化工原理课件

第一章流体流动FluidFlow概述流体流动所涉及基本物理量流体静力学基本方程及其应用青岛科技大学本科生课程1第一章流体流动第一章流体流动概述流体流动所涉及基本物理量流体静力学基概述流体特征：Natureoffluids流动性：抗剪、抗张的能力很小无固定形状在外力作用下，内部发生相对运动青岛科技大学本科生课程2第一章流体流动概述流体特征：流动性：抗剪、抗张的能力很小一.应用（研究流体流动基本原理的应用）流体输送计算能量，选择输送机械压力、温度、流量的测定青岛科技大学本科生课程3第一章流体流动一.应用（研究流体流动基本原理的应用）流体输送二.本章讨论的前提——连续性假设视流体为由无数质点（分子集团）所组成的连续介质。流体微团（或流体质点）的特点：宏观上足够小以致于可将其看成一个几何上没有维度的点；相对微观分子足够大表现出大量分子的统计学性质；青岛科技大学本科生课程4第一章流体流动二.本章讨论的前提——连续性假设视流体为由无第一节流体静力学基本方程1．密度(Density):单位质量流体所具有的质量

用表示，属于物性一．流体静力学所涉及主要物理量（密度、比容、比重、重度）SI:【kg/m3】

同一种流体：青岛科技大学本科生课程5第一章流体流动第一节流体静力学基本方程1．密度(Density):1、液体的密度压力影响较小，可视为不可压缩性流体

获取

的方法：纯组分：查物性数据手册混合液体：公式计算

以单位质量流体（1kg）为基准：混合前后体积不变：

其中：为组分i的质量分数

青岛科技大学本科生课程6第一章流体流动1、液体的密度压力影响较小，可视为不可压缩性流体例1：计算293K时60％（质量分数）的醋酸水溶液的密度。解：查取293K时，998kg/m3，1049kg/m3

故293K时醋酸水溶液的密度为：

青岛科技大学本科生课程7第一章流体流动例1：计算293K时60％（质量分数）的醋酸水溶液的密度。解2、气体的密度可压缩性流体：计算气体密度时，注意：必须表明气体的状态存在标准状况下及操作条件下的密度之间的转换在压强不太高（10atm），温度不太低时，按理想气体处理

青岛科技大学本科生课程8第一章流体流动2、气体的密度可压缩性流体：计算气体密度时，注意：（a）理想气体的求取

由理想气体状态方程：

青岛科技大学本科生课程9第一章流体流动（a）理想气体的求取由理想气体状态方程：（b）理想气体混合物的求取以单位体积混合气为基准：

－各组分的体积分数前提是：混合前后气体的质量相等

另外：青岛科技大学本科生课程10第一章流体流动（b）理想气体混合物的求取以单位体积混合气为基准：例2在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含25％HCl；75％空气，均为体积百分数），在50oC及743mmHg(绝压)的条件下进入吸收塔，试计算气体混合物的密度。解：已知MHCl=36.5M空气＝29，yHCl=0.25，yair=0.75T=273+50=323K,P=743mmHgMm=30.8751.14kg/m3青岛科技大学本科生课程11第一章流体流动例2在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含25％解：已2、比容（）

定义：单位质量流体的体积【m3/kg】3、比重（d）定义：相对密度:4oC时水的密度，1000[kg/m3]4、重度（）定义：单位体积流体的重量【kgf/m3】青岛科技大学本科生课程12第一章流体流动2、比容（）定义：单位质量流体的体积二、压强(pressure)1、定义：单位面积上受到的垂直作用力2、表达式：

SI:

青岛科技大学本科生课程13第一章流体流动二、压强(pressure)1、定义：单位面积上受到的垂直作3、绝对压强、表压、真空度绝对压强：以绝对零压为起点计算的压强，流体的真实压强表压：当被测流体的绝对压强大于外界大气压时，用测压表测得的压强表压强＝绝对压强－当地大气压强真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，用真空表（计，规）测得的压强真空度＝当地大气压强－绝对压强

