《化工原理》课程教学资源（讲稿）第1章 流体流动-1

王晶课件晶课件工大学学化工学院()化工原理山东理山东化学第1章流体流动晶课件王晶课件工大学汾化学化工学院山东理工授课教师：王晶山东理化学化工

化工原理（I） 授课教师：王晶 第1章 流体流动 - 1 1

流体流动问题是化工厂最常遇到的一个问题，也是化工单元操作中的人个最基本问题。化工生产中所处理的物料以流体占大多数，流体的输送是在管路中进行的，因此流体输送管路在化工生产中起着重要的作用，可看成与人体里的血管相当。输送管路是由管子、阀门、输送机械（泵、通风机等）、流量计等部分机械组成，它四通八达于各处。对于这类大量的输送管路和设备，如能做到正确设计、布置和选用，就会为企业节约许多生产资料、避免浪费。学习这一章主要目的有四个方面：1、讨论粘性流体动量传递的基本原理2、掌握流体一些基本规律3、了解流体输送设备的基本结构。4、解决流体输送中的问题

流体流动问题是化工厂里最常遇到的一个问题，也是化工单元操 作中的一个最基本问题。化工生产中所处理的物料以流体占大多数， 流体的输送是在管路中进行的，因此流体输送管路在化工生产中起着 重要的作用，可看成与人体里的血管相当。输送管路是由管子、阀门、 输送机械（泵、通风机等）、流量计等部分机械组成，它四通八达于 各处。对于这类大量的输送管路和设备，如能做到正确设计、布置和 选用，就会为企业节约许多生产资料、避免浪费。学习这一章主要目 的有四个方面： 1、讨论粘性流体动量传递的基本原理。 2、掌握流体一些基本规律。 3、了解流体输送设备的基本结构。 4、解决流体输送中的问题。 2

晶课件晶课件概念：液。固体在一定条件下1.流体一具有流动性质的物体，常指气、也具流体性质(流态化)。2.不可压缩流体←密度受压力和温度影响很小的流体。p± f(T,P)晶课件大学3.可压缩流体←密度受压力和温度影响的流体学院p=f(T,P)明+通常认为液体为不可压缩流体，当压力或温度变化率较小时气体亦即

通常认为液体为不可压缩流体，当压力或温度变化率 较小时气体亦即。 概念: 1.流体— 具有流动性质的物体，常指气、液。固体在一定条件下 也具流体性质(流态化)。 2.不可压缩流体— 密度受压力和温度影响很小的流体。 3.可压缩流体— 密度受压力和温度影响的流体。   f (T,P)   f (T,P) 3

1.1流体的物理性质课1.1.1流体的密度院2AA733山东理工密度定义：单位体积流体所具有的质量东化学化工m表达式化学p=V不同的单位制，密度的单位和数值都不同最课件大学岁一定质量的理想气体CPD= nRTERT化学化工学院王晶X山东理山东理pM0V化学化RT

1.1 流体的物理性质 1.1.1 流体的密度 密度定义：单位体积流体所具有的质量 表达式 不同的单位制，密度的单位和数值都不同 一定质量的理想气体： V m   RT m w pV  nRT＝ ＝ RT pM  4

X混合物的密度液体混合物：各组分浓度用质量分率表示，以1kg质量混合液为基准，各组份在混合前后其体积不变，混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和，即：XWBwnWA大学PnPAPBm1学院日日式中一液体混合物中各组分的密度kg.k..Pn东理之-液体混合物中各组分的质量分率化学化wn化学

混合物的密度 液体混合物：各组分浓度用质量分率表示,以1kg质量混合 液为基准，各组份在混合前后其体积不变，混合物的体积等 于各组分单独存在时的体积之和，即： n wn B wB A wA m x x x        1 3 式中  A、 B   n  液体混合物中各组分的密度，kg / m xwA、 xwB  xwn  液体混合物中各组分的质量分率 5

件各组分浓度用体积分率表示气体混合物王晶课A以1m混合气体为基准各组份在混合前后其质量不变，混合物的质量等于各组分单独存在时的质量之和，即：Pm = PAXvA + PXvB +..+ PnXvn东理工大学晶课件王晶课工学院PMm理想气体混合物-p..mRT山东路化学化工XM. = Miy+M,y, +....+ M.y

