1.1-流体流动-流体静力学.pptVIP

化 工 原 理 Reporter 基础知识 流体 气体和液体统称为流体。 流体流动普遍存在 在炼油、石油化工等生产过程中，不论是所处理的原料、还是中间品或产品，大多都是流体；而且生产过程都是在流体流动下进行的，在炼油和石油化工厂中有纵横交错的管道和众多的机泵在各生产设备之间输送流体。 流体流动的状况对生产过程正常而高效进行、能量消耗、设备投资等密切相关，同时对传热、传质等其它单元操作的研究也离不开流体流动的基本规律。 流体的密度 流体：包括气体、液体、等离子体等 单位体积的流体所具有的质量称为流体的密度，通常以符号ρ表示。 不同的流体其密度是不同的。对于任何一种流体，其密度又随其所具有的压力和温度而变化，即 液体为不可压缩性流体，液体的密度随压力的变化很小，可忽略不计(除极高压力外)。温度对液体的密度会有一定的影响，故在手册或有关资料中，对液体的密度都注明了相应的温度条件。 气体是可压缩性流体，其密度随温度和压力的变化较大，通常在温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可近似地用理想气体状态方程进行计算，即 气体密度也可按下式进行计算： 上式中的p0为标准状态(即p0 =101.3kPa及T0 =273 K)下气体的密度，其值为 当气体的压力较高、温度较低时，其密度应采用真实气体状态方程式进行计算。 液体混合物的密度 对液体混合物，各组分的组成通常用质量分率表示。现以 1kg 混合液体为基准，假定各组分在混合前后其体积不变，则1kg混合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和，即 对于气体混合物，各组分的组成通常用体积分率表示。现以 l m3 混合气体为基准，如果各组分在混合前后其质量不变，则1m3混合气体的质量等于各组分的质量之和，即 重度 指单位体积流体所具有的重量，其表达式为 相对密度 相对密度是指液体的密度(或重度)与277K(即4℃)时纯水的密度(或重度)之比，工程上也称比重。相对密度(或比重)是没有单位的，通常以符号 d 表示，其表达式为 由于在4℃时，国际单位制中水的密度和工程单位制中水的重度在数值上都是1000，所以由上式可知ρ=1000d，单位为kg/m3，γ=1000d，单位为kgf/m3。 流体的比容 单位质量流体的体积，称为流体的比容，通常以υ表示，单位为m3/kg。显然，比容与密度互为倒数，即 1.1 概述 流体流动的两种考察方法 连续性假定 以单个分子考察时，流体是不连续的； 化工原理中，以流体质点（或微团）为考察对象； 质点（或微团）：含有大量分子，其尺寸比分子自由程大得多，但远小于设备尺寸。 因此流体是由大量质点组成，彼此之间没有空隙、完全充满所占空间的连续介质。 描述流体运动的两种方法 拉格朗日法 观察者缩小到微团尺度大小并站立于微团上，叙述观察者自己移动的距离、速度等与时间的关系。 同一质点在不同时刻的状态。 某一流体质点的运动轨迹为轨线。 欧拉法 观察者站立在流体外空间中某一固定位置，观察流体中各点的速度、密度、压强等的分布情况和随时间的变化情况。 空间各点的状态及其与时间的关系。 某一时刻速度一样的质点连线。（特点：不交） 定态流动 以欧拉法观察流体的流动时，如果空间各点的参数不随时间变化则为定态流动。 系统与控制体 系统（封闭系统）：拉格朗日法 特点：与环境有可以有力的作用和能量的交换；边界随流体一起运动；形状和大小随时间变化。 控制体：欧拉法 特点：封闭的固定界面；流体可自由进出；控制面上可以有力的作用与能量、质量的交换。 流体流动中的作用力 体积力 特点：作用于流体的每一个质点上，并与流体的质量成正比。 典型力：重力、离心力 表面力 特点：与表面积成正比。 压力与剪力 单位面积上的压力：压强 单位面积上的剪力：剪应力 流体的粘度 流体在流动时产生内摩擦力的这种性质，称为流体粘性。 实验证明，对一定的流体，内摩擦力 F 与两流体层的速度差 ?u 成正比，与两流体层间的垂直距离 ?y 成反比，与两流体层间的接触面积 S 成正比，即 引进比例系数μ，可把上式写成等式，即： 粘度 把流体的粘性系数称为动力粘度，简称粘度。 粘度的物理意义: 它是促使流体流动产生单位速度梯度的剪切力，也就是说粘度是速度梯度为1时，在单位面积上由于流体粘性所产生的内摩擦力大小。 粘度的单位可通过上式导出，即 查到的的粘度数据常用物理单位制(CGS)表示，而本课程主要采有国际单位制(即SI制)，有些计算中也可能还用到工程单位制。因此，要注意不同单位制单位的换算。在CGS制中，粘度单位为： 由于泊的单位太大，使用不方便，所以通常采用cP(厘泊)作为粘度的单位，lcP=0.01P，cP与Pa·s的换算关