西北农林科技大学：《葡萄酒工程学》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 流体流动

第二章 流体流动 概述 气体和液体统称为流体。在葡萄酒生产中处 理的物料主要是液体。生产需要将这些流体按 照生产程序从一个设备输送到另一个设备。生 产中的传热、传质过程大都在流动下进行。流 体流动状态对单元操作有很大影响

第二章 流体流动 概述 气体和液体统称为流体。在葡萄酒生产中处 理的物料主要是液体。生产需要将这些流体按 照生产程序从一个设备输送到另一个设备。生 产中的传热、传质过程大都在流动下进行。流 体流动状态对单元操作有很大影响

❖ 流体流动是连续的。 ❖ 流体作为一个整体运动的同时，内部有相对 运动。 ❖ 流体内部无数质点运动的总和形成流体流动。 ❖ 流体有不可压缩流体和可压缩流体。 ❖ 不可压缩流体的体积（密度）不随压力及温 度变化 ❖ 可压缩流体的体积（密度）随压力及温度变 化

❖ 流体流动是连续的。 ❖ 流体作为一个整体运动的同时，内部有相对 运动。 ❖ 流体内部无数质点运动的总和形成流体流动。 ❖ 流体有不可压缩流体和可压缩流体。 ❖ 不可压缩流体的体积（密度）不随压力及温 度变化 ❖ 可压缩流体的体积（密度）随压力及温度变 化

§1 流体静力学基本方程式 流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡 规律，研究流体在外力作用下处于静止或相对静 止的规律。 流体静力学的基本原理在生产中有着广泛的 应用，如压力、液面的测量等。本节主要讨论流 体静力学的基本原理及其应用

§1 流体静力学基本方程式 流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡 规律，研究流体在外力作用下处于静止或相对静 止的规律。 流体静力学的基本原理在生产中有着广泛的 应用，如压力、液面的测量等。本节主要讨论流 体静力学的基本原理及其应用

一、流体的压力 流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的压强。作 用于整个面上的力称为总压力。在静止流体中，从各 方向作用于某一点的压力大小均相等。 ❖ 压力单位是N/m2 ，以Pa表示。压力有不同的单位：标 准大气压atm、流体的液柱高度m、巴bar或kgf/cm2等。 换算关系为： ❖ 1(atm)=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2=10.33m H2 O=760mmHg ❖ 压力可有不同的计量基准，如以绝对真空(即零大气压) 为基准，称为绝对压力（absolute pressure）。如以 当地大气压为基准，则称为表压(gauge pressure)。 它与绝对压力的关系，可用下式表示 表压＝绝对压力－大气压力

一、流体的压力 流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的压强。作 用于整个面上的力称为总压力。在静止流体中，从各 方向作用于某一点的压力大小均相等。 ❖ 压力单位是N/m2 ，以Pa表示。压力有不同的单位：标 准大气压atm、流体的液柱高度m、巴bar或kgf/cm2等。 换算关系为： ❖ 1(atm)=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2=10.33m H2 O=760mmHg ❖ 压力可有不同的计量基准，如以绝对真空(即零大气压) 为基准，称为绝对压力（absolute pressure）。如以 当地大气压为基准，则称为表压(gauge pressure)。 它与绝对压力的关系，可用下式表示 表压＝绝对压力－大气压力

❖ 当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压的数值 称为真空度（vacuum） 真空度＝大气压力－绝对压力 ❖ 此处的大气压力均应指当地大气压。 ❖ 绝对压力、表压和真空度的关系如图。 ❖ 例：某离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及 1.7kgf/cm2(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的 绝对压力各为多少Pa。 ❖ 解：泵进口绝对压力 ❖ P1=760-220=540mmHg ❖ =7.2× 10000Pa ❖ 泵出口绝对压力 ❖ P2=1.7+1.033 ❖ =2.733kgf/cm2 ❖ =2.68×100000Pa

❖ 当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压的数值 称为真空度（vacuum） 真空度＝大气压力－绝对压力 ❖ 此处的大气压力均应指当地大气压。 ❖ 绝对压力、表压和真空度的关系如图。 ❖ 例：某离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及 1.7kgf/cm2(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的 绝对压力各为多少Pa。 ❖ 解：泵进口绝对压力 ❖ P1=760-220=540mmHg ❖ =7.2× 10000Pa ❖ 泵出口绝对压力 ❖ P2=1.7+1.033 ❖ =2.733kgf/cm2 ❖ =2.68×100000Pa

二、流体的密度与比容 ❖ （一）密度 ❖ 1．单位体积流体的质量称为密度。Kg/m3（SI）；ρ=m/v ❖ 2．对任何一种流体，其密度随其所具有的压力和温度而变 化, ρ=f(P.T) ❖ 3．理想气体的密度： ❖ ①标准状态下 ( 1atm， oc )，22.4 m 3/kmol ❖ ② 理想气体定律 PV = m/M·RT; ρ= m/v = PM/RT, ρ=ρo·To P/TPo ❖ ③混合物平均分子量Mm = M1 y1 +M2 y2 +. ❖ M1、M2：气体混合物各组分的分子量 ❖ y1、y2 . 气体混合物各组分的摩尔分率。 ❖ ④若用 ф 表示混合气体的体积分率，气体平均密度： ❖ ρm =ρ1φ1 +ρ2φ2 +

