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1、2023/3/81第一章第一章 流体流动流体流动 研究流体流动问题的重要性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；流体流动与输送是最普遍的化工单元操作之一；研研究究流流体体流流动动问问题题也也是是研研究究其其它它化化工工单单元元操操作作的的重要基础。重要基础。2023/3/822023/3/832023/3/84 连续介质假定连续介质假定 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。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，其尺寸远小于设备质点：由大量分子构成的
2、微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。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，从宏观角度工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观角度 研究流体。研究流体。2023/3/85 流体的可压缩性流体的可压缩性 不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变 化，如液体；化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。如气体。2023/3/86一、一、压力压力 流流体体垂垂直直作作用用于于单单位位面面积积上上的的力力，称称为为流流体体的的静压强，习惯上又称为压力。静压强，习惯上又称为压
3、力。1.压力的单位压力的单位 SI制：制：N/m2或或Pa；标准大气压：标准大气压：1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33m H2O第一节第一节 流体静力学流体静力学2023/3/872.压力的表示方法压力的表示方法 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。以绝对真空为基准测得的压力。表压或真空度表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。以大气压为基准测得的压力。2023/3/88表表 压压=绝对压力绝对压力 大气压力大气压力真空度真空度=大气压力大气压力 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力 绝对压力绝对压力 绝对真空绝对真空 表压表压 真空度真空度 大气压大气压 202
4、3/3/89 流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；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；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。作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。3.静压力的特性静压力的特性2023/3/810二、流体的密度与比体积二、流体的密度与比体积（一）密度（一）密度 单位体积流体的质量。单位体积流体的质量。kg/m3 1.单组分密度单组分密度 液体液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。化关系可从手册中查得。2023/3/
5、811 气体气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想当压力不太高、温度不太低时，可按理想 气体状态方程计算：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。下之值，若条件不同，则需进行换算。2023/3/8122.混合物的密度混合物的密度 混合气体混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有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。气体混合物中各组分的体积分数。或或混合气体的平均摩尔质量；混合气体的平均摩尔质量；气体混合物中各组分的摩尔气体混合物中各组分的摩尔(体积体积)分数。分数。
6、2023/3/813 混合液体混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有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。液体混合物中各组分的质量分数。（二）比体积（二）比体积单位质量流体的体积。单位质量流体的体积。m3/kg2023/3/814重力场中对液柱进行受力分析：重力场中对液柱进行受力分析：（1）上端面所受总压力）上端面所受总压力 （2）下端面所受总压力）下端面所受总压力 （3 3）液柱的重力）液柱的重力设流体不可压缩，设流体不可压缩，p0p2p1z1z2G方向向下方向向下方向向上方向向上方向向下方向向下三、三、流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 2023/3
