西安建筑科技大学：《化工原理》课程电子课件（上册）第一章 流体流动

第一章流体流动 化学工程与工艺研究所 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 1 第一章 流体流动 化学工程与工艺研究所 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 1.1流体静止的基本方程 1.1.1密度p = kg/m3(S制) p=f(p,t) 不可压缩流体:压力改变时其密度随压力改变很小的流体 可压缩流体:压力改变时其密度随压力改变有显著变化的 流体。 液体:p=∫(T)不可压缩流体( Imcompressible Fluid 气体:ρ=∫(T,p)可压缩流体( Compressible fluid) 注:若在输送过程中压力改变不大,气体也可按不可压 2006流体来处理 2 PDF文件使用" pdffactory Pro”试用版本创建 www, fineprint,cn

2009-4-26 2 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 1.1 流体静止的基本方程 1.1.1 密度ρ V m r = kg/m3（SI制） r = f ( p,t) 不可压缩流体：压力改变时其密度随压力改变很小的流体。 可压缩流体：压力改变时其密度随压力改变有显著变化的 流体。 液体：ρ= f ( T ) 不可压缩流体(Imcompressible Fluid) 气体： ρ= f ( T ，p) 可压缩流体（Compressible Fluid） 注：若在输送过程中压力改变不大，气体也可按不可压 缩流体来处理。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 理想气体的密度:标准状态(1atm,0℃)下每kmol 气体的体积为224m3,则其密度为 气体的千摩尔质量 理想气体标准状态下 M ke/kmol 的密度,kg/m 22.4 理想气体T,P下的密 M 度 g m =p0 =0.1203 Po t 或 m nM pM 丿RT 注:以上3式只适用于理想气体 2009-4-26 PDF文件使用" pdffactory Pro”试用版本创建 www, fineprint,cn

2009-4-26 3 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 理想气体的密度：标准状态（1atm，0 ℃ ）下每kmol 气体的体积为22.4 m3，则其密度为 22.4 0 M r = 气体的千摩尔质量 理想气体标准状态下 kg/kmol 的密度，kg/ m3 T Mp T T p p 0.1203 0 0 r = r0 × = 理想气体T，p下的密 度，kg/ m3 RT pM V nM V m 或 r = = = 注：以上3式只适用于理想气体。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 气体混合物: P=1P1+92P2+……+nPn 体积分率,理想气体混合物中其值与摩尔分率κ相等 液体混合物 质量分率 十 十∴ pp p2 比容:单位质量物体的体积UU kg/m 比重:某物质的密度对水(标态下空气)的密度之比d 液体 气体 4°CH2O 标态空气 200记:2常温下水的密度1000kgm3,标态下空气密度1.293kg/m34 PDF文件使用" pdffactory Pro”试用版本创建 www, fineprint,cn

2009-4-26 4 气体混合物： r = j1r1 +j2r2 +L+jn rn 体积分率，理想气体混合物中其值与摩尔分率x相等 液体混合物： n n a a a r r r r = + +L+ 2 2 1 1 1 质量分率 比容：单位质量物体的体积 u r u 1 = kg/ m3 记：常温下水的密度1000kg/m3 ,标态下空气密度1.293 kg/m3 比重：某物质的密度对水（标态下空气）的密度之比d 4 CH2O r o r d液体 = 标态空气 气体 r r d = 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 1.1.2压力 1.2.1压力的单位和定义 流体的压力(p)是流体垂直作用于单位面积上的力 格地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力 压力(小写)P一力(大写) Pa A面积 2009-4-26 PDF文件使用" pdffactory Pro”试用版本创建 www, fineprint,cn

