化工原理课件_天大版剖析

1.1.3流体的可压缩性与不可压缩流体
• 一、液体的可压缩性
——在一定温度下，外力每增加一个单位时，
流体体积的相对缩小量。
1 d 1 d
dp dp
二、不可压缩流体
密度为常数的流体。
三、流体的流动性——流体不能承受拉力
1.1.4流体的黏性
• 一、牛顿黏性定律
流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。
1.1.2 流体的密度
密度——单位体积流体的质量。
m
V
kg/m3
1 .单组分密度
f ( p,T )
液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变
化关系可从手册中查得。
气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想 气体状态方程计算：
pM
RT
注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度 下之值，若条件不同，则需进行换算。
10.33mH2O 1.0133bar 1.0133105 Pa
1工程大气压 1kgf / cm2 735.6mmHg
10mH2O 0.9807bar 9.807 104 Pa
2 . 压力的表示方法
绝对压力: 以绝对真空为基准测得的压力。
表压或真空度: 以大气压为基准测得的压力。
表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力 表压= － 真空度
2 . 混合物的密度
混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有
m 11 12 nn
1 ,2 n ——气体混合物中各组分的体积分数。
或
m
pM m RT
M m ——混合气体的平均摩尔质量；
Mm M1 y1 M 2 y2 Mn yn
y1 , y2 yn ——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
液体的粘度基本不变。
b)气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而 增加的很少。
3）粘度的单位
在SI制中：
wenku.baidu.com
du /
dy
N / m2 (m / s)
N.S m2
Pa.S
m
在物理单位制中，
du /
dy
dyn / cm2 cm s
dyn.s cm2
g cm.s
P(泊）
cm
SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有
1 1 2 n
m 1 2
n
1,2 n ——液体混合物中各组分的质量分数。
比容——单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。
vV 1
m
m3/kg
比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密 度的比值，用 d 表示。
d
,
4 C水
4C水 1000kg / m3
1Pa s 1000CP 10P
4) 混合物的粘度 对常压气体混合物：
1
m
yiui M i 2
1
yi M i 2
对于分子不缔合的液体混合物 ：
5）运动粘度
lg m xi lgui v
单位： SI制：m2/s；
物理单位制：cm2/s，用St表示。
1St 100cSt 104 m2 / s
三、理想流体与黏性流体
第一章 流体流动
• 学习指导
• 一、基本要求: • 了解流体流动的基本规律，要求熟练
掌握流体静力学基本方程、连续性方程、 柏努利方程的内容及应用，并在此基础 上解决流体输送的管路计算问题。
• 二、掌握的内容
• 流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取； • 压强的定义、表示法及单位换算； • 流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及
应用；
• 流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算； • 流动阻力产生的原因，流体在管内流动时流动阻力（直管
阻力和局部阻力）的计算；
• 简单管路的设计计算及输送能力的核算； • 管路中流体的压力、流速及流量的测量：液柱压差计、测
速管（毕托管）、孔板流量计、转子流量计的工作原理、 基本结构及计算；
• 因次分析法的原理、依据、结果及应用。 • 3、了解的内容 • 牛顿型流体与非牛顿型流体； • 层流内层与边界层，边界层的分离。
或以流体柱高度表示 ： p gh
其它 常 用单 位 有： atm（标 准 大气 压 ）、 工 程大 气 压
kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。
注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类， 如600mmHg，10mH2O等。
换算关系为：
1atm 1.033kgf / cm2 760mmHg
第一节 流体的重要性质
• 1.1.1连续介质假定 流体液气体体
把流体视为由无数个流体微团（或流体
u
质点）所组成，这些流体微团紧密接触，
彼此没有间隙。这就是连续介质模型。
流体微团（或流体质点）：
宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已 经表现出大量分子的统计学性质。
法 向 力 切 向 力
与流体的质量成正比；
如重力：Fg Vg
表面力（机械力）：与力作用的面积成正比。
切向应力：1
dFt dA
切向应力： n
dFn dA
1.2.2 静止流体的压力特性
压力:流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的 静压强，习惯上又称为压力。
1 . 压力的单位 SI制：N/m2或Pa；
dy
式中：
速度梯度
：比例系数，它的值随流体的不同而不同，流
体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简
称粘度。
二、流体的黏度
• 1)物理意义
du
：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。
dy
粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才
显现出来
2)粘度与温度、压强的关系 a) 液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，
——流体阻力产生的依据
对许多种流体，当流动是层状流（如流动较 慢）时，力F与△u、面积A成正比，与△y成 反比，如加一比例系数μ，则可表示为：
F ux A y
F ux A
y
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。
F ux
A y
适用于u与y成直线关系
当取极限，即△y →0时，有：
du ——牛顿粘性定律
• 黏性流体（实际流体）：具有粘性的流体； • 理想流体：完全没有黏性（μ=0）的流体。
（是假设存在的）
1.2流体静力学
• • 本节重点：静力学基本方程式及其应用。 • 难点：U形压差计的测量。
1.2.1流体的受力
流体所受的力体 表积 面力 力
体积力（质量力）：
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。