流体流动原理及应用

ni ni
m
PM m RT
M m mi yi M1 y1 M 2 y2 M n yn
例题：
盐酸工艺中，氯化氢气体混合物，其中25%HCl，75%空 气（体积百分数），求50℃,743mmHg下的混合密度
液体密度: 通常液体可视为不可压缩流体，认为其密度仅随温度变化，压 力的影响很小（极高压力除外），其变化关系可由手册中查得。
相对于微观分子，足够大
1.2 流体静力学及应用
一、密度 单位体积流体的质量，称为流体的密度.
m
V
ρ——流体的密度，SI：kg/m3； m——流体的质量，kg； V——流体的体积，m3。
对一定的流体，其密度是压强和温度的函数，即
f ( p,T )
气体密度:
（1）气体是可压缩流体，气体密度一定要标明状态
体积可近似等于22.4m3/kmol，因此标准状态下的密度为
代入上式可得
MT0 p
22.4Tp0
0
M 22.4
气体混合物的密度
其组成通常用体积分率表示，取1m3体积的气体为基准，各组分在
混合前后质量不变.
m 1 y1 1 y2 n yn
i yi
yi
vi vi
pi pi
f ( p,T )
（2）查取的为标准状态，与操作状态下要进行换算
（3）对于气体，当压力不太高、温度不太低时，可
按理想气体状态方程计算
PV nRT m RT M
m pM
V RT
pM
Baidu Nhomakorabea
RT
由此可见，密度与压力p成正比， 与温度T成反比
0
p0 M RT0
0
PT0 P0T
特殊地，参考状态为标准状态（1atm，273K）时，由于该状态下的气体摩尔
绝对压强：设备内流体的真实压力，简称绝压
当设备内流体压力高于外界大气压力时，常在设备上安装 压力表，压力表上的读数称为表压，反映流体绝压高于外 界大气压的数值。
当设备内流体压力低于外界大气压，工程上视为负压操作 ，常在设备上安装真空表，读数称为真空度，反映流体绝 压低于外界大气压的数值。
Gage Pressure
f (T )
密度的计算: 纯液体密度，可以从相关手册查找，但是注明温度。
化工生产中遇到的流体，大多为几种组分构成的混合物，而通常手册中查
得的是纯组分的密度，混合物的平均密度ρm可以通过纯组分的密度进行
计算。
11
液体混合物的密度
其组成通常用质量分率表示，假设各组分在混合前后体积不变，则有
1 a1 a2 an
Atmospheric Pressure Vacuum(Negative Gage)
Absolute Pressure
Perfect Vacuum
表压 = 绝对压强 —外界大气压强（当时当地） 真空度 =外界大气压强（当时当地）— 绝对压强
正因为压强存在上述三种表示方法，因次在工程计算中为了避免混淆， 必须在物理量单位后加括号注明压强的表示方法。
流体流动原理及应用
化工原理
本章主要内容
➢（1）流体的基本特性 ➢（2）流体静力学及应用 ➢（3）流体动力学基础 ➢（4）流体流动的质量与能量衡算 ➢（5）流体流动阻力 ➢（6）流体输送管路的计算 ➢（7）流体动力学在工程上的应用
1.1 流体的基本特性
1.什么是流体？ 气体和液体总称为流体 2.流体的特点 流动性 无固定形状 在外力作用下，其内部会发生相对运动
流体静力学基本方程
z
p+dp
在面积为A的液柱上取微元高度dz， 对体积为Adz的微元体在z方向上作受
力分析，取向上为正。
上端面所受总压力: -(p+dp)A dz 下端面所受总压力：pA
y
p
ρgAdz 液柱的重力：
gAdz
x 液柱静止时，三项力的合力应为零
密度为ρ的液体，不可压缩， pA ( p dp) A gAdz 0 其密度不随压力变化。
dP gdz 0(微分形式）
不定积分可得： p gz 常数
p2 p1 g ( z1 z 2 ) 压力形式
p1
z1 g
p2
z2g
能量形式
静力学基本方程 (Basic equation of
statics)
Discussion： （1）在静止的、连续的同种流体内，同一水平面为等压面， 各点压强相等。 （2）压强具有传递性：液面上方压强变化时，液体内部各点 的压强也将发生相应的变化。 （3）能量形式中分别为单位质量流体所具有的位能和静压能， 反映出在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压 能各不相同，但总和恒为常量。静力学基本方程也反映了静 止流体内部能量守恒与转换的关系。
1.1 流体的基本特性
3.研究流体流动的目的 1）研究流体的输送，确定输送机械 2）选择管径，布置管路 3）测量参数：流速、流量、压强等 4）作温度、压力对产品质量、设备操作的评价
1.1 流体的基本特性
4.流体的研究 连续性假设
将流体看作是由大量质点（分子集团）所组成的连续 介质，这样就摆脱了复杂的分子运动，而从宏观角度 来研究流体的流动规律 质点：有质量的 相对于宏观设备，无限小
m
1 2
n
a1, a2 an — 液体混合物中各组分的质量分率
ai
mi m总
例题：一容器内盛有甲苯和苯的混合 物，已知苯的质量分率为0.4，甲苯为 0.6，求20℃时混合液的密度。
二、流体静压强
静止流体单位面积上所承受的垂直作用力，称流体的静压强，
简称压强，用p表示，
p＝dp/dA
Unit of pressure： SI Unit：Pa (N/m2) Engineering Unit：kgf/m2 Other Uint：mmHg, mmH2O
pA pA' ? pB pB ' ? h1
PA PA' ? PB PB' ?
h1 0.8m, 1 800kg / m3, h2 0.6m, 2 1000kg / m3, 求h
流体静力学基本方程的应用 （1）U形管压差计
Unit conversion of pressure：
1atm 101325Pa 760mmHg 10.33mH 2O
1.0133bar 1.033kgf/cm2
1at 98070Pa 735.6mmHg 10mH 2O 0.9807bar 1kgf/cm2
压强的表示方法：绝对压强，表压和真空度