1流体物性解读.ppt

第一章 流体流动基础 1.0 概述： 流体：气体和液体的统称。 流体的特性：流动性；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。 流体流动规律在化工生产中的应用： 解决流体的输送问题； 压力、流速、流量的测量； 为强化设备能力提供适宜的条件。 1.1 流体的物理性质 1.1.1流体的物理量 任意空间点上流体质点的物理量在任意时刻都有确定的数值，即流体的物理量是空间位置和时间的函数，如： ρ=ρ(x,y,z,θ)； u=u(x,y,z,θ)；t=t(x,y,z, θ) 密度场 速度场 温度场 1.1.2 流体的密度 定义：单位体积流体所具有的质量称为密度，用ρ表示，单位kg/m３。其表达式： 1.1.2.2.纯气体的密度 气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、温度不太低的情况下，可按理想气体处理。这样，纯气体的密度计算公式为： 1.根据查得状态计算 3.根据操作状态计算 1.1.2.4 气体混合物的平均密度 1.对理想气体，各组分混合前后质量不变，则1m3混合液体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。即混合气体的密度ρ可按下式计算： ρ=Σyiρi 式中：yi－组分i在混合物中的摩尔分率(体积分率)； ρi－组分i单独存在时密度，kg/m3。 1.1.3 流体的粘性和理想流体 1.1.3.1 牛顿粘性定律 流体具有的特性：一方面，具有流动性，即无固定形状，在外力作用下其内部产生相对运动。另一方面，在运动的状态下，流体还具有抗拒内在向前运动的特性，称为粘性。这两方面是互为矛盾的两方面。 粘性的存在使得流体流过固体壁面时，对壁面有粘附力作用，因而形成了一层静止的流体层。同时由于流体内部分子间的相互作用，静止的流体层对与其相邻的流体层的流动有着约束作用，使其流速变慢，这种约束作用随壁面远离而减弱，这种流速的差异造成了流体内部各层之间的相对运动。 故，流体在圆管内流动时，实际上是被分割成无数极薄的圆筒层，一层套着一层，称为流体层，各层以不同的速度向前运动，由于层间的相对运动，流得快的流体层对与其相邻流得慢的流体层产生一种牵引力，而流得慢的流体层对相邻的流得快的流体层则产生一种阻碍力。这两种力大小相等方向相反，因此流动时流体内部相邻两层间必有上述相互作用的剪应力存在，这种运动流体内部相邻两流体层间的相互作用，称为内摩擦力，或粘性力、剪力。正是这种内摩擦力的存在，产生了流动阻力，流体流动时必须克服内摩擦力而作功，从而将流动的一部分机械能转变为热而损耗掉。 影响剪力大小的因素： 设有两块平行平板，其间距甚小且充满液体，下板固定，上板施加一平行于平板的外力，使此平板以速度u0作匀速运动。此时两板间的液体就会分成无数平行的薄层而运动，紧贴在上板上的一层液体以速度u0运动，其下各层液体速度依次降低，粘附在下板表面的液层速度为零，其速度分布如图示。 实验证明，对一定的液体，剪力F与两流体层的速度差Δu成正比，与两层间的垂直距离Δy成反比，与两层间的接触面积S成正比，即： 对u与y成曲线关系，以剪应力的形式表示为： 1.1.3.2 流体的粘度 1.粘度： 牛顿粘性定律总的比例系数μ称为动力粘度，简称粘度。用于衡量流体粘性大小的物理量，其直观表现是流体的粘度愈大，流动性愈差。只有在运动时才表现出来。 粘度是流体的物理性质之一，其值由实验测定。液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升高而增大。压力变化时液体的粘度基本不变，气体的粘度随压力增加略有增大，在工程计算中可忽略不计，只有在极高或极低的压力下才考虑其影响。 在SI制中，粘度的单位为Pa·s。但在某些手册中查得的粘度单位为泊(P)，单位g/cm·s;或厘泊(cP)，为非法定单位，其换算关系为： 1cP＝10-3Pa·s 2.运动粘度 粘度μ与密度ρ的比值来表示，称为运动粘度，以符号ν表示，单位为m２/s。即： ν＝μ/ρ 3.混合物平均粘度 1.1.3.3 理想流体与粘性流体 理想流体：完全没有粘性的流体，即μ=0的流体。 粘性流体(实际流体)：具有粘性的流体，即μ≠0的流体。 自然界中存在的所有流体均具有粘性，故并不存在真正的理想流体，其概念的引入是为简化计算。 粘度很小的流体：可视为理想流体； 粘度较小的流体：通常首先将其视为理想流体，待找出规律后，再考虑粘度的影响，对理想流体的分析结果加以修正； 粘度较大的流体：不能按以上两种方法处理。 1.1.4 流体的可压缩性、可压缩流体、不可压缩流体 1.1.4.1 流体的可压缩性 定义：当作用于流体上的外力发生变化时，流体的体积随之变化的特性。 1.1.4.2 不可压缩流体