《食品工程原理》课程教学课件讲稿（B）第一章 流体力学及输送

第一章流体流动及输送1基础知识与概念；2牛顿流体及其粘度；3稳定流动体系的柏努力方程，连续性方程；4管中流动（管内流动的阻力和流速分布）；5柏努力方程的应用；6管路计算；7流量测量；8泵（泵的类型与性能，泵的工作点与安装高度）。重点掌握牛顿定律，连续性方程以及柏努力方程及其应用

第一章 流体流动及输送 1 基础知识与概念； 2 牛顿流体及其粘度； 3 稳定流动体系的柏努力方程，连续性方程； 4 管中流动（管内流动的阻力和流速分布） ； 5 柏努力方程的应用；6 管路计算；7 流量测量； 8 泵（泵的类型与性能，泵的工作点与安装高度 ） 。 重点掌握牛顿定律，连续性方程以及柏努力方 程及其应用

1基础知识与概念1.1单位制基本单位：任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，一般先选择几个独立的物理量，根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。导出单位：其他物理量的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。SI的7个基本单位

1 基础知识与概念 1.1单位制 • 基本单位：任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表 达的，一般先选择几个独立的物理量，根据使用方便的原 则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理 量，其单位称为基本单位。 • 导出单位：其他物理量的单位则根据其本身的物理意义， 由有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。 • SI的7个基本单位

基本单位（SI的7个基本单位）Measurableattribute of phenomenaNameSymbolormatterLength（长度）Meter（米）MMass（质量）Kilogram（公斤）KgSecond（秒）STime（时间）Ampere（安培）AElectriccurrent（电流强度）Kelvin（开尔文）KThermodynamictemperature（热力学温度）Mole（摩尔）MolAmount of substance（物质的量）CdLuminous intensityCandela（发光强度）（坎德拉）

基本单位（SI的7个基本单位） Measurable attribute of phenomena or matter Name Symbol Length（长度） Meter （米） M Mass（质量） Kilogram（公斤） Kg Time（时间） Second（秒） S Electric current（电流强度） Ampere（安培） A Thermodynamic temperature（热力 学温度） Kelvin（开尔文） K Amount of substance （物质的量） Mole（摩尔） Mol Luminous intensity （发光强度） Candela （坎德拉） Cd

1.1单位制物理量的单位换算：同一物理量，若单位不同其数值不同列出换算因子，将换算因子与各基本量相乘或相除。例如重力加速度在物理单位制（cgs）与法定单位制（mks）间的换算因子为981cm/ s2= 100cm / m9.81m/ s2因此单位换算因子都是两个相等量之比，包括单位在内的任何换算因学在本质上都复纯数1。在荷物理量乘以或除以单检换算因子，都不会改变原量的大小。·经验公式（或数字公式）的换算：注意：将方程两边同时进行单位换算。1.2量纲分析（不详细介绍）

1.1单位制 • 物理量的单位换算： • 同一物理量，若单位不同其数值不同。 • 列出换算因子，将换算因子与各基本量相乘或相除。 • 例如重力加速度在物理单位制（cgs）与法定单位制（mks） 间的换算因子为 • 因此单位换算因子都是两个相等量之比，包括单位在内的任何 换算因子在本质上都是纯数1。任何物理量乘以或除以单位换 算因子，都不会改变原量的大小。 • 经验公式（或数字公式）的换算： – 注意：将方程两边同时进行单位换算。 1.2 量纲分析（不详细介绍） mcm m s scm /100 /81.9 /981 2 2 =

1.3流体的压缩性和膨胀性1.3.1流体的体积压缩系数压缩性：在温度等于常数下，压力变化可引起体积变化的性质；βp=-(%D一体积压缩系数：(m2/N)物理意义：当温度不变时，每增加单位压强流体体积的相对变化率。一对于理想气体，状态方程为：PV=nRT代入上式一得体积压缩系数β,为：β。=1/P一β与P成反比，即高压下难于压缩；低压下易于压缩

