绪论 第一章 体流动.doc

绪 论 0.1 化工过程与单元操作 用化工手段将原料加工成产品的生产过程，称为化工生产过程，简称化工过程。一种产品的生产过程中，从原料到成品，往往需要几个或几十个加工过程。其中除了化学反应过程外，还有大量的物理加工过程。 化学工业产品种类繁多。各种产品的生产过程中，使用着各种各样的物理加工过程。根据它们的操作原理，可以归纳为应用较广的数个基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附以及干燥等。单元操作不仅在化工生产中占有重要地位，而且在石油、轻工、制药及原子能等工业中也广泛应用由于科学技术的迅速发展和国际学术交流的日益频繁，国际计量会议制定了一种国际上统一的国际单位制，其国际代号为SI。国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的，＝输出量＋积累量用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。物料衡算可按下列步骤进行首先根据题意画出各物流的流程示意图，用箭头表示物料的流向，并标上已知数据与待求量。在写衡算式之前，要计算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。列出衡算式，求解未知量。: 如压强、流速的测量等。 (3) 建立最佳条件: 选择适宜的流体流动参数，以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。 此外，非均相体系的分离、搅拌（或混合）都是流体力学原理的应用。 本章应掌握的内容 (1)流体静力学基本方程式的应用； (2)连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用条件、解题要点； (3)流动流型的确定与流动阻力的计算； (4)管路计算。 1.1 流体的性质及流体的静力学方程 1.1.1 流体的分类和特性 气体和液体统称为流体。在化工生产中所处理的物料有很多是流体。把流体视为连续介质，目的是为了摆脱复杂的分子运动，从宏观的角度来研究流体的流动规律。但是，并不是在任何情况下都可以把流体视为连续介质，如高度真空下的气体就不能再视为连续介质p，称为压力（法向力）。单位面积上所受的压力称为压强p。② 平行于表面的力F，称为剪力（切力）。单位面积上所受的剪力称为应力τ。 1.1.4 流体的密度 单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为 式中 ρ――流体的密度，kg/m3； m――流体的质量，kg； V――流体的体积，m3。 不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力p和T的函数，可表示为 ρ＝f(p，T) 液体的密度随压力的变化甚小(极高压力下除外)，可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体，但其随温度稍有改变。ρ变化很小； 可压缩流体—— P.T 改变是，ρ有显著变化。 气体的密度随压力和温度的变化较大，当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算，由单位质量流体的体积，称为流体的比容，用符号v表示，单位为m3/kg，则 亦即流体的比容是密度的倒数 [例1-1]某台离心泵进、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若干(以法定单位表示)？ 解：泵进口绝对压力 P1=760-220=540mmHg=7.2*104Pa 泵出口绝对压力 P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm2=2.68*105Pa 1.1.7 流体静力学方程 研究对象：重力场中静止的、连续的不可压缩流体。 静止流体内部任一点的压力，称为该点的静压力。 静力学基本方程推导3.静力学方程式改写为 由上式可知，压力或压力差的大小可用液柱高度来表示。 虽然静力学基本方程式是用液体进行推导的，流体的密度可视为常数，而气体密度则随压力而改变，但考虑到气体密度随容器高低变化甚微，一般也可视为常数，故静力学基本方程式也适用于气体。 下面进一步讨论静力学基本方程式中各项的意义。 或 ??? 上式中各项的单位均为m，其中第一项z为流体所在位置距基准面的高度，称为位压头，简称位头。若把重量mg的流体从基准面移到高度Z后，该流体所具有的位能为mgz。单位重量流体的位能，则为mgz/mg。所以z(位头)是表示单位重量的流体从基准面算起的位能。 P /ρg称为静压头，又称为单位重量流体的静压能。其意义说明如下： 设有一密闭的容器，内盛有液体，液面上方压力为p，如图1-3所示。在器壁上高度为Z1的点1处开一个小孔，并接一个开口的玻璃小管。由于Z1处的流体具有绝对压力p1，若大气压力为Pa，则由静力学方程式可知该处液体将在玻璃中上升H(即(P1-Pa)/ ρ)的高度。这说明Z1处的液体对于大气压力来说，具有上升H(高度的能力。如在器壁上高度也是Z1的1点处的液体可在玻璃中上升H2(即p1/ρg)高度。Z1所以处的液体对于来说，具有上升H2高度的能力。因