第2章 流体流动与输送2012-a

1、应用化学专业学位评估情况汇报应用化学专业学位评估情况汇报化学工程基础化学工程基础 化工基础化工基础课件课件 概述概述一.化工生产中流体的流动与输送 流体质点与流体质点与连续介质模型连续介质模型流体 气体 液体 把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙，完全充满所占空间。这就是连续介质模型连续介质模型。 流体微团（或流体质点）：流体微团（或流体质点）： 宏观上宏观上足够小，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u化工基础化工基础课件课件二二

2、. 流体的种类流体的种类 流体的特征流体的特征:1 1流动性流动性 当流体受到外部切向力作用时，易于变形而产生流动。2 2可压缩性可压缩性 流体在外部温度和压力作用下，流体分子间的距离会发生一定的改变，表现为流体密度大小的变化。工程上：工程上： 流体 可压缩流体可压缩流体(气体) 不可压缩流体不可压缩流体(液体)理想流体理想流体:没有粘性、流动过程中不产生摩擦阻力、不可压缩 的流体实际流体实际流体:有粘性、流动过程中产生摩擦阻力、一般忽略压缩性 的流体化工基础化工基础课件课件 1.1 相对密度相对密度 1.2 压强压强 1.3 流体静力学方程流体静力学方程 主要内容主要内容化工基础化工基础课件

3、课件1.1 相对密度相对密度单位体积流体的质量，称为流体的单位体积流体的质量，称为流体的密度密度，表达式为，表达式为 Vm式中 流体的密度，kg/m3； m流体的质量，kg； V流体的体积，m3。对一定的流体，其密度是压力和温度的函数，即),(Tpf液体：液体：基本不随压力变化（极高压力除外），随温度略有变化。气体：气体：密度随温度、压力改变。低压下可按照理想气体状态方程计算化工基础化工基础课件课件液体密度液体密度 通常液体可视为不可压缩流体，认为其密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可由手册中查得（教材P.444）。工程计算中，液体密度可视为常数。工程计算中，液体密度可视为常数。 气

4、体密度气体密度 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 RTpM式中 p气体的绝对压力，Pa； M气体的摩尔质量，kg/mol； T绝对温度，K； R气体常数，其值为8.314 J/（molK）。 化工基础化工基础课件课件 气体混合物的平均密度也可利用理想气体状态方程式计算，但式中的摩尔质量M应用混合气体的平均摩尔质量Mm代替，即 RTpMmm相对密度：相对密度：流体密度与4纯水密度之比，符号为“d” ，如204d气体混合物，混合前后质量不变液体混合物，混合前后体积不变12n12n1.mwww1122nn.m 组分的质量分数组分的体积分数混合物的密度：化工基础化工基础课

5、件课件1.2 压强压强 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强压强，习惯上又称为压力压力。 压强的单位压强的单位 在SI（international system）单位中，压强的单位是N/m2，称为帕斯卡，以Pa表示。此外，压强的大小也间接地以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。若流体的密度为 ，则液柱高度与压强的关系为 ghp注意注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等。标准大气压有如下换算关系：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O 化工基础化工基础课件课件压强的表示方法压强的表示方法 压强

6、的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空；另一是大气压力。基准不同，表示方法也不同。以绝对真空为基准（压强为0）测得的压力称为绝对压强，是流体的真实压力；以当地大气压为基准测得的压力称为表压或真空度。 表压表压 = 绝对压强绝对压强 - 大气压强大气压强真空度真空度 =大气压强大气压强 - 绝对压强绝对压强绝对压强与表压、绝对压强与表压、真空度的关系如真空度的关系如右图所示右图所示 绝对压力、表压与真空度的关系绝对真空大气压绝对压强绝对压强表压真空度p1p2化工基础化工基础课件课件 1、化工三传指的是_传递、热量传递和_传递。 2、进行质量衡算与能量衡算时须选择衡算基准，连续过程常以单位_

7、作为基准。 3、某离心泵入口真空表上读数为120mmHg，当地大气压0.98atm，则入口处绝压为_Pa；出口压力表读数为1.8kgf/cm2，则其绝对压力为_Pa。小练习小练习化工基础化工基础课件课件1.3 流体静力学方程流体静力学方程流体所受到的力 质量力（场力、非接触力） 表面力（接触力，机械力）如重力、离心力等，属于非接触性的力。法向力切向力 (剪力)(压力)静止流体所受到的力静止流体所受到的力质量力法向力- 单位面积上的压力称为压强, 习惯上称为静压力静压力。- 重力场中单位质量流体所受 质量力,即为重力加速度重力加速度。化工基础化工基础课件课件 静力学基本方程的推导静力学基本方程的

8、推导 (1)向上作用于薄层下底面的总压力pA；（2）向下作用于薄层上底面的总压力，（p+dp）A； （3）薄层向下作用的重力，gdzA。 由于流体处于静止，其垂直方向所受到的各力代数和应等于零，即：0)(gAdzAdpppA简化得0 gdzdp化工基础化工基础课件课件 静力学基本方程的推导静力学基本方程的推导 积分上式，得0012122121gzgzppgdzdpppzz) 2 () 1 (gzgzpp21122112zzgpp若将液柱的上端面取在容器内的液面上，设液面上方的压力为pa ，液柱高度为h，则上式可改写为：ghppa2（3 3）上(1)、(2)、(3)三式均称为静力学基本方程静力学

9、基本方程。 静力学基本方程适用于在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体，如液体。而对于气体来说，密度随压力变化，但若气体的压力变化不大，密度近似地取其平均值而视为常数时，上三式仍适用。0 gdzdp化工基础化工基础课件课件讨论：讨论：（1）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压强处处相等。压强相等的面称为等压面。静压强仅与垂直位置有关。（2）压强P的大小与其流体密度有关。（3）压强具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。) 2 () 1 (gzgzpp21122112zzgppghppa2（3 3）化工基础化工基础课件课件讨论：讨论：（4）能量形式中

10、，gz、 分别为单位质量流体所具有的位能和静压能，此式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。因此，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。 p（5）式 可改写为：ghppa2hgppa2 说明压强或压强差可用液柱高度表示，此为前面介绍压强的单位可用液柱高度表示的依据。但需注明液体的种类。) 2 () 1 (gzgzpp21122112zzgppghppa2（3 3）化工基础化工基础课件课件1.4 流体静力学方程的应用流体静力学方程的应用 压强计压强计(1)单管压强计p a R A1 . p1 pa = p1 (表表) = g R (2)

11、U形压强计指示液 pa A 1 h R 2 3 0p1 = pa + 0 gR g h p1（表）（表）= 0gR g h2伯努利实验伯努利实验管道阻力综合实验管道阻力综合实验化工基础化工基础课件课件压差计压差计(1) U形管压差计 2 1 z2 z1 Ra b 0 1 2 p1 + g (z1 + R) = p2 + g z2 + 0 g R p1 - p2 = g (z2 - z1) + ( 0 - ) g R 由 pa = pb，得：讨论讨论：水平管道？：水平管道？ 0 ？ p1 - p2很小很小? 化工基础化工基础课件课件(2) 双液柱压差计（微差压差计） p1 p2 z1 1 z1 R 2 p1 R R 0 倾斜式压差计倾斜式压差计 p2 读数放大 p1 - p2 = ( 2 - 1) g RAAAA化工基础化工基础课件课件 液位液位计计 见教材见教材AB远距离控制远距离控制