流体力学与应用

1、流体力学与应用第1页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四流体流动是本课程的基础（1）很多单元操作，例如流体输送、混合、搅拌、非均相物系的分离及两相流等，都涉及流体流动的基本规律。本课程依据流体流动规律来进行管路设计、输送机械的选择和能量(或功率)消耗的计算等 。（2）流体流动与传热、传质乃至反应过程是不可分割的，或者说化工中的传热、传质和反应过程大多是在流动条件下进行的，因此流体流动的内部特征是研究传热和传质过程的重要基础 。（3）流体流动规律和传热、传质的规律有类似性，解决这些过程的方法和手段也是相类似的 。第2页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四本

2、章重点内容流体静力学方程及应用质量衡算和连续性方程能量衡算和柏努利方程流动阻力与能量损失管路计算第3页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四1.1 流体基本性质1.1.1 连续介质假定1.1.2 流体的可压缩性1.1.3 作用在流体上的力1.1.5 压强1.1.4 质量力与密度1.1.6 剪切力与粘度第4页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四 连续介质假定 假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。 工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究 流

3、体。1.1 流体基本性质 流体：液体、气体、固体颗粒悬浮于液体或气体中 第5页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四 流体的可压缩性 不可压缩性流体：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。第6页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四 表面力：通过直接接触而作用于流体表面的力， 其大小与流体的表面积成正比。 压 力：垂直于表面的法向力；剪切力：平行于表面的切向力。压力剪切力1.1.3 作用在流体上的力 质量力: 作用于流体每个质点上的力，其大小与流 体的质量成正比，如重力、离心力等。第7页，共20页，202

4、2年，5月20日，10点55分，星期四 质量力与密度一、密度 单位体积流体的质量。kg/m3 二、单组分密度 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。第8页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四 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： 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。第9页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四三、混合物的密度 混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有 气体混合物中各组分的体积分数。 或混合气体的平均摩尔质量； 气体混合物中各组分的摩尔(体积)

5、分数。 第10页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四 混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有 液体混合物中各组分的质量分数。 四、比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。m3/kg 第11页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四 压强 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强。 一、压强的单位 SI制：N/m2或Pa；或以流体柱高度表示 ：注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的种类， 如600mmHg，10mH2O等。 第12页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四二、 压强的表示方法 绝对压强 以绝对真空为基准测得的真

6、实压强值。 表压或真空度 以大气压为基准测得的相对压强值。标准大气压的换算关系：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O第13页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四表 压 = 绝对压 大气压真空度 = 大气压 绝对压绝对压 绝对压 绝对真空 表压 真空度 大气压 第14页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四一、 牛顿粘性定律 或Fuududy式中：F内摩擦力，N； 剪应力，Pa； 法向速度梯度，1/s； 比例系数，称为流体的粘度，Pas 。 1.1.6 剪切力与粘度第15页，共20页，2022年，5月20日，10点55

7、分，星期四流体与固体的力学特性两个不同点不同之一：固体表面的剪应力剪切变形d;流体内部的剪应力剪切变形速率 dydu+duu不同之二： 静止流体不能承受剪应力（哪怕是非常微小的剪应力）和抵抗剪切变形。固体可以承受很大的剪应力和抵抗剪切变形。第16页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四流体的剪应力与动量传递根据牛顿粘性定律，对一定， 流动的流体内部相邻的速度不同的两流体层间存在相互作用力，即速度快的流体层有着拖动与之相邻的速度慢的流体层向前运动的力，而同时速度慢的流体层有着阻碍与之相邻的速度快的流体层向前运动的力流体内部速度不同的相邻两流体层之间的这种相互作用力就称为流体的内摩擦力或粘性力F，单位面积上的F即为 第17页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体，如水、空气非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体，如 血液、牙膏 二、流体的粘度 1.粘度的物理意义 流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生 单位速度梯度所需的剪应力。第18页，共20页，2022年，5月20日，10点55分，星期四液体 :T 气体 : 一般T 超高压p 粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。2. 粘度的单位SI制：Pas 或 kg/(ms)物理制：cP(厘泊）换算关系1cP10-3 Pas第