1.3 流体的压缩性和膨胀性 1.3.1 流体的体积压缩系数 • 压缩性：在温度等于常数下，压力变化可引起体积变化的性质； – 体积压缩系数： (m2/N) – 物理意义：当温度不变时，每增加单位压强流体体积的相对 变化率。 – 对于理想气体，状态方程为：PV=nRT代入上式 – 得体积压缩系数βp为：βp=1/P – βP与P成反比，即高压下难于压缩；低压下易于压缩。 P T P V V )( 1 ∂∂ β −=

1.3流体的压缩性和膨胀性1.3.2流体的体积膨胀系数膨胀性：压力等于常数下，温度变化可引起体积变化的性质。一体积膨胀系数：(1/K)物理意义：当压强不变时，每增加单位温度所引起的流体体积的相对变化率。对于理想气体，有：β=1/Tβ-与T成反比，即高温下难于膨胀：低温下易于膨胀。1.3.3不可压缩流体的概念：一规定体积压缩系数和体积膨胀系数完全为零的流体称为不可压缩流体。其密度和比体积均为常数。但在通常情况下，液体以及低速运动的气体可看作不可压缩流体

1.3 流体的压缩性和膨胀性 1.3.2 流体的体积膨胀系数 • 膨胀性：压力等于常数下，温度变化可引起体积变化的性 质。 – 体积膨胀系数： • (1/K) • 物理意义：当压强不变时，每增加单位温度所引起的流 体体积的相对变化率。 • 对于理想气体，有：βT=1/T • βT与T成反比，即高温下难于膨胀；低温下易于膨胀。 1.3.3不可压缩流体的概念: – 规定体积压缩系数和体积膨胀系数完全为零的流体称 为不可压缩流体。其密度和比体积均为常数。但在通 常情况下，液体以及低速运动的气体可看作不可压缩 流体。 T P) TV ( V ∂∂ =β 1

1.3.4流体的密度密度：单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。dm△mp = limAVdV·比容：m3/ kg·相对密度：流体密度与纯水在4℃时的密度之比

1.3.4 流体的密度 • 密度：单位体积流体所具有的质量称为流体的密 度。 • 比容： m3/ kg • 相对密度：流体密度与纯水在4℃时的密度之比。 dV dm V m lim = Δ Δ =ρ

1.3.5流体的压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压强。1、压强的特性流体压强与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压强，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压强在数值上均相同。2、压强的单位帕斯卡，Pa,N/m2（法定单位）;标准大气压，atm；某流体在柱高度；bar（巴）或kgf/cm2等

1.3.5 流体的压强 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强， 习惯上又称为压强。 1、压强的特性 流体压强与作用面垂直，并指向该作用面； 任意界面两侧所受压强，大小相等、方向相反； 作用于任意点不同方向上的压强在数值上均相同。 2、压强的单位 ™ 帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位); ™ 标准大气压, atm; ™ 某流体在柱高度; ™ bar（巴）或kgf/cm2等

换算关系：1标准大气压（atm）=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2(bar，巴）=10.33mH,0=760mmHg注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH0等

1标准大气压(atm)=101300Pa =10330kgf/m2 =1.033kgf/cm2(bar, 巴) =10.33mH2O =760mmHg 换算关系： 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

3、压强的表示方法口绝对压强（absolutepressure）：以绝对真空（即零大气压）为基准。口表压强（gaugepressure)：以当地大气压为基准。它与绝对压强的关系，可用下式表示（压强表）：表压强=绝对压强一大气压强口真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压强小于大气压时，其低于大气压的数值（真空表），即：真空度大气压强一绝对压强注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说明时均可按标准大气压计算。表压强二一真空度

3、 压强的表示方法 ‡绝对压强（absolute pressure） ：以绝对真空(即零大气压) 为基准。 ‡表压强(gauge pressure)：以当地大气压为基准。它与绝对压 强的关系，可用下式表示（压强表）： 表压强＝绝对压强－大气压强 ‡真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压强小于大气压 时，其低于大气压的数值（真空表），即： 真空度＝大气压强－绝对压强 注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说 明时均可按标准大气压计算。 表压强＝－真空度