 ● 可看作彼此间没有空隙，完全充满所占空间的连续介质 ● 物理性质和运动参数在空间作连续分布 ● 可以使用连续函数的数学工具加以描述
• 所以，在绝大多数情况下流体的连续性假设是成立的，只 是高真空稀薄气体的情况下连续性假定不成立。
4、运动的描述方法 （1）拉格朗日法
选定一个流体质点，跟踪观察，描述运动参数与时间的关系。 同对固体的质点运动的描述：X=ƒ1(t)（如：观看球赛）
（2）欧拉法
在固定位置上观察流体质点的运动情况，描述运动参 数在指定空间和时间的变化
• 但流体质点模型的使用是有条件的。当特性长度与平均自 由程之比大于103-4时，就可以使用流体质点模型，否则流 体质点模型就不适用。
• 如1mm3常温常压气体含2.51015个分子，分子平均自由程 为0.1 m数量级，此时不能使用流体质点模型。
• 在100km的高空，压力约为0.133Pa，空气中氧气和氮气分 子的平均自由程约为1m，这时仍可使用流体质点模型，但 在直径为1m的容器内，如压力也为0.133Pa，则不能使用 流体质点模型。