1、青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动1/概述概述流体流动所涉及基本物理量流体流动所涉及基本物理量流体静力学基本方程及其应用流体静力学基本方程及其应用青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动2/质量传递质量传递热量传递热量传递动量传递动量传递三传三传液体液体气体气体流体流体概述概述 流体特征：流体特征：Nature of fluids流动性：抗剪、抗张的能力很小流动性：抗剪、抗张的能力很小 无固定形状无固定形状 在外力作用下，内部发生相对运动在外力作用下，内部发生相对运动 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动3/一一. . 应用（研究流体流动基本原理的应用）应用（研究流
2、体流动基本原理的应用）流体输送流体输送 计算能量，选择输送机械计算能量，选择输送机械 压力、温度、流量的测定压力、温度、流量的测定 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动4/二二. 本章讨论的前提本章讨论的前提连续性假设连续性假设 视流体为由无数视流体为由无数质点质点（分子集团）（分子集团）所组成的连续介质。所组成的连续介质。 u 流体微团（或流体质点）的特点：流体微团（或流体质点）的特点：宏观上足够小宏观上足够小 以致于可将其看成一个几何上没有维度的点；以致于可将其看成一个几何上没有维度的点；相对微观分子足够大相对微观分子足够大 表现出大量分子的统计学性质；表现出大量分子的统计学性质
3、；青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动5/第一节第一节 流体静力学基本方程流体静力学基本方程1密度密度 (Density):单位质量流体所具有的质量单位质量流体所具有的质量 用表示，属于物性一流体静力学所涉及主要物理量（密度、比容、比重、重度）一流体静力学所涉及主要物理量（密度、比容、比重、重度）VmSI: 【kg/m3】),(PTf 同一种流体：同一种流体：青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动6/1、液体的密度、液体的密度 压力影响较小，可视为不可压缩性流体压力影响较小，可视为不可压缩性流体 )(Tf 获取获取 的方法：的方法：纯组分：查物性数据手册纯组分：查物性数据手册
4、 混合液体：公式计算混合液体：公式计算 nnmaaa 22111 以单位质量流体（以单位质量流体（1kg1kg）为基准：）为基准：混合前后体积不变：混合前后体积不变：ia 其中：其中：为组分为组分i的质量分数的质量分数 iiimma 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动7/例例1：计算：计算293K时时60（质量分数）的醋酸水溶液的密度。质量分数）的醋酸水溶液的密度。解：解： 查取查取293K时，时， 998 kg/m3， 1049 kg/m3水 醋酸故故 293K时醋酸水溶液的密度为：时醋酸水溶液的密度为：醋酸醋酸水水aam1 104960. 099840. 0 31028mkgm
5、 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动8/2 2、气体的密度、气体的密度 可压缩性流体：可压缩性流体：),(PTf计算气体密度时，计算气体密度时，注意：注意：必须表明气体的状态必须表明气体的状态 存在标准状况下及操作条件下的密度之间的转换存在标准状况下及操作条件下的密度之间的转换 在压强不太高（在压强不太高（ 10atm10atm），温度不太低时，），温度不太低时，按理想气体处理按理想气体处理 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动9/（a a）理想气体）理想气体 的求取的求取 由理想气体状态方程：由理想气体状态方程：RTMmnRTPVRTPM atmP10KT2730 00
6、0RTMP000TPPT 000TPPT青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动10/（b b）理想气体混合物）理想气体混合物 的求取的求取以单位体积混合气为基准：以单位体积混合气为基准：nniimyyyy 2211 iy 各组分的体积分数各组分的体积分数 前提是：前提是：混合前后气体的质量相等混合前后气体的质量相等 iiiiiiiPPVVnny 另外：nniimyMyMyMyMM 2221青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动11/例例2 2 在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含在盐酸制造过程中，氯化氢气体混合物（其中含25HCl；75空气，均为体积百分数），在空气，均为
7、体积百分数），在50oC及及743mmHg( (绝压绝压) )的条件下进入吸收塔，试计算气体混合物的密度。的条件下进入吸收塔，试计算气体混合物的密度。解：已知 MHCl=36.5 M空气29，yHCl=0.25，yair=0.75 T=273+50=323K, P=743mmHg2221yMyMMm000TPPTmm4 .220mmM22110yymMm=30.8751.14 kg/m3青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动12/2、比容比容（ ） 定义：单位质量流体的体积定义：单位质量流体的体积 1【 m3/kg 】3、比重比重 （d）定义：相对密度定义：相对密度 OHd2OH 2:
