化工原理 流体流动(一).ppt

1、化 工 原 理,Principles of Chemical Engineering,第一章 流体流动,-内容提要-,流体的定义,流体的概念,气体和液体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；,流体的分类和特性,流体的受力情况,流动性; 无固定形状,易变形; 流体流动内部结构复杂(内摩擦),流体的特征,质量力 表面力 (压力+切力),流体的分类和特性,第一节 流体在管内的流动,一、基本概念 (一)流

2、体的密度 定义单位体积的流体所具有的质量，; SI单位kg/m3。,影响的主要因素,液体：,不可压缩性流体,气体：,可压缩性流体,1.气体密度的计算,理想气体在标况下的密度为：,例如：标况下的空气，,操作条件下（T, P）下的密度：,一、基本概念,2.混合物的密度 1）液体混合物的密度m 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:,假设混合后总体积不变，,一、基本概念,液体混合物密度计算式,2)气体混合物的密度 取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为: xv1,xv2,xVn, 其中:,i =1, 2, ., n,一、基本概念,混合物中各组分的质量为：,当V总=1m3时，,若混

3、合前后,气体的质量不变，,当V总=1m3时,气体混合物密度计算式,当混合物气体可视为理想气体时,理想气体混合物密度计算式,一、基本概念,3.与密度相关的几个物理量 1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用 表示，单位为m3/kg。,2）比重(相对密度)：某物质的密度与4下的水的密度的比值, 用 d 表示。（参见附录4）,一、基本概念,（二）流体的静压强 流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强。,SI制单位：N/m2，即Pa。,其它常用单位有：,atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。,一、基本概念,2、压强的表示方法,1）

4、绝对压强（绝压）,流体体系的真实压强,2）表压强（表压）,压力上读取的压强值称为表压,3）真空度,真空表的读数,一、基本概念,绝压/表压/真空度的定义及关系,表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强,流量 单位时间内流过管道任一截面的流体量。 若流量用体积来计量，称为体积流量VS ；单位为：m3/s。 若流量用质量来计量，称为质量流量WS ；单 位为：kg/s。 体积流量和质量流量的关系是：,（三）流量与流速,一、基本概念,流速 单位时间内流体在流动方向上流过的距离,称 为流速u。,单位为：m/s。数学表达式为：,质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量用G表示，单位为

5、kg/(m2.s)。,一、基本概念,1.静力学方程表达式,图1-2静止液体内压力的分布,Pa,J/kg,二、流体静力学基本方程,() 总势能守恒 重力场中在同一种静止流体中不同高度上的微元其静压能和位能各不相同，但其总势能保持不变。 () 等压面 在静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平面上各点的静压强相等。静压强仅与垂直高度有关，与水平位置无关）。要正确确定等压面。,二、流体静力学基本方程,()由于气体的密度很小，故在高度差不大的容器中，可近似认为容器中静止气体内部各点的压强均相等。,二、流体静力学基本方程,等压面实例,二、流体静力学基本方程,三、静力学基本方程式的应用,本节介绍它在测量液

6、体的压力和确定液封高度等方面的应用。 1、压强与压强差的测量,1）普通 U 型管压差计 2）倒 U 型管压差计 3）倾斜 U 型管压差计 4）微差压差计,1）U型管压差计,根据流体静力学方程,三、静力学基本方程式的应用,当管子平放时：,两点间压差计算公式,当被测的流体为气体时，,可忽略,则,三、静力学基本方程式的应用,2）倾斜U型管压差计 假设垂直方向上的高 度为Rm，读数为R1，与 水平倾斜角度,三、静力学基本方程式的应用,微差压差计两点间压差计算公式,U型管的两侧管的顶端增设两个小扩大室,其内径与U型管的内径之比10，装入两种密度接近且互不相溶的指示液A和C，且指示液C与被测流体B亦不互溶

7、。,根据流体静力学方程可以导出：,3) 微差压差计,三、静力学基本方程式的应用,U 型管内位于同一水平面上的 a、b 两点在相连通的同一静止流体内，两点处静压强相等。,若 0,4) 倒置 U 型管压差计,三、静力学基本方程式的应用,2、液位的测定,液位计的原理遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的 一种应用。 液柱压差计测量液位的方法：,三、静力学基本方程式的应用,由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。 当R0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。,三、静力学基本方程式的应用,如图所示:密闭室内装有测定室内气压的U型压差计和监测水位高度的压强表。指示剂为水银的U型压差计读数 R 为 40mm，压强表读数 p 为 32.5 kPa 。 试求：水位高度 h。,【例1】,解：根据流体静力学基本原理，若室外大气压为 pa，则室内气压 po 为,【例1】,开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.8m, 密度,，水层高度h2=0.6m，,1）判断下列两关系是否 成立 PAPA，PBPB。 2）计算玻璃管内水的高 度h。,密度为,【例2】,解:（1）判断题给两关系是否成立 A，A在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上,因B，B虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液体，