《化工原理2.ppt

第 一 章 流 体 流 动 1.1 概 述 1.2 流 体 静 力 学 1.3 流 体 在 单 通 道 中 流 动 时 的 物 料 衡 算 及 能 量 衡 算 1.4 流 体 阻 力 分 析 及 层 流 阻 力 计 算 1.5 湍 流 阻 力 计 算 1.6 管 路 计 算 1.7 流 速 及 流 量 测 定 第一章 流体流动(Fluid flow) §1.1概述 流体流动是在化工生产中的一个基本过程,在化工生产中常见的流体流动如下: 1) 流体输送 ---需要研究流体的流动规律以便进行管路的设计、输送机械的选择及所需功率的计算 2) 压强、流速、流量的测量---了解、控制生产过程，需对压强、流速、流量等一系列参数进行测定，而这些测定多以流体静止或流动规律为依据。 3) 为强化设备提供适宜的条件---化工设备中传热、传热等多是在流动条件下进行,故流体流动对这些过程有重要影响。 1.1.1流体及其特征 定义: 液体和气体统称为流体 特征: 具有流动性; 无固定形状,随容器的形状而改变; 在外力作用下内部发生相对运动 1.1.2 连续介质模型 流体是由无数流体质点连续组成，流体质点与分子自由程比充分地大，体现了宏观性质，同时液体质点对所考虑工程问题的尺度来说，又是充分地小，体现了“点”位置流体性质。 第一节 概述 1.1.3 流体力学和流体流动 什么叫流体力学（fluid mechanics）?以流体作为研究对象，探讨流体处于平衡或运动状态时的力学规律及其与边界间的相互作用的学科。流体流动是“化工流体力学”的一部分，主要介绍流体静力学、流体在管道内流动的基本规律及流量测定等方面。 §1.2流体静力学 流体静力学(fluid static) 是研究流体在外力作用下处于静止或平衡状态下其内部质点间、流体于固体边壁间的作用规律 1.2.1 流体静压强(Pressure) 1. 静压强：静止流体中单位面积受到的内法向压力，用P表示 2. 压强常用单位： 1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/ =1.0133bar 1at=1 1.033kgf/ =735.6mmHg=10mH2O=9.81= =0.9807bar 3. 压强表达方式： 1)绝对压强：以绝对真空为基准零点计量的 第二节流体静力学--基本概念 2)表压强:以外界大气压强为基准零点计量的 3)真空度:被测流体的绝对压强低于当地大气压的数值 1.2.2 流体密度 1. 密度:单位体积流体所具有的质量,用?表示。 2. 据流体密度是否随压强和温度的变化而变化,将流体分为恒密度流体和变密度流体 1) 恒密度流体:密度为常量的流体 2) 变密度流体:密度为变量的流体 说明: 没有绝对的恒密度流体,一般液体随温度和压力的变化小,可视为恒密度流体;而气体随温度、压力的变化较大，但当过程的温度、压力变化不大时，也可将气体视为恒密度流体。 一般可将气体视为理想气体，故气体密度可据理想气体方程计算 第二节流体静力学--流体静力学基本方程的推导 1.2.3 流体静力学基本方程 1. 流体流动中的作用力: 1) 质量力: 作用于流体的每一个质点上,并与流体的质量成正比,对均质流体也与流体体积成正比,如:重力场中的重力、离心力场的离心力 2) 表面力: 作用于流体微元的表面,并与其表面积成正比,如:垂直于微元表面的力---压力、平行于微元表面的力--剪力 2. 流体静力学基本方程 1) 静力学基本方程的推导人 任取一微元体，令X、Y、Z为单位质量流体的质量力分别在x、y、z轴上的分力，对x方向作受力分析,得到 化简可得 同理可得 流体静力学基本方程的推导 以上三式分别乘以dx、dy、dz并加和 当在重力场中，X＝0 Y＝0 Z= -g dp = -?gdz ------------------ (a) 上式积分可得 说明:?a、b、 c三式只适用于重力场中静止的、不可压缩的单一连续流体中各质点的 势能守恒,而位能和压能不一定相等,但两者之间可相互转换 ?gz---单位质量流体具有的位能 p/?---单位质量流体具有的压能 ?b式表明: 静压强仅