8、 4oC时水的密度，时水的密度，1000 kg/m34、重度重度 （ ） g定义：单位体积流体的重量定义：单位体积流体的重量 【 kgf/m3】青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动13/二、压强二、压强(pressure)1 1、定义：、定义： 单位面积上受到的垂直作用力单位面积上受到的垂直作用力2 2、表达式：、表达式：AFP PamN2/SI:PabarOmHmmHgcmkgfatm1013250133. 133.10760033. 1122 OmHmmHgPaatcmkgf242106 .73510807. 911 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动14/3 3、绝
9、对压强、表压、真空度、绝对压强、表压、真空度 绝对压强：绝对压强： 以绝对零压为起点计算的压强，流体的真实压强以绝对零压为起点计算的压强，流体的真实压强 表压：表压：当被测流体的绝对压强大于外界大气压时，用测压表当被测流体的绝对压强大于外界大气压时，用测压表 测得的压强测得的压强表压强表压强 绝对压强绝对压强 当地大气压强当地大气压强真空度：真空度：当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，用真空表当被测流体的绝对压强小于外界大气压时，用真空表 （计，规）测得的压强（计，规）测得的压强真空度真空度 当地大气压强绝对压强当地大气压强绝对压强 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动15/绝对压
10、力为零（绝对真空）大气压绝对压力表压绝对压力真空度注：注：大气压必须指当时、当地的大气压大气压必须指当时、当地的大气压 真空度称为负压真空度称为负压 表压表压 以后应用中必须指明以后应用中必须指明P P的性质（的性质（P P表表、P P真真、P P绝绝）青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动16/dzz二、流体静力学基本方程二、流体静力学基本方程(Hydrostatic Equilibrium)1、方程的推导静止流体内部取厚度为静止流体内部取厚度为dz的微元的微元根据静止状态下受力平衡原理：根据静止状态下受力平衡原理：0iF 对流体微元对流体微元 Adz 进行受力分析（向下方向为正）：
11、进行受力分析（向下方向为正）：下底面总压力下底面总压力: - pA pp+dp上底面总压力上底面总压力: (pdp)A自身重力：自身重力： gAdz gdz 0gdzdp z1z2p1p2dzgdpzzpp2121 不可压缩流体：不可压缩流体：常数常数常数 gzp 给定边界条件：给定边界条件：2211gzpgzp 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动17/2211gzpgzp流体静力学基本方程：流体静力学基本方程：【J/kg】zgzzgpp)(1221 zgpp21 ghpp0 02pp hgpp12 【Pa】【m液柱】青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动18/说明：说明：
12、1 重力场中，流体必须是重力场中，流体必须是静止的静止的、连续的连续的、同一种同一种流体，流体， 且且 常数常数ghpp02 由式由式可知，流体中任一点的压强大小与可知，流体中任一点的压强大小与液面压强、本身密度及深度液面压强、本身密度及深度h有关，故流体中同一水平面有关，故流体中同一水平面上各点的压强相等，称为上各点的压强相等，称为等压面等压面。3 由式由式hgpp12知，压强或压差可用液柱高度表示，但知，压强或压差可用液柱高度表示，但必须注明何种液体。必须注明何种液体。4 容器中气体密度变化不大，可近似认为常数，故以上公式容器中气体密度变化不大，可近似认为常数，故以上公式也适用于气体。也适
13、用于气体。青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动19/gRpppa )(11表表ghgRppa 011.2.3 流体静力学基本方程的应用流体静力学基本方程的应用 Applications of Fluid Staticsv单管压力计vU型管压力计1、压力计、压力计(Manometers) pa R A 1 . 单管压力计 pa A 1 h R 2 3 0 U 形压力计 青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动20/ 2 1 z2 z1 R3 3 0gRgzpRzgp02211 gRgzpgzp 022111.2.3 流体静力学基本方程的应用流体静力学基本方程的应用2压差计压差计(1)U形压差计形压差计gRzgPP021若被测管段水平放置gRPP021青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动21/ p1 p2 z1 1 z1 R 2 gRpp1221 p1 R p2 R 0 倾斜式压差计倾斜式压差计(2)双液柱压差计双液柱压差计 1略小于略小于 2读数放大青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动22/1.2.3 流体静力学基本方程的应用流体静力学基本方程的应用液位的测量液封高度的计算青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动23/ 下节课内容nP14，15 P 17-20预习作业P 70 1-4青岛科技大学本科生课程化工原理第一章 流体流动24/
