《化工原理》第1章流体流动.ppt

1.1 流体静力学 1.2 流体动力学 1.3 流体阻力 1.4 管路计算和流量的测量 液体和气体统称为流体。 研究流体平衡和运动规律的学科称为流体力学。 流体力学广泛地应用于国民经济的各个部门。在水利电力工程、船舶制造、锅炉制造、动力机械、交通运输以及化工、冶金、矿山、机械制造及建材工业等各个生产部门都必须应用流体力学的知识来解决实际问题。 本章着重讨论流体流动过程的基本原理以及流体在管道内的流动规律，并应用这些原理与规律去分析和计算流体的输送问题。 1．流体的密度 （1）密度的定义 单位体积的流体具有的质量称为流体的密度。其表达式是 （1-1） 式中 ——流体的密度，kg/m3； m——流体的质量，kg； V——流体的体积，m3。 （2）液体混合物的密度 液体混合时体积变化不大，为了便于计算，一般忽略这种变化，认为各纯液体混合后总体积等于各纯液体的体积之和。因此，以1kg混合液体为基准得到液体混合物的密度计算公式： （1-5） 式中 ——液体混合物的密度，kg/m3； xw1， xw2,···, xwn——液体混合物中各组分的质量分率； , ,···, ——液体混合物中各纯态组分的密度，kg/m3。 （3）气体混合物的密度 气体混合物的密度可用加和法则计算，以1m3混合气体为基准，得出计算公式： （1-6） 式中 ——气体混合物的密度，kg/m3； a1, a2, ···, an——气体混合物中各组分的体积分率； , , ···, ——气体混合物中各纯态组分的密度，kg/m3。 2．流体的静压强 （1）流体静压强的定义及其单位 在静止的流体中，垂直作用于单位面积上的压力，称为流体的静压强，简称压强。其表达式为 （1-7） 式中 Ｐ——垂直作用于流体截面积A上的压力，N； A——流体的截面积，m2； p——流体的平均静压力强度（Pa），又称静压强简称 压强。 （2）绝对压强、表压强、真空度 按基准点不同，流体的压强有两种表示方法：一种是以绝对真空为起点，称为绝对压强，用p表示。另一种是以周围环境大气压强为起点，称为表压强或真空度，用p表表示。用各种测压仪表测得的流体压强都是表压强或真空度。令 pa为环境大气压强，则被测流体的绝对压强与表压强的关系为 （1-8） 当　　　　时，表示被测流体的压强大于环境大气压强； 当　　　　时，表示被测流体的压强等于环境大气压强； 当　　　　时, 表示被测流体的压强小于环境大气压强， 此时流体的压强用真空度表示。即：真空度=大气压强-绝对压强。在本章中所提到的压强，如未加说明均指绝对压强。 绝对压强、表压强及真空度三者之间的关系可以用图1-1表示。 1．流体静力学基本方程式 （1）方程式的推导 如图1-2所示，设作用在上表面上的压力为P1（N）作用在下表面上的压力为P2（N），液柱的重力为W，则得 　　　　 （1-9） 把上式各项除以面积A得 （1-10） 由于所以式（1-10）可写为 （1-11） 式（1-11）称为流体静力学基本方程式，说明静止流体内部压强的变化规律。 （2）讨论 ①当液体内任一点z1上的压强p1有任何大小改变时，液体内部z2上的压强p2也有同样的改变。因此说当作用于液面上方的压强有任何大小改变时，液体内部各点上的压强也有同样的改变。 ②若z1=z2，则有p1= p2。因此，在静止的同一种连续液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。 ③式（1-11a）可改写为 上式说明压强差的大小可以用液柱高度来表示。由此引申出压强的大小也可用一定高度的液柱表示，这是前面介绍的压强可以用mmHg、mmH2O等单位来计量的依据。但用液柱高度计量压强时，必须注明是何种液体，否则就失去意义。 ④气体的密度除随温度变化外还随压强发生变化，因此会随它在容器内的位置的高低不同而变化。 但在化工容器内这种变化一般可以忽略。所以说式（1-11）和式（1-11a)