化工原理课件

第一章 流体流动

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1 流体流动

流体分类：按状态分为 气体 液体 超临界流体

按压缩性可分为 不可压缩流体

可压缩流体按流变特性分 牛顿型流体 非牛顿型流体

按是否可忽略分子间作用力分为 理想流体

粘性(实际)流体

流体特征：流动性、 无固定形状、 流动时产生内摩擦

本章重点讨论不可压缩牛顿型流体在管内流动 的有关问题。

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1 流体流动

教学内容：流体静力学 管内流体流动的基本方程 管内流体流动现象 管内流体流动的摩擦阻力损失 管路计算 流量的测定

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1.1 流体静力学

流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡规律。流体静力学的主要应用 压强或压强差的测量 液位的测量 液封高度的计算

本节主要讨论流体静力学的基本原理及其应用。

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1.1 流体静力学主要内容：流体的压力 流体的密度与比体积 流体静力学基本方程 流体静力学基本方程式的应用

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1.1.1 流体的压力

定义与单位垂直作用于流体单位面积上的力称为流体的压 强，俗称压力。以p表示，单位为Pa。 注意其他压力单位，熟练进行换算。 在连续静止的流体内部，压强为位置的连续函 数，任一点的压强与作用面垂直，且在各个方向都 有相同的数值。

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1.1.1 流体的压力

压强的基准

以绝对真空为基准— 绝对压强，是流体的真实压强。表压强 = 绝对压强 — 大气压强 真空度 = 大气压强 — 绝对压强

以大气压强为基准

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1.1.1 流体的压力绝对压力、表压及真空度的关系如图所示。A绝对压强 表压强

绝对压强 真空度

大气压线

B

绝对零压线

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1.1.1 流体的压力例1-1 某设备进出口的表压分别为-12kPa和157kPa, 若当地大气压力为101.3kPa,试求此设备进出口的绝 对压力及进出口压力差各为多少？ 解：进口绝对压力 出口绝对压力

p1 101.3 12 89.3kPap2 101.3 157 258.3kPa

进出口压力差 p p2 p1 258.3 89.3 169kPa注意：计算压力差时压力采用相同基准！

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1.1.2 流体的密度与比体积(1) 密度

定义和单位：单位体积流体所具有的质量称为密 度，以ρ表示，单位为kg/m3。 m/V 液体的密度随压力变化不大，常视为不可压缩流 体。理想溶液的密度可由下式估算 n wi 1

m

i 1

i

相对密度：液体密度与4℃水的密度之比值。

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1.1.2 流体的密度与比体积(1) 密度m pM 理想气体的密度： V RT

T0p m p0 M 0 0 0 标准状况下 ，其它状态下 Tp V RT0

混合气体的密度n pMm m i yi或 m ,M m M i yi RT i 1 i 1 n

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1.1.2 流体的密度与比体积(2) 比体积

定义与单位：单位质量流体的体

积称为流体的比 体积(或比容),用υ表示，单位为m3/kg。V 1 m

流体的比体积是密度的倒数。

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1.1.3 流体静力学基本方程方程推导：P0 P1

静止时合力为零p2 A p1 A gA( z1 z2 ) 0

化简得z1

p2 p1 g ( z1 z2 )

(A)

GP2

z2

如上端面取为液面，上方压力为p0, 则对于高度为h的液柱，下端面压力p p0 gh

(B)

(A)式和(B)式均称为流体静力学基本方程式。

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1.1.3 流体静力学基本方程流体静力学方程的物理意义：① 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。 ② 传递定律 当液面上方压力改变时，液体内部各点的压强 也以同样大小变化。 ③ 可用液柱高度表示压强(或压强差)大小。

p p0 h g

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1.1.4 流体静力学基本方程式的应用(1) 压力(差)测量① U形管液柱压差计

p1 p2 A B gR B gZ当Z=0时则有

p1 p2 A B gR

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1.1.4 流体静力学基本方程式的应用(1) 压力(差)测量② 斜管压差计

R R sin α