化工原理 第一章 流体流动 课件.ppt

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1、第一章流体流动主讲范怀德通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题，诸如：（1）流体输送：流速的选择，管径的计算，输送机械选型。（2）流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。（3）不互溶液体（非均相物系）的分离和分散（混合）。（4）选择适宜的流体流动参数，以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。1.本章学习的目的2.本章重点掌握的内容（1）静力学基本方程的应用（2）连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。（3）管路系统总能量损失方程（包括数据的获得

2、）本章应掌握的内容（1）两种流型（层流和湍流）的本质区别，处理两种流型的工程方法（解析法和实验研究方法）（2）流量测量（3）管路计算本章一般了解的内容（1）边界层的基本概念（边界层的形成和发展，边界层分离）（2）牛顿型流体和非牛顿型流体3.本章学习应注意的问题（1）流体力学是传热和传质的基础，它们之间又存在着密切的联系和相似性，从开始学习流体流动就要学扎实，打好基础。（2）应用柏努力方程、静力学方程解题要绘图，正确选取衡算范围。解题步骤要规范。概述流体静力学基本方程流体在管内的流动流体流动现象流体在直管内的流动阻力管路计算流量测量学习内容一．流体的定义和分类1

3、．定义：气体（含蒸汽）和液体统称流体。气体:液体蒸汽流体超临界流体流体流动是最普遍的化工单元操作之一，同时研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。1-1概述2．分类：（1）按状态分为气体、液体和超临界流体。（2）按可压缩性可分为不可压缩流体和可压缩流体。（3）依是否可忽略分子间作用力分为理想流体和粘性（实际）流体。（4）按流变特性（剪力与速度梯度之间关系）分牛顿型和非牛顿型流体。如果流体的体积不随压力变化而变化，该流体称为不可压缩性流体；若随压力发生变化，则称为可压缩性流体.一般液体的体积随压力变化很小，可视为不可压缩性流体；而对于气体，当压

4、力变化时，体积会有较大的变化，常视为不可压缩性流体，但如果压力的变化率不大时，该气体也可当作不可压缩性流体处理。二．流体特征1．流动性，即抗剪抗张的能力很小；2．无固定形状，易变形（随容器形状），气体能充满整个密闭容器空间；3．流动时产生内摩擦，从而构成了流体流动内部结构的复杂性。三.流体流动的应用1.流体的输送和压缩按规定的条件从一个设备输送到另一个设备,选择适宜的流速,管经.既管路的设计,输送设备泵的选择,功率(有效功率、轴功率).2.流量、压力等参数的测量以流体的静止和流动规律为依据3.设备中流体力学条件的选择、强化设备传热、传质、反应过程都是在流动

5、情况下进行,它们的效率与流体流动状况有密切关系,因此研究流体流动规律对寻求强化设备的方法具有重要意义.1-2流体静力学基本方程通过学习掌握流体在重力场中的平衡规律（静止流体内部压强的变化规律）及其工程应用。一.流体的密度1．定义和单位单位体积流体所具有的流体质量称为密度，以ρ表示，单位为kg/m3。ρ---流体的密度，kg/m3；m---流体的质量，kg；V---流体的体积，m3。式中当ΔV→0时，Δm/ΔV的极限值称为流体内部的某点密度。影响因素:气体:种类、压力、温度、浓度液体:种类、温度、浓度对一定的流体，其密度是压力和温度的函数，即:规定:水在4℃的密

6、度ρ4℃=1000㎏/m3空气在标准状态下(1atm、0℃):ρ=1.293kg/m32.流体密度计算⑴.纯组分流体液体密度通常液体可视为不可压缩流体，认为其密度仅随温度变化（极高压力除外）εr——液体体积膨胀系数Δt=T2-T1式中获得方法查物性数据手册公式计算气体密度对于气体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算p——气体的绝对压力，Pa；M——气体的摩尔质量，kg/mol；T——绝对温度，K；R——气体常数，其值为8.314J/（mol·K）一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的，若条件不同，则密度需进行换算。式中:⑵.混合物

7、的平均密度ρm通过纯组分的密度进行计算.液体混合物的密度对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。假设各组分在混合前后体积不变，则有——液体混合物中各组分的质量分率；——各纯组分的密度，kg/m3。式中:（以1kg混合液为基准）气体混合物的密度对于气体混合物，其组成通常用体积分率表示。各组分在混合前后质量不变，则有——气体混合物中各组分的体积分率气体混合物的平均密度也可利用理想气体状态方程计算，但式中的摩尔质量M应用混合气体的平均摩尔质量Mm代替，即式中:（以1m3混合液为基准）气体平均摩尔质量Mm——各纯组分的摩尔质量，kg/mol；——气体混合物中各组分的

8、摩尔分率.式中:对于理想气体,其摩尔分