第一章 化工原理 流体流动 课件.doc

流体流动 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。 流体随压强的改变而改变自身体积的性质称为流体的压缩性。 压缩性的大小被看作是气体和液体的主要区别。由于气体在压强增大时体积缩小，而液体则变化不明显，故气体属于可压缩性流体，液体属于不可压缩性流体。 气体在输送过程中若压强和温度变化不大，因而体积和密度变化也不大时，也可按不可压缩流体来处理。 一般气体在常温常压下仍可按理想气体考虑，以简化计算。 在化工生产中，涉及流体流动的规律，主要有以下几个方面： (1)　流体阻力及流量、压强的计算 流动对传热与传质及化学反应的影响 (3)　流体的混合 流体静力学基本方程 流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。也即流体在静止状态下流体内部压力的变化规律。 1－1－1 流体的密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为： （1—1） 式中： ρ——流体的密度，kg / m3； m——流体的质量，kg； V——流体的体积，m3。 不同流体的密度是不同的，对一定的流体，密度ρ是压力p和温度T的函数，可用下式表达： ρ = f ( p， T ) 液体的密度随压力的变化甚小，可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体。温度对液体的密度有一定影响，但改变不大（极高压力下除外），液体的密度ρ一般可从物理化学手册或有关资料中查到。 气体具有压缩性及膨胀性，其密度随压强，温度的变化很大。当压强不太高，温度不太低时，其密度可近似地按理想气体状态方程式来计算： ρ = m / V = pM / RT （1—2） 式中： p——气体的绝对压强 ，kN / m2或kPa； T——气体的绝对温度 ，K； M——气体分子的分子量； R——气体常数，8.314 kJ / kmol·K。 若以知标准状态下气体的密度ρ0、温度T 0和压力P0，则某状态下(T、P)理想气体的密度ρ也可按下式计算： ρ = ρ0T 0P / TP0 （1—3） 式中： ρ0——标准状态下（T０＝273K P０＝101.33 kPa）气体的密度， kg / m3 ρ0 = M / 22.4 kg / m3 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ρm还得通过以下公式进行计算： 气体混合物的密度ρm可由下式求得（假定混合时各组分的体积不变）： ρm = ρ1y1 + ρ2y2 + … + ρnyn (1—4) 式中： ρi——各组分的密度； yi——各组分的体积分数。 当气体混合物的温度，压力接近理想气体时，（即温度不太低时，压强不太高时）仍可用式（1—2）来计算气体的密度，但式中气体分子的分子量M应以混合气体的平均分子量Mm代替，即： Ｍm＝Ｍ１Ｙ１＋Ｍ２Ｙ２＋…＋ＭnYn (1—5) 式中： Ｍi——气体混合物各组分的分子量； Ｙi——气体混合物各组分的摩尔分率。 气体混合物的组成通常以体积分率表示。 对于理想气体，其体积分率与摩尔分率，压力分率是相等的。 液体混合物的组成通常以质量分率表示，它的密度可按下式计算： 1 / ρm ＝ a1/ρ1＋a2/ρ2＋…＋an / ρn （1—6） 式中： a i——液体混合物中各组分的质量分率； ρi——液体混合物中各组分的密度； ρm——液体混合物的平均密度。 比容 密度的倒数称为比容，以υ表示，单位为 m３/kg，表达式为： υ = V / m = 1/ρ 重度 是指单位体积的流体所具有的重量，单位为kg / m3，表达式为： γ = G / V 式中： G——流体的重量，kg；