大学课件-化工原理-第1章流动1

第一章流体流动①日常生活中流动现象：煤气洗涤塔流动现象：②工业生产过程中煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池1.应用*测定压强、流速、流量*流体输送(机械能衡算)*流动阻力*管路计算、设计*为强化设备提供适宜的流动条件2.理论基础流体静力学流体动力学动量传递本章主要内容煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池1.1概述（1）流体：包括液体和气体特点：1）具有流动性；2）受外力作用时内部产生相对运动（2）连续介质假设：将流体视为由无数质点组成的连续介质流体宏观：由大量质点组成、彼此无空隙、完全充满所占空间的连续介质微观：微观粒子组成的不连续介质流体质点含大量分子的流体微团，具有流体宏观特性分子自由程流体质点尺寸设备宏观尺寸优点：局限性：不连续、一个一个分子流过管道。流体物性及运动参数连续变化，可用连续函数，解决流体力学问题。压力很低的条件下，该假设不成立。在10-1mmHg、15℃时，空气平均自由程48.6mm若管道直径小于48.6mm，则空气流动方式：流体的连续性假设例：法向力（压力）合力切向力（粘滞力）作用于流体的表面力法向应力：表面力的法向分力，又称为压强σ(N/㎡)剪切应力：表面力的切向分力τ(N/㎡)①表面力：与该流体微元接触的外界施加于该流体微元的力特点：接触力，力的大小与作用的表面积成正比单位面积上的表面力称之为应力（3）流体流动中的作用力②质量力：不与流体接触，而施加于流体所有质点上的力特点：非接触力，力的大小与质量成正比重力、离心力、惯性力是质量力(4)流体的密度点密度1v平均密度Vmlim)(VVVm3/)(mkgSI几种变形比体积相对密度Cd04水),,,,(pTzyxf)(Tf)1/(112T),(pTf液体密度校正气体密度RTpMVm压力不太高，温度不太低的气体。否则，应采用真实气体状态方程。理想气体nnBBAAm1①液体混合物：（混合前后体积不变）②气体混合物：混合前后压力与温度变化不大nnBBAAmxxxw---质量分数x---摩尔分数压力不太高，温度不太低时，可用下式计算RTpMmm混合物的密度：ρm(已知纯物质的密度及混合物的组成)（5）流体的压缩性定义：当作用在流体上的外力增大时，流体体积要减小，这种特征称为流体的压缩性。压缩性系数v：当温度维持不变，压力每增加一个单位时，流体体积的相对变化量dpdvvv1或dpdv1vv≠0可压缩流体，如气体=0不可压缩流体，如液体1.2流体静力学流体静力学主要研究流体在静止状态下所受的各种力之间的关系，实质上是讨论流体静止时其内部压强的变化规律1.2.1流体的压强及其特性压强：流体单位表面积上的法向表面力，习惯上称为压力静压强：流体处于静止状态时的压强平均压力：SFpm任一点压力：)(lim0SFps流体压力特点方向：作用面的内法向方向；点压力：与测压方位无关；影响因素：),,,(流体种类zyxfp单位制的使用要求：使用国际单位制（SI）掌握：CGS(物理单位制)工程单位制(重力单位制)掌握：单位换算基本单位SI制(7个)长度m,质量kg,时间s,温度K,物质量molCGS制长度cm,质量g,时间s工程单位制长度m,力(kgf/cm2),时间sOmHmmHgcmkgfatm2233.10760/033.11压力单位1）SI单位Pa(N/m2)、MPa、KPa2）常用单位at(kgf/cm2)、mmHg、mH2Oatm、bar(105Pa)barPa01325.11001325.15OmHmmHgcmkgfat22106.735/11barPa981.01081.94压力测定压力当时当地大气压压力测定绝对零压线绝对压力大气压表压真空度绝对压力图1-3绝对压力,表压和真空度的关系表压：相对大气压为基准的压力（g）P(表)=P(绝)-P(大气)绝压：相对绝对零压为基准的压力（a)P(绝)=P(表)+P(大气)真空度：绝对压力低于大气压时，大气压与绝压之差真空度=P(大气)-(绝)压力的基准：注意：•使用表压、真空度时，必须注明•压力表显示为表压描述：静止流体内部，压力分布规律形式：1.2.2流体静力学基本方程式gzpgzp2211方程的导出依据：动量守恒定律1）微元体(控制体)选取2）受力分析0质量力表面力静止流体：F2dzzpp2dzzpp在Z方向上∑FZ=00)2()2(dxdydzZdydzdzzppdxdydzzpp01zpZ0101ypYxpX同理：上式为流体平衡方程，即欧拉平衡方程P0z0h012P1P2z2z1图1-5重力场中的压力分布当流体所受的质量力仅为重力时：gZYX,00ypxp表明静止流体在同一水平面上的压力是相等的gdzdPzP注意：以上方程仅适用于静止的不可压缩流体)(2112zzgpp由上式得：2121zzppgdzdp关于静力学方程的几点讨论1)方程的适用条件：适用于重力场、静止的、连续的、不可压缩流体对可压缩流体，仅适用于压力变化不大的埸合当存在几种不互溶的流体时，分段应用静力方程1132244535P1P2p2)等压面静止、连续的均质流体，处于同一水平面上的各点压力相等（等压面）P0一定，P仅和ρ、h有关P=P0+ρghP0变化某一数值，则P改变同样大小数值—压力的可传递性h1h2x2--23—34—45—56—61--17-78-89-9ABa哪个压力高?气体：PaPbP0z0h012P1P2z2z1图1-5重力场中的压力分布3)静止流体内部，各不同截面上的静压能和位能两者之和为常数P0=P-ρghP0=P1-ρg(Z0-Z1)P0=P2-ρg(Z0-Z2)P1+ρgZ1=P2+ρgZ24)静力学方程的几种不同形式的意义P1+ρgZ1=P2+ρgZ232//mJmNgzPgzP2211)//(,/32mkgmNkgJ2211zgPzgPm=J/N内能机械能动能势能位能静压能流体具有的能量形式压力测量（1）测压管和气压计气压计测压管表压:P=gh绝压:P=gh+PaPa=gh1.2.3静力学方程的应用(2)U形管压差计选基准面列静力学方程p0=P1+gz1p0=P2+gz2+gRz1=z2+RP1-P2=(-)gR(-)小，R大,P1-P2=gR12Rz1z21200P1P2水汞图1-6U形管压差计cρ’若一端与大气相通，则可测得表压，（或绝压）p0=P1+gz1p0=Pa+gRP1(绝）=gR-gz1+PaP1(表）=gR-gz1RP1P2图1-7倾斜液柱压差计P1-P2=(-)gRR=Rsinα(3)倾斜液柱压差计P2P1RρcρA图1-8微差压差计dc/da10ca且ca（略小）P1-P2=(a-c)gR(4)微差压差计ρP1-P2=(-）gR若则P1-P2=gR(5)倒U形管压差计注意：压差的计算，均从等压面入手。P00水气体h0目的：（1）恒定设备内的压力，防止超压（2）防止气体外泄；水封液封h0P溢流水00图1-9安全液封气、液气液封高度计：gPh0P0bah(a)mgF(b)P1P2(c)浮力问题：受力分析浮力=上、下表面压力差作业：P851,3,5