化工原理天大柴诚敬——第一章流体流动

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1、第一章流体流动通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律分析和计算流体流动过程中的有关问题。学习目的与要求1第一章流体流动1.1流体的重要性质1.1.1连续介质假定2连续介质假定假定流体是由连续分布的流体质点所组成，表征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和时间上是连续的分布函数。连续介质假定3第一章流体流动1.1流体的重要性质1.1.1连续介质假定1.1.2流体的密度4流体的密度流体空间某点上单位体积流体的质量流体的密度是位置(x,y,z)和时间θ的函数密度5流体的密度纯物质的密度：液体：基本不随压力变

2、化（极高压力除外），随温度略有变化。气体：密度随温度、压力改变。低压下可按照理想气体状态方程计算6气体混合物，混合前后质量不变液体混合物，混合前后体积不变组分的质量分数组分的体积分数混合物的密度：流体的密度7第一章流体流动1.1流体的重要性质1.1.1连续介质假定1.1.2流体的密度1.1.3流体的可压缩性与不可压缩流体8一、流体的可压缩性或（1-4）（1-5）流体的可压缩性通常用体积压缩系数β来表示。其意义为在一定温度下，外力每增加一个单位时，流体体积的相对缩小量体积压缩系数9二、不可压缩流体β值越大，流体越容易被压缩。可压缩流体β≠0的

3、流体为可压缩流体不可压缩流体β=0的流体为不可压缩流体气体在一般情况下是可压缩流体大多数液体可视为不可压缩流体。10需要指出，实际流体都是可压缩的，不可压缩流体乃是为便于处理密度变化较小的某些流体所作的假设而已。二、不可压缩流体11第一章流体流动1.1流体的重要性质1.1.1连续介质假定1.1.2流体的密度1.1.3流体的可压缩性与不可压缩流体1.1.4流体的黏性12一、牛顿黏性定律流体在运动时，相邻流体层之间是有相互作用的，这种相互抵抗的作用力称为剪切力，流体所具有的这种抵抗两层流体相对运动速度的性质称为流体的黏性。黏性是流体的固有属性之

4、一，不论流体处于静止还是流动，都具有黏性。黏性13图1-1平板间黏性流体的速度变化一、牛顿黏性定律上板以恒定速度沿x的正方向运动14实验证明：对于多数流体，任意两毗邻流体层之间作用的剪切力与两流体层的速度差及其作用面积成正比，与两流体层之间的垂直距离成反比牛顿黏性定律：（1-7）一、牛顿黏性定律15一、牛顿黏性定律牛顿型流体(Newtonianfluid)遵循牛顿黏性定律的流体所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流体，如水、空气等。16凡不遵循牛顿黏性定律的流体为非牛顿型流体(non-Newtonianfluid)。某些高分子溶液、悬浮液

5、、泥浆、血液等属于非牛顿流体。非牛顿型流体(non-Newtonianfluid)一、牛顿黏性定律17二、流体的黏度一般以泊的1/100的厘泊（cp）来表示黏度。在SI单位制中，黏度的单位为Pa·s，在物理单位制上，其单位为P（泊），18运动黏度SI单位为m2/s；在物理单位cm2/s称为沲（tuo），以St表示。二、流体的黏度19混合物黏度计算在工程实际中所遇到的流体大多是多组分的混合物。对于流体混合物的黏度在缺乏实验数据时可以选用适于的经验市估算，常压气体混合物黏度计算式：非缔合液体混合物黏度计算式20的流体称为理想流体。自然界不存在真

6、正的理想流体。三、理想流体与黏性流体理想流体21第一章流体流动1.2流体静力学22流体静力学流体静力学主要研究流体静止时流体内部各种物理量的变化规律，特别是在重力场作用下，静止流体内部的压力变化规律23第一章流体流动1.2流体静力学1.2.1流体的受力24外界作用于流体上的力体积力表面力25一、体积力体积力(bodyforce)又称为场力，质量力，是一种非接触力。地球引力，带电流体所受的静电力，电流通过流体产生的电磁力等均为体积力。本书只涉及重力：设流体密度为ρ，体积为V，则其所受的重力为体积力26表面力（又称接触力或机械力）与流体元相接触

7、的环境流体（有时可能是固体壁面）施加于该流体元上的力。表面力又称为机械力，与力所作用的面积成正比。二、表面力27图1-2作用在流体上的力二、表面力28二、表面力切向应力法向应力单位面积上的表面力称为表面应力。表面应力29第一章流体流动1.2流体静力学1.2.1流体的受力1.2.2静止流体的压力特性30静止流体的压力特性静止的流体内部没有剪应力，只有法线方向的应力，通常将该法向应力称为流体的静压力，以p表示。流体的静压力31静止流体的压力特性在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。其他单位还有：1atm＝101300N/m2＝101.3kP

8、a＝1.033kgf/cm2＝10.33mH2O＝760mmHg不同基准压力之间的换算压力的单位表压力=绝对压力－大气压力真空度=大气压力－绝对压力真空度=-表压力32第一章流体