气体混合物： 各组分浓度用体积分率表示， 以1m 3混合气体为基准， 各组份在混合前后其质量不变，混合物的质量等于各组 分单独存在时的质量之和，即： 式中 xvA、 xvB  xv n  气体混合物中各组分的体积分率。 m A V A B V B n V n    x   x   x 理想气体混合物: ＝ RT PMm  m m n n M  M y  M y  M y 1 1 2 2 6

1.1流体的物理性质王晶课1.1.2流体的粘性学院东理一.牛顿粘性定律流动性：无固定形状,在外力作用下流体内部产生相对运动粘性：在运动状态下,流体具有一种抗拒内在的向前运动的特性现象：流动的河流，从中心到岸边不同距离的河水流速不同5本质：流体运动时流体内部相邻流体层相互之间存在内摩擦力流体粘性的表现，也是阻力产生的依据山东+

一.牛顿粘性定律 —— 流体粘性的表现,也是阻力产生的依据. ① 现象:流动的河流，从中心到岸边不同距离的河水流速不同 ② 本质:流体运动时流体内部相邻流体层相互之间存在内摩擦力 流动性:无固定形状,在外力作用下流体内部产生相对运动 粘性:在运动状态下,流体具有一种抗拒内在的向前运动的特性 1.1.2 流体的粘性 1.1 流体的物理性质 7

牛顿粘性定律人昌课件N汾条件：3院推力(1)两块平板平行放置u+dudy木(2)面积很大,相距很近,板间duy充满某种静止流体U=00xdu速度梯度与流动方向相垂直的y方向上流体速度的变化率dy实验证明对于一定的液体，内摩擦应力与两流体层的速度梯度即：成正比du山东T=μ牛顿粘性定律t的单位是PadyX8

③ 牛顿粘性定律 实验证明,对于一定的液体,内摩擦应力τ与两流体层的速度梯度 成正比，即: 条件: (2)面积很大,相距很近,板间 充满某种静止流体 (1)两块平板平行放置 dyy u du  du :与流动方向相垂直的y方向上流体速度的变化率 du dy 速度梯度 du dy    ——牛顿粘性定律 8 τ的单位是Pa

流体粘度流体速度梯度为1m／（s:m）时，u的物理意义:作用于单位面积上的流体内摩擦力（剪应力）Ttu=du注意：粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时dy才显现出来。μ的单位：SI制:Pa's物理制：P、cP(泊、厘泊)换算：1P=100cP=0.1Pa·s1cP=1X10-3Pa:sS晶课S山学院V=——运动粘度?O物理制：斯托克斯(St)（沧duo）SI单位为m?/scSt、厘池换算:1St=100cSt=1X10-4m2/s1St=1cm?/s

μ的物理意义: 流体速度梯度为1m /（s·m）时，作用于单位面积 上的流体内摩擦力（剪应力）τ 运动粘度γ = μ/ρ γ——运动粘度 换算:1St = 100cSt = 1×10-4 m2 /s 1St= 1cm2 /s ④ μ —— 流体粘度 换算:1P = 100cP = 0.1Pa · s 1cP = 1×10-3 Pa · s μ的单位：SI制：Pa·s 物理制：P、cP(泊、厘泊) 物理制:斯托克斯（St）, （沲duo） cSt 、厘沲 v    dy du    注意: 粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时 才显现出来。 SI单位为m2 /s 9

混合物粘度（了解即可）：件之分子不缔合的液体混合物lgu.Igu,x化工学院yu,MyZ气体混合物：μmEym!式中：x一液体混合物中i组分的摩尔分率；Hi气体混合物中i组分的摩尔分率；汾"杀与混合物相同温度下的i组分的粘度；学院M一气体混合物中组分的分子质量粘度为零的流体称为理想流体。理想流体：自然界不存在真正的理想流体。中X10

混合物粘度 （了解即可）： 分子不缔合的液体混合物：    m i i lgμ x lgμ 气体混合物：    2 1 2 1 μ μ i i i i i m y M y M 式中：xi－液体混合物中i组分的摩尔分率； yi－气体混合物中i组分的摩尔分率； μi－与混合物相同温度下的i组分的粘度； Mi－气体混合物中i组分的分子质量。 理想流体 ： 粘度为零的流体称为理想流体。 自然界不存在真正的理想流体。 10