2009-4-26 5 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 1.1.2 压力 1.1.2.1 压力的单位和定义 流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严 格地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。 A P p = 压力（小写） 力（大写） 面积 Pa m N [ ] 2 p = = PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 记:常见的压力单位及它们之间的换算关系 1atm=101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa 10330kgf/m2=1.033kgf/cm2 =10.33mH20 =760mmHg 1at(工程大气压)=1kgf/cm 9.807×104N/m2(Pa) =10mH20 =735.6mmHg 2009-4-26 6 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 6 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 1at（工程大气压）= 1kgf/cm2 =9.807×104 N/m 2(Pa) =10 mH2O =735.6 mmHg 记：常见的压力单位及它们之间的换算关系 1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10330kgf/m2=1.033kgf/cm2 =10.33mH2O =760mmHg PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 1.2.2压力的表示方法(压强的基准) 压强的大小常以两种不同的基准来表示:一是绝对真空, 所测得的压强称为绝对压强;二是大气压强,所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压强为测量基准 (1)被测流体的压力>大气压 压强 表压=绝压一大气压 即Pm=Pab-pa 表压 大气压 真空度 (2)被测流体的压力<大气压 绝压 真空度=大气压一绝压=-表压 绝压 绝对真空 即p、ac= Pa pab=-Pm 图1-8压强的基准和度量 2009-4-26 PDF文件使用" pdffactory Pro”试用版本创建 www, fineprint,cn

2009-4-26 7 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 真空度 压强 表压 大气压 绝对真空 绝压 绝压 图1-8 压强的基准和度量 1.1.2.2 压力的表示方法（压强的基准） 压强的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压强称为绝对压强；二是大气压强，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压强为测量基准。 （1）被测流体的压力 > 大气压 表压 = 绝压－大气压 即 pm = pab－pa （2）被测流体的压力 < 大气压 真空度 = 大气压－绝压= －表压 即 pvac = pa－pab = － pm PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 1.1.3流体的静力平衡 静止流体内部任一点的压力称为该点流体的静压力,其 特点为: (1)在静止流体中,空间各点的静压强的数值不同 但作用于某一点不同方向上的压强在数值上是相等的; (2)若通过该点指定一作用平面,则压力的方向垂直 于此面; (3)在重力场中,同一水平面上各点的流体静压力相 等,但随位置高低而变 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 8 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 1.1.3 流体的静力平衡 静止流体内部任一点的压力称为该点流体的静压力，其 特点为： （1）在静止流体中，空间各点的静压强的数值不同， 但作用于某一点不同方向上的压强在数值上是相等的； （2）若通过该点指定一作用平面，则压力的方向垂直 于此面； （3）在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相 等，但随位置高低而变。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 若p为常数 +gz=常数 (1-4) P2-p1 2 pg 或p2=p1+pg(x1-z2) (1-5) 或 g71+ g72 势能 以上三式都为流体静力学基本方程 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 9 若ρ为常数 + gz = 常数 p r （1-4） 1 2 2 1 z z g p p = - - r 或 p2 = p1 + rg（ z 1 - z 2） （1-5） 以上三式都为流体静力学基本方程。 或 r r 2 2 1 1 p gz p gz + = + 势能 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

声么建是科技大聲 1流体流动—1.1流体静止的基本方程 利用式(1-5)可以得到液体内部任一点的压力,即 p=Po+pg (41-22)=Po+ p 液面处压力 与液面高度差 几点讨论: (1)p0一定,h↑,p↑; (2)p0改变,液面上的压力变化会传递到液体内部; (3)p=0(绝对真空),p=Pg (4)静止、连续的同一种流体(p为常数),处于同一水平 面(即h相等)则p相等,这就是等压面 2009-4-26 PDF文件使用"pdffactoryPro"试用版本创建www.fineprint,cn

2009-4-26 10 1 流体流动—1.1 流体静止的基本方程 几点讨论： （1） p0一定，h↑， p↑； （2） p0改变，液面上的压力变化会传递到液体内部； （3） p0=0（绝对真空）， p = ρgh； （4）静止、连续的同一种流体（ρ为常数），处于同一水平 面（即 h 相等）则 p 相等，这就是等压面。 利用式（1-5）可以得到液体内部任一点的压力，即 p = p0 + rg（z1 - z2）= p0 + rgh 液面处压力 与液面高度差 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn