液体和气体统称为流体..doc

液体和气体统称为流体。流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。 ?化工生产中所处理的原料及产品，大多都是流体。制造产品时，往往按照生产工艺的要求把原料依次输送到各种设备内，进行化学反应或物理变化；制成的产品又常需要输送到贮罐内贮存。过程进行得好坏，例如动力的消耗及设备的投资，与流体的流动状态密切相关。 在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律。 1)流体的输送? 通常设备之间是用管道连接的，欲想把流体按规定的条件，从一个设备送到另一个设备，就需要选用适宜的流动速度，以确定输送管路的直径。在流体的输送过程中，常常要采用输送设备，因此就需要计算流体在流动过程中应加入的外功，为选用输送设备提供依据。这些都要应用流体流动规律的数学表达式进行计算。 2)压强、流速和流量的测量? 为了了解和控制生产过程，需要对管路或设备内的压强、流速及流量等一系列参数进行测定，以便合理地选用和安装测量仪表，而这些测量仪表的操作原理又多以流体的静止或流动规律为依据。 3)为强化设备提供适宜的流动条件? 化工生产的传热、传质等过程，都是在流体流动的情况下进行的，设备的操作效率与流体流动状况有密切关系。因此，研究流体流动对寻找设备的强化途径具有重要意义。 本章着重讨论流体流动过程的基本原理及流体在管内的流动规律，并运用这些原理与规律去分析和计算流体的输送问题。 在研究流体流动时，常将流体视为由无数分子集团所组成的连续介质。每个分子集团称为质点，其大小与容器或管路相比是微不足道的。质点在流体内部一个紧挨一个，它们之间没有任何空隙，即可认为流体充满其所占据的空间。把流体视为连续介质，其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了。 第一节? 流体静力学基本方程式 流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。在工程实际中，流体的平衡规律应用很广，如流体在设备或管道内压强的变化与测量、液体在贮罐内液位的测量、设备的液封等均以这一规律为依据。 本章只讨论流体在重力作用下的平衡规律。 1—1—1? 流体的密度 单位体积流体具有的质量称为流体的密度，其表达式为 ?(1—1) 上式中，当→0时， △m／△V的极限值即为流体某点的密度，即 ??? ????(1—1a) 式中 ρ—流体的密度，kg／m3；?? m—流体的质量，kg； V—流体的体积，rn3。 不同的单位制，密度的单位和数值都不同，应掌握密度在不同单位制之间的换算。 流体的密度一般可在物理化学手册或有关资料中查得，本教材附录中也列出某些常见气体和液体的密度数值，仅供做习题时查用。 气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。因此气体的密度必须标明其状态。从手册中查得的气体密度往往是某一指定条件下的数值，这就涉及到如何将查得的密度换算为操作条件下的密度。一般当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体来处理。 对于一定质量的理想气体，其体积、压强和温度之间的变化关系为 将密度的定义代人上式并整理得 （1—2） 式中? P—气体的绝对压强，Pa； V—气体的体积，m3； T—气体的绝对温度，K； 上标“，”表示手册中所指定的条件。 实际上，某状态下理想气体的密度可按下式进行计算： ?? ???(1-2a) 或??? (1—2b) 式中? M—气体的分子量； R—气体常数，其值为8.315*103J／(kmol·K)； 下标“0”表示标准状态。 在化工生产中所遇到的流体，往往是含有几个组分的混合物。通常手册中所列出的为纯物质的密度，所以混合物的平均密度ρ，还得通过以下公式进行计算。 对于液体混合物，各组分的浓度常用质量分率表示。现以1kg混合液体为基准，若各组分在混合前后其体积不变，则lkg混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和，即 ? (1—3) 式中ρA，ρB…，ρn—液体混合物中各纯组分的密度，kg／m3；? XwA，XwB，…，Xwn—液体混合物中各组分的质量分率。 对于气体混合物，各组分的浓度常用体积分率来表示。现以1m3混合气体为基准，若各组分在混合前后其质量不变，则lm3混合气体的质量等于各组分的质量之和，即 ρm=ρAXVA +ρBXVB+……?? +ρnXVn(1—4) 式中? XVA，XVB，…，XVn—气体混合物中各组分的体积分率。 气体混合物的平均密度卢。也可按式1—20或式1—26计算，此时应以气体混合物的平均分子量M。代替式中的气体分子量M。气体混合物的平均分子量Mm可按下式求算，即 Mm=MAyA+MByB+·.·十Mnyn? ?(1—5) 式中? MA，MB，…，Mn—