化工原理 Principles of Chemical Engineering 精品文档 第一章 流体活动 Fluid Flow --内容提要-- 流体的根本概念 静力学方程及其运用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体活动的现象 活动阻力的核算、管路核算 精品文档 第一章 流体活动 .学习要求 1. 本章学习意图 经过本章学习，关键把握流体活动的根本原理、管 内活动的规则，并运用这些原理和规则去剖析和处理流 体活动进程的有关问题，比如： （1） 流体运送： 流速的挑选、管径的核算、流体 运送机械选型。 （2） 活动参数的丈量 ： 如压强、流速的丈量等。 （3） 树立最佳条件： 挑选适合的流体活动参数， 以树立传热、传质及化学反应的最佳条件。 此外，非均相系统的别离、拌和（或混合）都是流 体力学原理的运用。 精品文档 2 本章应把握的内容 （1） 流体静力学根本方程式的运用； （2） 接连性方程、柏努利方程的物理含义、适用 条件、解题关键； （3） 两种流型的比较和工程处理办法； （4） 活动阻力的核算； （5） 管路核算。 3. 本章学时组织 授课14学时，习题课4学时。 精品文档 1.1 概述 流体活动规则是本门课程的重要根底，首要原 因有以下三个方面： （1）活动阻力及流量核算 （2）活动对传热、传质及化学反应的影响 （3）流体的混合效果 化工生产中，常常运用流体活动的 根本原理及其活动规则处理关问题。以 图1-1为煤气洗刷设备为例来阐明： 流体动力学问题：流体（水和煤气） 在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 活动等； 流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水 精品文档 图1-1 煤气洗刷设备 1.1 概述 确认流体运送管路的直径， 核算活动进程发生的阻力和 运送流体所需的动力。 依据阻力与流量等参数 挑选运送设备的类型和类型， 以及测定流体的流量和压强 等。 流体活动将影响进程系 统中的传热、传质进程等， 是其他单元操作的首要根底。 精品文档 图1-1 煤气洗刷设备 1.1.1 流体的分类和特性 气体和流体总称流体。流体有多种分类办法： （1）按状况分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可紧缩性分为不行压流体和可紧缩流体； （3）按是否可疏忽分子之间效果力分为理想流体与粘 性流体（或实践流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体； 流体差异于固体的首要特征是具有活动性，其形状随容器形状 而改变；受外力效果时内部发生相对运动。活动时发生内摩擦然后 构成了流体力学原理研讨的杂乱内容之一 精品文档 1.1.2 流体活动的调查办法 流体是由很多的彼此间有必定空隙的单个分子所组成。在物理 化学（气体分子运动论）重要调查单个分子的微观运动，分子的运 动是随机的、不规则的紊乱运动。这种调查办法以为流体是不接连 的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将非常杂乱。 1.1.2.1 接连性假定(Continuum hypotheses) 在化工原理中研讨流体在停止和活动状况下的规则性时，常 将流体视为由很多质点组成的接连介质。 接连性假定:假定流体是有很多质点组成、彼此间 没有空隙、彻底充溢所占空间接连介质，流体的物性及 运动参数在空间作接连散布，然后能够运用接连函数的 数学东西加以描绘。 精品文档 1.1.2 流体活动的调查办法 1.1.2.2 流体活动的调查办法 ① 拉格朗日法 选定一个流体质点，对其盯梢观 察，描绘其运动参数（位移、数度等）与时刻的联系。 可见，拉格朗日法描绘的是同一质点在不同时刻的状 态。 ② 欧拉法 在固定的空间方位上调查 流体质点的 运动状况，直接描绘各有关参数在空间各点的散布情 况合随时刻的改变，例如对速度u，可作如下描绘： u x f x ( x , y , z , t ) , u y f y ( x , y , z , t ) , u z f z ( x , y , z , t ) 精品文档 1.1.3 流体活动中的效果力 任取一微元体积流体作为研讨目标，进行受力 剖析，它遭到的力有质量力（体积力）和外表力两类。 （1）质量力（体积力） 与流体的质量成正比， 质量力关于均质流体也称为体积力。如流体在重力场中所 遭到的重力和在离心力场所遭到的离心力，都是质量力。 （2）外表力 外表力与效果的外表积成正比。单 位面积上的外表力称之为应力。 ①垂直于外表的力p，称为压力（法向力）。 单位面积上所受的压力称为压强p。 ② 平行于外表的力F，称为剪力（切力）。 单位面积上所受的剪力称为应力τ。 精品文档 1.2.流体静力学根本方程( Basic equations of fluid statics ) ? * 本节首要内容 流体的密度和压强的概念、单位及换算等； 在重力场中的停止流体内部压强的改变规则及其 工程运用。 * 本节的关键 关键把握流体静力学根本方程式的适用条件 及工程运用实例。 * 本节的难点 本节点无难点。 精品文档 1.2 流体静力学根本方程 流体静力学首要研讨流体流体停止时其内部压强变 化的规则。用描绘这一规则的数学表达式，称为流体静 力学根本方程式。先介绍有关概念： 1.2.1 流体的密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。以ρ 表明，单位为kg/m3。 （1-1) 式中ρ---流体的密度，kg/m3 ； m---流体的质量，kg； V---流体的体积，m3。 当ΔV→0时，Δm/ΔV 的极限值称为流体内部的某点 密度。 精品文档 1.2.1 流体的密度 1.2.1.1 液体的密度 液体的密度简直不随压强而改变，随温度略有改 变，可视为不行紧缩流体。 纯液体的密度可由试验测定或用查找手册核算的方 法获取。 混合液体的密度，在疏忽混合体积改变条件下， 可用下式预算（以1kg混合液为基准），即 （1-2） 式中ρi ---液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3；