流体流动-化工.PPT

流体是指具有流动性的物体，包括液体和气体。 在化学工业生产过程中所处理的物料，包括原料、半成品和成品等，大多都是流体。按照生产工艺的要求，制造产品时往往把它们依次输送到各设备内，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。上述过程进行的好坏、操作费用及设备的投资都与流体的流动状态有密切的关系。 第一节 流体静力学 流体静止是流体流动的一种特殊形式，流体静力学主要研究静止流体内部压强变化的规律。下面先介绍流体的一些主要物理性质。 一、流体的密度 1.密度 单位体积流体所具有的质量，称为流体密度，以ρ表示，单位为kg / m3。若以m代表体积为Ｖ的流体的质量，则 （1-1） 2.比体积 单位质量流体所具有的体积，称为流体的比体积，也称为比容，用v表示，单位为m3/kg。显然，它与密度互为倒数，即 （1-2） 3.相对密度 一定温度下，某液体的密度ρ与4℃（277K）时纯水的密度ρ水的比值称为该液体的相对密度，以表示，无单位。即 （1-3） 因为水在4℃时的密度为1000kg / m3,所以由式（1-3）知ρ = 1000 ，即将相对密度乘以1000即得该液体的密度ρ，单位是kg / m3。 4.密度的求取 （1）查手册 流体的密度一般可在有关手册中查得。 任何流体的密度，都随它的温度和压强而变化。但压强对液体的密度影响很小，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的影响，如纯水的密度在4℃时为1000 kg / m3，而在20℃时则为998.2kg / m3。因此，在查取液体密度数据时，要注意该液体的温度。 气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压强和温度的不同有较大的变化，因此在查取气体的密度时必须注意温度和压强。 （2）计算法 当查不到某一流体的密度时，可用公式进行计算。 ①气体的密度 在一般的温度和压强下，气体密度可近似用理想气体状态方程式计算，即 （1-4） 或 （1-5） ②液体混合物 对于液体混合物，组分的浓度常用质量分数w表示。现以1kg混合液体为基准，设各组分在混合前后其体积不变，则1kg混合液体的体积应等于各组分单独存在时的体积之和，即 （1-6） 气体混合物的平均密度 m也可按式（1-4）计算，此时应以气体混合物的平均摩尔质量Mm代替式中气体摩尔质量M。气体混合物的平均摩尔质量Mm可按下式求算，即 Mm = M1y1 + M2y2 +…+ Mnyn （1-8） 二、流体静压强 1.流体静压强 流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的静压强，简称为压强或压力，以符号p表示。若以F（N）表示流体垂直作用在面积A(m2)上的力，则 （1-9） 按压强的定义，压强的单位是Ｎ／m２，也称为帕斯卡（Ｐa）。 化工生产中经常用到帕的倍数单位，如：ＭＰa（兆帕）、kＰa(千帕)、mＰa(毫帕)，它们的换算关系为 1ＭＰa＝103kＰa＝106Ｐa＝109mＰa 工程上压强的大小也常以流体柱高度表示，如米水柱（mH2O）和毫米汞柱（mmHg）等。若流体的密度为ρ，则夜柱高度h与压强p的关系为 p =hρg 或 用液柱高度表示压强时，必须注明流体的名称，如10mH2O、760mmHg等。 流体静压强的单位，除采用法定计量单位制中规定的压强单位Ｐa外，有时还采用历史上沿用的atm（标准大气压）、at（工程大气压）、kgf／cm2等压强单位，它们之间的换算关系为： 1atm＝1.033kgf/cm2＝760mmＨg＝10.33mＨ２Ｏ＝1.0133×105Ｐa 1at＝1kgf／cm2＝735.6mmＨg＝10mＨ２Ｏ＝9.807×104Ｐa 2.绝对压强、表压强和真空度 以绝对真空为基准测得的压强称为绝对压强，简称