化工原理第一章流体流动案例.ppt

第一章 流体流动 ① 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。 ② 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，从宏观研究 流体。 ③ 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， 如气体。 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 = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O 第一节 流体静力学 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。 表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力 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.静压力的特性 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。 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。 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。 混合液体 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数。 （二）比体积 单位质量流体的体积。 m3/kg 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 液柱处于静止时，上述三力的合力为零: ——静力学基本方程 式 压力形式 能量形式 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： 在同一静止流体中，处在不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 。 （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。 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 A与A′面 为等压面，即 而 所以 整理得 讨论： ① 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、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度； ② 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。 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 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。 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 。 （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R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦为零。 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 （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： 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。 qV——m3/s或m3/h 2.质量