信阳师范大学：《化工原理》课程PPT教学课件（上）第一章 流体流动

第一章流体流动 1.0概述 1.1流体的物理性质 1.2流体静止的基本方程 1.3流体流动的基本方程 1.4流体流动现象 1.5流动阻力的计算 1.6管路计算 1.7流量测量

第一章 流体流动 1.0 概述 1.1 流体的物理性质 1.2 流体静止的基本方程 1.3 流体流动的基本方程 1.4 流体流动现象 1.5 流动阻力的计算 1.6 管路计算 1.7 流量测量

1.0概述 流体：具有流动性质的物体称为流体。包 括气体和液体。 流体的特性：流动性；无固定形状，随容 器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相 对运动。 流体流动规律在化工生产中的应用： √解决流体的输送问题； √压力、流速、流量的测量； √为强化设备能力提供适宜的条件

1.0 概述 流体：具有流动性质的物体称为流体。包 括气体和液体。 流体的特性：流动性；无固定形状，随容 器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相 对运动。 流体流动规律在化工生产中的应用： ✓解决流体的输送问题； ✓压力、流速、流量的测量； ✓为强化设备能力提供适宜的条件

1.1流体的物理性质 1.1.1连续介质的假定 1.1.1.1连续介质 Am/AV P(x,y. 质量△m 体积△V △V △V 将大量分子构成的集团称为质点，其大小与容器 或管路的尺寸相比微不足道。流体就是由无数个质点 所构成的，质点在流体内部一个紧挨一个，之间无间 隙，所以流体是连续的，叫连续介质

1.1 流体的物理性质 1.1.1 连续介质的假定 1.1.1.1 连续介质 P(x,y,z) 体积ΔV 质量Δm y x z Δm/ΔV ΔV 0 ΔV’ ρ 当包含点P(x,y,z)的微元体积ΔV< ΔV’时，随机进入和跃 出此体积的分子数不能时时平衡，即产生分子数的随机 波动，从而导致了ΔV内的流体的平均密度也随机波动， 此时流动表现出分子的个性。 ΔV≥ ΔV’时，平均密度逐 渐趋于一个确定的极限值，且不随微元体积的增大而改 变。 可见， ΔV’是一特征体积，它表示当几何尺寸很小但包含 足够多分子时的体积。其流体的宏观特性即为其中的分 子统计平均特性，此微元体积中的所有流体分子的集合 称为流体质点。 而流体就是由连续分布的流体质点所组成。 将大量分子构成的集团称为质点，其大小与容器 或管路的尺寸相比微不足道。流体就是由无数个质点 所构成的，质点在流体内部一个紧挨一个，之间无间 隙，所以流体是连续的，叫连续介质

1.1.1.2.流体的物理量 描述流体性质及其运动规律的物理量很多，如密 度、压力、组成、速度、温度等。据连续介质假定， 任何空间点上流体的物理量都是指位于该点上的流体 质点的物理量。如密度： Am △m p=lim → 4→A'V 4→0V 任意空间点上流体质点的物理量在任意时刻都有确定的数 值，即流体的物理量是空间位置和时间的函数，如： p=p(xy,ze);u=u(xyze);t=t(x,y,z e) 密度场 速度场 温度场

1.1.1.2.流体的物理量 任意空间点上流体质点的物理量在任意时刻都有确定的数 值，即流体的物理量是空间位置和时间的函数，如： ρ=ρ(x,y,z,θ)； u=u(x,y,z,θ)；t=t(x,y,z, θ) 密度场 速度场 温度场 V m lim V m lim V V' V' V        →   →0 =  = 很小 描述流体性质及其运动规律的物理量很多，如密 度、压力、组成、速度、温度等。据连续介质假定， 任何空间点上流体的物理量都是指位于该点上的流体 质点的物理量。如密度：

1.1.2流体的密度 定义：单位体积流体所具有的质量称为密度，用p 表示，单位kg/m3。其表达式： V 密度为流体的物性参数，随温度、压力而变化。 1.1.2.1.纯液体的密度 液体的密度一般只随温度而变化，压力的影响可忽 略不计。纯液体的密度可从有关手册中查取