青岛科技大学本科生课程14第一章流体流动3、绝对压强、表压、真空度绝对压强：以绝对零压为注：大气压必须指当时、当地的大气压真空度称为负压＝－表压以后应用中必须指明P的性质（P表、P真、P绝）青岛科技大学本科生课程15第一章流体流动注：大气压必须指当时、当地的大气压真空度称为负压dzz二、流体静力学基本方程(HydrostaticEquilibrium)1、方程的推导静止流体内部取厚度为dz的微元根据静止状态下受力平衡原理：

对流体微元Adz进行受力分析（向下方向为正）：下底面总压力:-pApp+dp上底面总压力:(p＋dp)A自身重力：

z1z2p1p2

不可压缩流体：＝常数

给定边界条件：

青岛科技大学本科生课程16第一章流体流动dzz二、流体静力学基本方程(HydrostaticEqu流体静力学基本方程：【J/kg】

【Pa】【m液柱】青岛科技大学本科生课程17第一章流体流动流体静力学基本方程：【J/kg】【Pa】【说明：1重力场中，流体必须是静止的、连续的、同一种流体，且＝常数2由式可知，流体中任一点的压强大小与液面压强、本身密度及深度h有关，故流体中同一水平面上各点的压强相等，称为等压面。3由式知，压强或压差可用液柱高度表示，但必须注明何种液体。4容器中气体密度变化不大，可近似认为常数，故以上公式也适用于气体。青岛科技大学本科生课程18第一章流体流动说明：1重力场中，流体必须是静止的、连续的、同一种流体，21.2.3流体静力学基本方程的应用ApplicationsofFluidStatics单管压力计U型管压力计1、压力计(Manometers)青岛科技大学本科生课程19第一章流体流动1.2.3流体静力学基本方程的应用单管压力计1、压力计(1.2.3流体静力学基本方程的应用2．压差计(1)U形压差计若被测管段水平放置青岛科技大学本科生课程20第一章流体流动1.2.3流体静力学基本方程的应用2．压差计(1)U形压(2)双液柱压差计1略小于2读数放大青岛科技大学本科生课程21第一章流体流动(2)双液柱压差计1略小于2读数放大青岛科技大学本科生课1.2.3流体静力学基本方程的应用液位的测量液封高度的计算青岛科技大学本科生课程22第一章流体流动1.2.3流体静力学基本方程的应用液位的测量液封高度的计下节课内容P14，15P17-20预习作业P701-4青岛科技大学本科生课程23第一章流体流动下节课内容P14，15SEEYOUNEXTWEEK青岛科技大学本科生课程24第一章流体流动SEEYOUNEXTWEEK青岛科技大学本科生课程24第一章流体流动FluidFlow概述流体流动所涉及基本物理量流体静力学基本方程及其应用青岛科技大学本科生课程25第一章流体流动第一章流体流动概述流体流动所涉及基本物理量流体静力学基概述流体特征：Natureoffluids流动性：抗剪、抗张的能力很小无固定形状在外力作用下，内部发生相对运动青岛科技大学本科生课程26第一章流体流动概述流体特征：流动性：抗剪、抗张的能力很小一.应用（研究流体流动基本原理的应用）流体输送计算能量，选择输送机械压力、温度、流量的测定青岛科技大学本科生课程27第一章流体流动一.应用（研究流体流动基本原理的应用）流体输送二.本章讨论的前提——连续性假设视流体为由无数质点（分子集团）所组成的连续介质。流体微团（或流体质点）的特点：宏观上足够小以致于可将其看成一个几何上没有维度的点；相对微观分子足够大表现出大量分子的统计学性质；青岛科技大学本科生课程28第一章流体流动二.本章讨论的前提——连续性假设视流体为由无第一节流体静力学基本方程1．密度(Density):单位质量流体所具有的质量

