《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

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

1.1.1 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

()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

(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

1(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

(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。 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

11.1.2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 一种体积力,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