二、流体的密度与比容 ❖ （一）密度 ❖ 1．单位体积流体的质量称为密度。Kg/m3（SI）；ρ=m/v ❖ 2．对任何一种流体，其密度随其所具有的压力和温度而变 化, ρ=f(P.T) ❖ 3．理想气体的密度： ❖ ①标准状态下 ( 1atm， oc )，22.4 m 3/kmol ❖ ② 理想气体定律 PV = m/M·RT; ρ= m/v = PM/RT, ρ=ρo·To P/TPo ❖ ③混合物平均分子量Mm = M1 y1 +M2 y2 +. ❖ M1、M2：气体混合物各组分的分子量 ❖ y1、y2 . 气体混合物各组分的摩尔分率。 ❖ ④若用 ф 表示混合气体的体积分率，气体平均密度： ❖ ρm =ρ1φ1 +ρ2φ2 +

单位质量流体的体积称为流体的比容v，单位为m3/kg， ❖ 流体的比容是密度的倒数。 （二）比容

单位质量流体的体积称为流体的比容v，单位为m3/kg， ❖ 流体的比容是密度的倒数。 （二）比容

二、流体静力学基本方程式 ❖ 从静止液体中任意划出一垂直液柱，其横截面积为A，液体密度为ρ，若 以容器器底为基准水平面，则液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离 分别为Z1和Z2，以p1与p2分别表示高度为Z1及Z2处的压力。在垂直方向上作 用于液柱的力有： ❖ 1. 下底面所受之向上总压力为p2 A； ❖ 2. 上底面所受之向下总压力为p1 A； ❖ 3. 整个液柱之 G＝ρgA(Z1 -Z2 )。 ❖ 在静止液体中，上述三力之合力应为零，即 p2 A－p1 A－ρgA(Z1 -Z2 )＝0 ❖ 在静止液体中，上述三力之合力应为零，即 p2 A－p1 A－ρgA(Z1 -Z2 )＝0 ❖ 式中向上的力为正，向下的力为负，化简得 ❖ p2 ＝p1＋ρg(Z1 -Z2 ) 如将液柱的上底面取在液面上，设液面上方的压力为 p0，液柱Z1 -Z2 ＝h，则 p2 ＝p0＋ρgh ❖ 上各式称为静力学基本方程式

二、流体静力学基本方程式 ❖ 从静止液体中任意划出一垂直液柱，其横截面积为A，液体密度为ρ，若 以容器器底为基准水平面，则液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离 分别为Z1和Z2，以p1与p2分别表示高度为Z1及Z2处的压力。在垂直方向上作 用于液柱的力有： ❖ 1. 下底面所受之向上总压力为p2 A； ❖ 2. 上底面所受之向下总压力为p1 A； ❖ 3. 整个液柱之 G＝ρgA(Z1 -Z2 )。 ❖ 在静止液体中，上述三力之合力应为零，即 p2 A－p1 A－ρgA(Z1 -Z2 )＝0 ❖ 在静止液体中，上述三力之合力应为零，即 p2 A－p1 A－ρgA(Z1 -Z2 )＝0 ❖ 式中向上的力为正，向下的力为负，化简得 ❖ p2 ＝p1＋ρg(Z1 -Z2 ) 如将液柱的上底面取在液面上，设液面上方的压力为 p0，液柱Z1 -Z2 ＝h，则 p2 ＝p0＋ρgh ❖ 上各式称为静力学基本方程式

三、流体静力学基本方程式的应用 ❖ 一、压力测量 ❖ 1、U形管液位压差计 ❖ 2、斜管压差计 ❖ 3、微差压差计 ❖ 二、液面测定 ❖ 三、确定液封高度 ❖ 生产中为了控制设备内气体压力不超过规定的数值， 常装有图示的安全液封（或称为水封）装置。其作用是 当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以 确保设备操作的安全。若设备要求压力不超过P1（表 压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深 度h为

三、流体静力学基本方程式的应用 ❖ 一、压力测量 ❖ 1、U形管液位压差计 ❖ 2、斜管压差计 ❖ 3、微差压差计 ❖ 二、液面测定 ❖ 三、确定液封高度 ❖ 生产中为了控制设备内气体压力不超过规定的数值， 常装有图示的安全液封（或称为水封）装置。其作用是 当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以 确保设备操作的安全。若设备要求压力不超过P1（表 压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深 度h为

❖一、流量与流速 ❖ （一）流量 ❖ 1.体积流量 ❖ 单位时间内流体流经管道任一截面的体积称体积流量 V（volumetric flow rate），单位为m 3/s。 ❖ 2.质量流量 ❖ 单位时间内流体流经管道任一截面的质量称质量流量 (mass flow rate)，以G表示，其单位为kg/s。体积 流量与质量流量之间的关系为 G=ρV §2 流体流动

❖一、流量与流速 ❖ （一）流量 ❖ 1.体积流量 ❖ 单位时间内流体流经管道任一截面的体积称体积流量 V（volumetric flow rate），单位为m 3/s。 ❖ 2.质量流量 ❖ 单位时间内流体流经管道任一截面的质量称质量流量 (mass flow rate)，以G表示，其单位为kg/s。体积 流量与质量流量之间的关系为 G=ρV §2 流体流动