用表示，属于物性一．流体静力学所涉及主要物理量（密度、比容、比重、重度）SI:【kg/m3】

同一种流体：青岛科技大学本科生课程29第一章流体流动第一节流体静力学基本方程1．密度(Density):1、液体的密度压力影响较小，可视为不可压缩性流体

获取

的方法：纯组分：查物性数据手册混合液体：公式计算

以单位质量流体（1kg）为基准：混合前后体积不变：

其中：为组分i的质量分数

青岛科技大学本科生课程30第一章流体流动1、液体的密度压力影响较小，可视为不可压缩性流体例1：计算293K时60％（质量分数）的醋酸水溶液的密度。解：查取293K时，998kg/m3，1049kg/m3

故293K时醋酸水溶液的密度为：

青岛科技大学本科生课程31第一章流体流动例1：计算293K时60％（质量分数）的醋酸水溶液的密度。解2、气体的密度可压缩性流体：计算气体密度时，注意：必须表明气体的状态存在标准状况下及操作条件下的密度之间的转换在压强不太高（10atm），温度不太低时，按理想气体处理

青岛科技大学本科生课程32第一章流体流动2、气体的密度可压缩性流体：计算气体密度时，注意：（a）理想气体的求取

由理想气体状态方程：

青岛科技大学本科生课程33第一章流体流动（a）理想气体的求取由理想气体状态方程：（b）理想气体混合物的求取以单位体积混合气为基准：

－各组分的体积分数前提是：混合前后气体的质量相等

另外：青岛科技大学本科生课程34第一章流体流动（b）理想气体混合物的求取以单位体积混合气为基准：例2在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含25％HCl；75％空气，均为体积百分数），在50oC及743mmHg(绝压)的条件下进入吸收塔，试计算气体混合物的密度。解：已知MHCl=36.5M空气＝29，yHCl=0.25，yair=0.75T=273+50=323K,P=743mmHgMm=30.8751.14kg/m3青岛科技大学本科生课程35第一章流体流动例2在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含25％解：已2、比容（）

定义：单位质量流体的体积【m3/kg】3、比重（d）定义：相对密度:4oC时水的密度，1000[kg/m3]4、重度（）定义：单位体积流体的重量【kgf/m3】青岛科技大学本科生课程36第一章流体流动2、比容（）定义：单位质量流体的体积二、压强(pressure)1、定义：单位面积上受到的垂直作用力2、表达式：

SI:

青岛科技大学本科生课程37第一章流体流动二、压强(pressure)1、定义：单位面积上受到的垂直作3、绝对压强、表压、真空度绝对压强：以绝对零压为起点计算的压强，流体的真实压强表压：当被测流体的绝对压强大于外界大气压时，用测压表测得的压强表压强＝绝对压强－当地大气压强真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，用真空表（计，规）测得的压强真空度＝当地大气压强－绝对压强

青岛科技大学本科生课程38第一章流体流动3、绝对压强、表压、真空度绝对压强：以绝对零压为注：大气压必须指当时、当地的大气压真空度称为负压＝－表压以后应用中必须指明P的性质（P表、P真、P绝）青岛科技大学本科生课程39第一章流体流动注：大气压必须指当时、当地的大气压真空度称为负压dzz二、流体静力学基本方程(HydrostaticEquilibrium)1、方程的推导静止流体内部取厚度为dz的微元根据静止状态下受力平衡原理：

对流体微元Adz进行受力分析（向下方向为正）：下底面总压力:-pApp+dp上底面总压力:(p＋dp)A自身重力：

z1z2p1p2

不可压缩流体：＝常数

给定边界条件：

青岛科技大学本科生课程40第一章流体流动dzz二、流体静力学基本方程(HydrostaticEqu流体静力学基本方程：【J/kg】

【Pa】【m液柱】青岛科技大学本科生课程41第一章流体流动流体静力学基本方程：【J/kg】【Pa】【说明：1重力场中，流体必须是静止的、连续的、同一种流体，且＝常数2由式可知，流体中任一点的压强大小与液面压强、本身密度及深度