化工原理之流体流动概述

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1、化工原理第一章流体流动第一节概述流体是指具有流动性的物体，包括液体和气体。研究流体平衡和运动宏观规律的科学称为流体力学。流体力学分为流体静力学和流体动力学。化工生产中所处理的原料、中间体和产品，大多数是流体。按生产工艺要求，制造产品时往往把它们依次输送到各设备内，进行药物反应或物理变化，制成的产品又常需要输送到贮罐内贮存。过程进行的好坏、动力消耗及设备的投资都与流体的流动状态密切相关。在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律。第一节概述一、流体的输送欲将流体沿管道

2、进行输送，需选择适宜的流动速度，以确定输送管路的直径。在流体的输送过程中，常常要采用输送设备，因此需要确定流体在流动过程中应加入的外功，为选用输送设备提供依据。这些都要应用流体流动的规律进行分析和计算。二、压力、流速和流量的测量为了了解和控制生产过程，需要测定管路或设备内的压力、流速及流量等参数，以便合理地选用和安装测量仪表。而这些测量仪表的工作原理又多以流体的静止或流动规律为依据。第二节流体静力学一、流体的压缩性流体的特征是分子之间的内聚力极小，几乎有无限的流动性，而且可以几乎毫无阻力地将其形

3、状改变。当流速低于声速时，气体和液体的流动具有相同的规律。一般说来，液体的形状与容器相同，具有一定的自由表面，其体积几乎不随压强和温度而改变。与之相反，气体的形状与容器完全相同，完全充满整个容器，其体积随压强和温度的变化而有明显改变。流体的体积随压强和温度而变的这个性质，称为流体的压缩性。第二节流体静力学一般说来，液体的形状与容器相同，具有一定的自由表面，其体积几乎不随压强和温度而改变。与之相反，气体的形状与容器完全相同，完全充满整个容器，其体积随压强和温度的变化而有明显改变。流体的体积随压强和

4、温度而变的这个性质，称为流体的压缩性。实际流体都是可压缩性流体。但是，液体由温度、压力引起的体积变化极小，工程上可按不可压缩性流体考虑。气体具有较大的压缩性，但在压力变化很小的流动状态下，也可以当作不可压缩性流体处理。在流体力学中，为了研究许多有关液体静止或运动状态的理论，引入了实际不存在的理想液体的概念。理想液体的体积绝对不随压强和温度的变化而改变，在流动时分子之间没有摩擦力。高温、低压下的实际气体接近于理想气体，所以通常可用理想气体状态方程式来计算。第二节流体静力学二、流体的主要物理量1．密

5、度、相对密度和比体积（1）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）——流体的密度，㎏/m3；——流体的质量，㎏；——流体的体积，m3。第二节流体静力学①气体的密度气体是可压缩性流体，其密度随压强和温度而变化。因此气体的密度必须标明其状态。从手册中查得的气体密度往往是某一指定条件下的数值，这就需要将查得的密度换算成操作条件下的密度。一般当压强不太高、温度不太低时，也可按理想气体来处理。结果为：第二节流体静力学（1-2）———气体的绝对压力，kPa；——气体的千摩尔质量，k

6、g/kmol；——气体的热力学温度，K；——通用气体常数，8.314kJ/（kmol·K）；下标0表示标准状态，即273K、101.3kPa。任何气体的R值均相同。的数值，随所用P、V、T等的单位不同而异。选用R值时，应注意其单位。第二节流体静力学用式（1-2）计算混合气体的密度时，应以混合气体的平均千摩尔质量M均代替M。混合气体的平均摩尔质量M均可按下式求得M均=M1y1+M2y2+…+Mnyn式中M1、M2…Mn——气体混合物中各组分的千摩尔质量，kg/kmol；y1、y2…yn——气体混合

7、物中各组分的摩尔分数。②液体的密度液体的密度一般用实验方法测定。工业上测定液体密度最简单的方法使用比重计。各种液体的密度数据，可从有关手册中查到。本书附录中列有某些液体的密度，供练习查用。第二节流体静力学混合液体的密度的准确值要用实验方法求得。如液体混合时，体积变化不大，则混合液体密度的近似值可由下式求得：（1-3）——液体混合液的密度；——混合液中各纯组分的密度；——混合液中各纯组分的质量分数。（2）相对密度相对密度为流体密度与4℃时水的密度之比，用符号表示，习惯称为比重。即（1-4）式中——

8、液体在t℃时的密度；——水在4℃时的密度。由上式可知，相对密度是一个比值，没有单位。因为水在4℃时的密度为1000㎏/m3，所以，即将相对密度值乘以1000即得该液体的密度，㎏/m3。第二节流体静力学（3）比体积单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积，用符号表示，习惯称为比容。显然，比体积就是密度的倒数，其单位为m3/㎏。表达式为（1-5）上述这些物理量是表明流体的质量与体积的换算关系。如果已知流体的质量及密度（或相对密度、比容），即可求得流体的体积。反之亦然。第二节流体静力学2．压强（压力）