7、/815液柱处于静止时，上述三力的合力为零液柱处于静止时，上述三力的合力为零:压力形式压力形式能量形式能量形式静力学基本方程静力学基本方程 式式p0p2p1z1z2G2023/3/816讨论：讨论：（1）适适用用于于重重力力场场中中静静止止、连连续续的的同同种种不不可可压压缩缩性性流体流体；（2）物理意义：）物理意义：单位质量流体所具有的位能，单位质量流体所具有的位能，J/kgJ/kg；单位质量流体所具有的静压能，单位质量流体所具有的静压能，J/kgJ/kg。在同一静止流体中，处在不同位置流体的在同一静止流体中，处在不同位置流体的位位能和静压能能和静压能各不相同，但二者可以转换，其各不相同，但
8、二者可以转换，其总和总和保持不变保持不变。2023/3/817（3）在在静静止止的的、连连续续的的同同种种流流体体内内，处处于于同同一一水水平平面面上上各各点点的的压压力力处处处处相相等等。压压力力相相等等的的面面称称为为等等压压面面。（4 4）压压力力具具有有传传递递性性：液液面面上上方方压压力力变变化化时时，液液体体内部各点的压力也将发生相应的变化。内部各点的压力也将发生相应的变化。2023/3/818四、静力学基本方程的应用四、静力学基本方程的应用 （一）（一）压力测量压力测量 1.U形管液柱压差计形管液柱压差计 设指示液的密度为设指示液的密度为 ，被测流体的密度为被测流体的密度为 。A
9、与与A面面 为等压面，即为等压面，即而而p1p2mRAA2023/3/819所以所以整理得整理得若被测流体是气体，若被测流体是气体，有，有p1p2mRAA2023/3/820讨论：讨论：U形形管管压压差差计计可可测测系系统统内内两两点点的的压压力力差差，当当将将U形形管管一一端端与与被被测测点点连连接接、另另一一端端与与大大气气相相通通时时，也也可可测测得流体的表压或真空度；得流体的表压或真空度；指示液的选取：指示液的选取：指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；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。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
10、液。应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。2023/3/8212.倒倒U形管压差计形管压差计 指示剂密度小于被测流体密度，指示剂密度小于被测流体密度，如如空气作为指示剂空气作为指示剂 2023/3/8223.斜管斜管压差计压差计 适用于压差较小的情况。适用于压差较小的情况。值越小，读数放大倍数越大。值越小，读数放大倍数越大。2023/3/823 密度接近但不互溶的两种指示密度接近但不互溶的两种指示 液液A和和C ；4.微差压差计微差压差计 扩扩大大室室内内径径与与U管管内内径径之之比比应应大于大于10。2023/3/824（二）（二）液位测量液位测量 1.1.近距离液位测量装置近距离液位
11、测量装置 压差计读数压差计读数R反映出容器反映出容器内的液面高度。内的液面高度。液液面面越越高高，h越越小小，压压差差计计读读数数R越越小小；当当液液面达到最高时，面达到最高时，h为零，为零，R亦为零。亦为零。2023/3/8252.2.远距离液位测量装置远距离液位测量装置 管管道道中中充充满满氮氮气气，其其密密度度较较小小，近近似似认为认为 而而所以所以 AB2023/3/826（三）（三）液封高度的计算液封高度的计算 液封作用：液封作用：确确保保设设备备安安全全：当当设设备备内内压压力力超超过过规规定定值值时时，气气体从液封管排出；体从液封管排出；防止气柜内气体泄漏。防止气柜内气体泄漏。液
12、封高度：液封高度：2023/3/827第二节第二节 管内流体流动的基本方程管内流体流动的基本方程 1.体积流量体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。单位时间内流经管道任意截面的流体体积。qVm3/s或或m3/h 2.2.质量流量质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。单位时间内流经管道任意截面的流体质量。qmkg/s或或kg/h。二者关系：二者关系：（一）流量（一）流量一、一、流量与流速流量与流速2023/3/828（二）流速（二）流速2.2.质量流速质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。1.1.流速流速（平均平均流速）流速
13、）单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。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：流量与流速的关系：m/s2023/3/829对于圆形管道：对于圆形管道：流量流量qV一般由生产任务决定。一般由生产任务决定。流速选择：流速选择：3.管径的估算管径的估算 d 设备费用设备费用 流动阻力流动阻力 动力消耗动力消耗 操作费操作费均衡均衡考虑考虑uu适宜适宜费费用用总费用总费用设备费设备费操作费操作费2023/3/830 二、二、稳态流动与非稳态流动与非稳稳态流动态流动稳稳态态流流动动：各各截截面面上上的的温温度度、压压力力、流流速速等等物物理理量量仅随位置变化
14、，而不随时间变化；仅随位置变化，而不随时间变化；非非稳稳态态流流动动：流流体体在在各各截截面面上上的的有有关关物物理理量量既既随随位位置变化，也随时间变化。置变化，也随时间变化。2023/3/831三、三、连续性方程式连续性方程式 对对于于稳稳态态流流动动系系统统，在在管管路路中中流流体体没没有有增增加加和和漏漏失失的情况下：的情况下：推广至任意截面推广至任意截面 11 2 2连续性方程式连续性方程式2023/3/832不可压缩性流体，不可压缩性流体，圆形管道圆形管道：即即不不可可压压缩缩流流体体在在管管路路中中任任意意截截面面的的流流速速与与管内径的平方成反比管内径的平方成反比。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH