轻化工程课件：1-1—流体流动

《化工原理》

轻化工程

绪 论

u化工生产过程与单元操作

举例：聚氯乙烯塑料的生产（乙炔法） 化学方程式：

常见化工单元操作：

ü动量传递过程：流体输送、机械分离、搅拌等

ü热量传递过程：加热、冷却、蒸发等

ü质量传递过程：蒸馏、吸收、萃取、干燥、吸附等 ü热、质同时传递过程：干燥、结晶等

u化工原理课程的内容、性质和任务

Ö性质：重要的专业技术基础课

Ö内容：传递理论

Ö任务：研究基本原理、典型设备，掌握

分析和解决工程问题的基本方法，

培养解决实际问题的能力。

本课程与传统理论的联系和区别

u单元操作中常用的基本概念和观点

Ö质量守恒定律

Ö能量守恒定律

Ö物系的平衡

Ö传递速率（=推动力/阻力）

Ö经济核算的观点

u单位制、单位换算

üCGS制（物理单位制）：厘米­克­秒制 üMKS制（绝对单位制）：米­千克­秒制 ü工程单位制 :米­公斤（力）­秒

üSI制（国际单位制）

u学习本课程的一般环节和方法： Ö课堂教学

Ö自主学习

Ö作业反馈

u相关参考资料：

1. 《化工原理》，王志魁等，化学工业出版社

2. 《化工原理》（上、下），谭天恩等，化学工业出版社

3. 《化工原理》（上、下），姚玉英等，天津大学出版社

4. 《化工原理》（上、下），陈敏恒等，化学工业出版社

第一章 流体流动与输送机械第一节 流体基本性质

Ø流体的概念：由无数流体微团组成的连续介质 Ø连续性假设

Ø流体的可压缩性

Ø作用在流体上的力

质量力：重力、离心力等

法向力（压力） 表面力

切向力（剪切力）

Ø

密度

混合气体 混合液体

RT

PM m

m

= r n

n 2 1 1 1 m f r f r f r r + + + = L

Ø压力

绝对压力： 以绝对零压为起点计 数的压强。

表压： 压力表指示的压力。

表压强=绝对压强­大气压强 真空度：真空表指示的数值。

真空度=大气压强­绝对压强

Ø剪切力与黏度

黏度：流体流动时产生内摩擦力的性质。

流体黏性越大，其流动性就越小。

•

实验证明

牛顿黏性定律

• 黏度的物理意义： μ=τ/(du/dy)

• 促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 • 只有在运动时才显现出来。

• 分析静止流体规律时不用考虑粘度。

•黏度随压强、温度的变化

黏度是流体的物理性质之一，由实验测定。 流体的粘度μ=f(P,T)

• 黏度的单位

CP(厘泊)：1CP=0.01P=1mPa.S=10 ­3 Pa.S

运动黏度：

•牛顿型流体

•剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，即n=1。 •如水、所有气体都属于牛顿流体。 n=1, 牛顿流体 n ¹1，非牛顿流体 n=1, 牛顿流体 n ¹1，非牛顿流体

ü牛顿流体和非牛顿流体

•非牛顿型流体

•剪应力与速度梯度的关系不服从牛顿粘性定律，即n ≠1。 •如泥浆、某些高分子溶液、悬浮液等。 n dy du A

F )

( m t = = ü理想流体和实际流体流体

G

Z 1

Z 2

P 1 A P 2 A

P 0

图 1－ 1

静力学基本方程的推导

条件:重力场中的静止的、连 续的和不可压缩的流体

Ø流体静力学基本方程

第二节 流体静力学

从静止流体内部任意取一底面积为

A，厚度为dz薄层，对其受力情况 进行分析：

向上的力：PA

向下的力：(P+dP)A+ρAgdz

(P+dP)A+ρgAdz­PA=0

对于同一流体，ρ为常数，对上式 进行不定积分得：

P ＋Z ρg ＝常数

g Z P g Z P r r 1

1 2 2 + = + g

P P H

r 0

2 - =

静力学基本方程的意义：在静止的流体内部，任一 点的位压能和静压能之和为常数，两者互相转换。

G

Z 1

Z 2

P 1 A P 2 A

P 0

图 1－ 1

静力学基本方程的推导

Ø流体静力学方程应用 ü液柱压差计

ü安全液封

ü液位测量

•简单测压管

•U型压差计

gR

gz p p R z g p p A B b B a r r r + + = + + = 2 1 ) ( b

a p p = gR p p B A ) (

2 1 r r - = -

•倒U型压差计

•

倾斜U管压差计

适用于压差较小的情况

a

sin '

R R

=

•微差压差计（双液体U管压差计）

gz

gR p p R z g p p C A b C a r r r + + = + + = 2 1 ) ( b

a p p = gR p p C

A ) ( 2 1 r r - = -