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1、2023/3/30,1,第一章 流体流动,研究流体流动问题的重要性,流体流动与输送是最普遍的化工单元操作之一；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。,2023/3/30,2,2023/3/30,3,2023/3/30,4,连续介质假定 假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观角度 研究流体。,2023/3/30,5,流体的可压缩性,不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变 化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气
2、体。,2023/3/30,6,一、压力,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。,1.压力的单位,SI制：N/m2或Pa；,标准大气压：1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33m H2O,第一节 流体静力学,2023/3/30,7,2.压力的表示方法,绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。,2023/3/30,8,表 压=绝对压力 大气压力真空度=大气压力 绝对压力,2023/3/30,9,流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同
3、。,3.静压力的特性,2023/3/30,10,二、流体的密度与比体积（一）密度 单位体积流体的质量。,kg/m3,1.单组分密度,液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。,2023/3/30,11,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：,注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度 下之值，若条件不同，则需进行换算。,2023/3/30,12,2.混合物的密度,混合气体 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数。,或,混合气体的平均摩尔质量；,气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。,2023/3/30,13,混合液体 假
4、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数。,（二）比体积,单位质量流体的体积。,m3/kg,2023/3/30,14,重力场中对液柱进行受力分析：,（1）上端面所受总压力,（2）下端面所受总压力,（3）液柱的重力,设流体不可压缩，,方向向下,方向向上,方向向下,三、流体静力学基本方程式,2023/3/30,15,液柱处于静止时，上述三力的合力为零:,压力形式,能量形式,2023/3/30,16,讨论：,（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；（2）物理意义：,单位质量流体所具有的位能，J/kg；,单位质量流体所具有的静压能，J/kg。,在同一静止流体中，处在不
5、同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。,2023/3/30,17,（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面。（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。,2023/3/30,18,四、静力学基本方程的应用,（一）压力测量,1.U形管液柱压差计,设指示液的密度为，被测流体的密度为。,A与A面 为等压面，即,而,2023/3/30,19,所以,整理得,若被测流体是气体，有,2023/3/30,20,讨论：,U形管压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相
6、通时，也可测得流体的表压或真空度；,指示液的选取：指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；其密度要大于被测流体密度。应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。,2023/3/30,21,2.倒U形管压差计,指示剂密度小于被测流体密度，如空气作为指示剂,2023/3/30,22,3.斜管压差计,适用于压差较小的情况。,值越小，读数放大倍数越大。,2023/3/30,23,密度接近但不互溶的两种指示 液A和C；,4.微差压差计,扩大室内径与U管内径之比应大于10。,2023/3/30,24,（二）液位测量,1.近距离液位测量装置,压差计读数R反映出容器内的液面高度。,液面越高，h越小，压差计读数
7、R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦为零。,2023/3/30,25,2.远距离液位测量装置,管道中充满氮气，其密度较小，近似认为,而,所以,2023/3/30,26,（三）液封高度的计算,液封作用：确保设备安全：当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出；防止气柜内气体泄漏。,液封高度：,2023/3/30,27,第二节 管内流体流动的基本方程,1.体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。qVm3/s或m3/h 2.质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。qmkg/s或kg/h。,二者关系：,（一）流量,一、流量与流速,2023/3/30,28,（二）流速,2.质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。,流速（平均流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。,kg/（m2s）,流量与流速的关系：,m/s,2023/3/30,29,对于圆形管道：,流量qV一般由生产任务决定。,流速选择：,3.管径的估算,d 设备费用,2023/3/30,30,二、稳态流动与非稳态流动,稳态流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化；,非稳态流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，也随时间变化。,2023/3/30,31,三、连续性方程式,对于稳态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：,推广至任意截面,
