《化工原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 流体流动

第一章流体流动 流体流动规律是本门课程的重要基础,主要原因 有以下三个方面 (1)流动阻力及流量计算 (2)流动对传热、传质及化学反应的影响 (3)流体的混合效果

第一章 流体流动 流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因 有以下三个方面： （1）流动阻力及流量计算 （2）流动对传热、传质及化学反应的影响 （3）流体的混合效果

1.1概述 1.1.1流体流动的考察方法 1.1.2流体流动中的作用力 ■1.1.3流体流动中的机械能

1.1概述 ◼ 1.1.1流体流动的考察方法 ◼ 1.1.2流体流动中的作用力 ◼ 1.1.3流体流动中的机械能

11.11流体流动的考察方法 气体合液体统称为流体。流体是由大量的 彼此间有一定间隙的单个分子所组成。不同的考 察方法对流体流动情况的理解也就不同。在物 理化学重(气体分子运动论)是考察单个分子 的微观运动,分子的运动是随机的、不规则的 混乱运动,在某一方向上有时有分子通过,有 时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续 的介质,所需处理的运动是一种随机的运动, 问题将是非常复杂的

1.1.1 流体流动的考察方法 气体合液体统称为流体。流体是由大量的 彼此间有一定间隙的单个分子所组成。不同的考 察方法对流体流动情况的理解也就不同。在物 理化学重（气体分子运动论）是考察单个分子 的微观运动，分子的运动是随机的、不规则的 混乱运动，在某一方向上有时有分子通过，有 时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续 的介质，所需处理的运动是一种随机的运动， 问题将是非常复杂的

(1连续性假设 在化工原理中是考察液体质点的宏观运动,流体 质点是由大量分子组成的流体微团,其尺寸远小于设 备尺寸,但比起分子自由路程却要大的多。这 可 以假定流体是有大量质点组成、彼此间没有间隙、完 全充满所占空间连续介质。流体的物性及运动参数在 空间作连续分布,从而可以使用连续函数的数学工具 加以描述。 在绝大多数情况下流体的连续性假设是成立的, 只是高真空稀薄气体的情况下连续性假定不成立

(1)连续性假设 ◼ 在化工原理中是考察液体质点的宏观运动，流体 质点是由大量分子组成的流体微团，其尺寸远小于设 备尺寸，但比起分子自由路程却要大的多。这样，可 以假定流体是有大量质点组成、彼此间没有间隙、完 全充满所占空间连续介质。流体的物性及运动参数在 空间作连续分布，从而可以使用连续函数的数学工具 加以描述。 ◼ 在绝大多数情况下流体的连续性假设是成立的， 只是高真空稀薄气体的情况下连续性假定不成立

(2)流体运动的描述方法 ①拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察,描 述其运动参数(位移、数度等)与时间的关系。可见, 拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。 ②欧拉法在固定的空间位置上观察流体质点的运动 情况,直接描述各有关参数在空间各点的分布情况合 随时间的变化,例如对速度u,可作如下描述: 可见,欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时 间的关系

（2）流体运动的描述方法 ① 拉格朗日法 选定一个流体质点，对其跟踪观察，描 述其运动参数（位移、数度等）与时间的关系。可见， 拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态。 ② 欧拉法 在固定的空间位置上观察 流体质点的运动 情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情况合 随时间的变化，例如对速度u，可作如下描述： 可见，欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时 间的关系

1(3)定态流动(稳定流动,定常流动) ■若空间各点的状态不随时间变化,改流动称为定态 流动。 ■ux,Uy,yz,p,…=f(x,y,z)与t无关

（3）定态流动（稳定流动，定常流动） ◼ 若空间各点的状态不随时间变化，改流动称为定态 流动。 ◼ ux,uy,yz,p,……＝f(x,y,z) 与t 无关

1(4)流线与轨线 ①流线是采用欧拉法考察的结果,流 线上各点的切线表示同一时刻各点的 速度方向。如图所示。流线上四个箭 头分别表示在同一时间四个不同空间 位置上a、b、c、d、四个流体质点 不是真正几何意义上的点,而是具 有质点尺寸的点)的速度方向。由于 同一点在指定某一时刻只有一个速度, 所以各流线不会相交 ②轨线是采用拉格朗日法考察流体运 动所的的结果,轨线是某一流体质 的流动轨迹,轨线上各点表小同一质 点在不同时刻的空间位置 显然,轨线与流线是完全不同的。 轨线描述的是同一质点在不同时,间 的位置,而流线表示的则是同一瞬间 图1-1流线 不同质点的速度方向

（4）流线与轨线 ◼ ①流线是采用欧拉法考察的结果，流 线上各点的切线表示同一时刻各点的 速度方向。如图1所示。流线上四个箭 头分别表示在同一时间四个不同空间 位置上a、b、c、d、四个流体质点 （不是真正几何意义上的点，而是具 有质点尺寸的点）的速度方向。由于 同一点在指定某一时刻只有一个速度， 所以各流线不会相交。 ◼ ②轨线 是采用拉格朗日法考察流体运 动所的的结果，轨线是某一流体质点 的流动轨迹，轨线上各点表示同一质 点在不同时刻的空间位置。 显然，轨线与流线是完全不同的。 轨线描述的是同一质点在不同时，间 的位置，而流线表示的则是同一瞬间 不同质点的速度方向

1.1.1流体流动的考察方法 (5)系统与控制体 (6)考察方法的选择

1.1.1 流体流动的考察方法 （5）系统与控制体 （6）考察方法的选择

1.1.2流体流动中的作用力 (1)体积力(质量力) (2)表面力 (3)牛顿粘性定律

1.1.2流体流动中的作用力 ◼ （1）体积力（质量力） ◼ （2）表面力 ◼ （3）牛顿粘性定律

1(1)体积力(质量力) ■与流体的质量成正比,对于均质的流体也与流体的体 积成正比。如流体在重力场中运动时受到的重力就是 种体积力,F=mg

（1）体积力（质量力） ◼ 与流体的质量成正比，对于均质的流体也与流体的体 积成正比。如流体在重力场中运动时受到的重力就是 一种体积力，F＝mg