1.1.2 流体的密度 定义：单位体积流体所具有的质量称为密度，用ρ 表示，单位kg/m３ 。其表达式： V m  = 密度为流体的物性参数，随温度、压力而变化。 1.1.2.1. 液体的密度一般只随温度而变化，压力的影响可忽 略不计。纯液体的密度可从有关手册中查取

1.1.2.2.纯气体的密度 气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、温度 不太低的情况下，可按理想气体处理。这样，纯气体的密度计 算公式为： 1.根据查得状态计算 PVP'V.p2 p 上标“”表查的状态 T T 无上标表操作状态 PT 即：p=p' DIT 2.根据标准状态计算 PoVo T To 下标“0”表标准状态 M PTo 无下标表操作状态 即：p= 22.4PT

1.1.2.2.纯气体的密度 气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、温度 不太低的情况下，可按理想气体处理。这样，纯气体的密度计 算公式为： 1.根据查得状态计算 P' T PT' ' T' P' T p T' P'V' T PV ' m m     = =  = 即：  2.根据标准状态计算 PT PT . M T PV T p T PV T PV m 0 0 0 0 0 0 0 0 22 4 = =  =   即：  上标“′”表查的状态 无上标表操作状态 下标“0”表标准状态 无下标表操作状态

3.根据操作状态计算 PV=nRT pm=m RT PM 即：p= RT 1.1.2.3液体混合物的平均密度 对理想溶液，各组分混合前后体积不变，则1kg混合液体的 体积等于各组分单独存在时的体积之和。即混合液体的密度Pm 可按下式计算： 1/pm=Σa/p 式中：a~组分在混合物中的质量分率； P-组分单独存在时密度，kg/m3

3.根据操作状态计算 RT PM RT M m m PV nRT P = =  =   即：  1.1.2.3 液体混合物的平均密度 对理想溶液，各组分混合前后体积不变，则1kg混合液体的 体积等于各组分单独存在时的体积之和。即混合液体的密度ρm 1/ρm=Σai/ρi 式中：ai－组分i在混合物中的质量分率； ρi－组分i单独存在时密度，kg/m3

1.1.2.4气体混合物的平均密度 1.对理想气体，各组分混合前后质量不变 则1混合液体的质量等于各组分单独存在时 的质量之和。即混合气体的密度印m可按下式计 算： Pm=ΣyPi 式中：-组分在混合物中的体积分率（摩尔 分率)； p-组分单独存在时密度，kg/m3

1.1.2.4 气体混合物的平均密度 1.对理想气体，各组分混合前后质量不变， 则1m3混合液体的质量等于各组分单独存在时 的质量之和。即混合气体的密度ρm可按下式计 ρm=Σyiρi 式中：yi－组分i在混合物中的体积分率(摩尔 分率)； ρi－组分i单独存在时密度，kg/m3

2.仿照纯气体密度的计算： 0= Mn PTo 22.4T 式中：Mm-混合物平均分子量，kg/kmol。 Mm=∑My M-组分i的分子量，kg/kmol; -组分的摩尔分率。 3.仿照纯气体密度的计算： PMm Pm= RT

3.仿照纯气体密度的计算： 2.仿照纯气体密度的计算： PT PT . Mm 0 0 22 4  = 式中：Mm－混合物平均分子量，kg/kmol。 Mm=∑Miyi Mi－组分i的分子量，kg/kmol； yi－组分i的摩尔分率。 RT PMm  m =

1.1.3流体的可压缩性、可压缩流体、不可压缩流体 1.1.3.1流体的可压缩性 定义：当作用于流体上的外力发生变化时，流体 的体积随之变化的特性。用压缩系数β表示： 1 du B=- v dp 式中：U-流体的比容，m3/kg B→流体愈容易被压缩

1.1.3 流体的可压缩性、可压缩流体、不可压缩流体 1.1.3.1 流体的可压缩性 定义：当作用于流体上的外力发生变化时，流体 的体积随之变化的特性。用压缩系数β表示： 式中：υ－流体的比容，m3/kg β↑→流体愈容易被压缩 dp d   1 = −