三 流体流动
流 体 流 动
第一章流体流动 动量传递 三传热量传递 质量传递 任务： ① 揭示和研究流体静态平衡规律（静力学基本方程式） ② 揭示和研究流体流动的基本规律（柏努利方程和连续性方程） ③ 研究流体阻力及产生原因 ④ 理论应用：管道设计与计算、阻力计算、压强和流量测定等
第一章 流体流动 ② 揭示和研究流体流动的基本规律(柏努利方程和连续性方程) 任务: ① 揭示和研究流体静态平衡规律(静力学基本方程式) ④ 理论应用：管道设计与计算、阻力计算、压强和流量测定等 ③ 研究流体阻力及产生原因 质量传递 热量传递 动量传递 三传
概念： 1.流体一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.不可压缩流体一密度受压力和温度影响很小的流体。 p≠f(T,P) 3.可压缩流体一密度受压力和温度影响的流体。 p=f(T,P) 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 )
流体的分子特性 流体由大量的分子组成，分子间具有一定距 离（微观角度上流体是不连续的） 流体的分子特性 ■流体是由大量作无序随机运动的分子所组成： 分子之间有一定的间隙 ■流体的物理量在空间和时间上的分布不连续；
流体的分子特性 流体由大量的分子组成，分子间具有一定距 离（微观角度上流体是不连续的） 流体的分子特性 ◼ 流体是由大量作无序随机运动的分子所组成； ◼ 分子之间有一定的间隙； ◼ 流体的物理量在空间和时间上的分布不连续；
连续介质假定 工程上研究流体的宏观特性，即大量分子的统计特性而非 单个分子行为。 。假定流体是由连续分布的流体质点所组成； ▣流体质点是大量分子组成的集合； 口流体质点在宏观尺度足够小，远远小于设备尺寸；微 观足够大，远远大于分子的自由程。 ◆表征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和时间 上是连续的分布函数
连续介质假定 ◆ 假定流体是由连续分布的流体质点所组成； 流体质点是大量分子组成的集合； 流体质点在宏观尺度足够小，远远小于设备尺寸；微 观足够大，远远大于分子的自由程。 ◆ 表征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和时间 上是连续的分布函数。 工程上研究流体的宏观特性，即大量分子的统计特性而非 单个分子行为
流体的物理性质 1.1.1密度、比重、重度的概念 密度一单位体积物质（流体)所具有的质量。属于物性 p=m/wSI制单位：kg/m3。 影响密度的主要因素：p=f(T,P) 1.液体：p≈f(T)（即视为不可压缩流体) 查物性数据 手册 2.气体：p=f(T,p)一公式计算 m PM (若为理想气体)高温、低压下： RT 标况与其它状况间换算关系： p-porop Tpo M 标况：T°=273.15K p9=101.325kP 22.4
1.1 流体的物理性质 22.4 M = T p Tp = T K 273.15 = m pM V RT = = 1.1.1 密度、比重、重度的概念 一. 密度—单位体积物质（流体）所具有的质量。属于物性 ρ = m/v SI制单位：kg/m3 。 影响密度的主要因素： ρ = f（T , P） 1.液体： ρ ≈ f（T）（即视为不可压缩流体） （若为理想气体）高温、低压下: ——查物性数据 手册 ——公式计算 标况与其它状况间换算关系: 2.气体： ρ = f（T,p) 标况: 101.325 a p kP =
3.混合流体的密度可按下列计算： 混合液体： (混合前后体积不变) (混合前后质量不变) 混合理想气体 n=2(p D. p·Mm 其中 M.=∑yM RT 式中：w,一第组分质量分率 pi一 第组分密度 yⅵ一第组分气体的体积或摩尔分率 Mⅱ一第组分气体分子量
混合液体: 混合理想气体: 1 1 m n i i i w = = （混合前后体积不变 ） ( ) 1 m n i i i y = = （混合前后质量不变 ） m m p M RT = 其中 M m = yi M i 式中：wi — 第i组分质量分率 3.混合流体的密度可按下列计算: Mi — 第i组分气体分子量 yi — 第i组分气体的体积或摩尔分率 ρi — 第i组分密度
二.比重（相对密度）d一—某流体密度与4℃水的密度之比 0 或 04° 无因次 277K 277K PH20 PH20 277K 4° PH20 =pH20 =1000kg/m 三.比容：v=1/p 即：单位质量流体所占有的体积，m3kg 四.重度：r=pg单位体积物质 (流体)所具有的重量。 式中单位： (工程制) (SI制) r一kgf/m3 N/m3 P-kgf-s2/m4 kg/m3 g-9.81m/s2 9.81m/s2
二. 比重（相对密度）d——某流体密度与4℃水的密度之比 式中单位：（工程制） （SI制） r — kgf/m3 N/m3 ρ — kgf·s2 /m4 kg/m3 g — 9.81m/s2 9.81m/s2 K H O d 277 2 = K H O t C d4 277 2 或 = 277 4 3 1 0 0 0 / 2 2 k g m C H O K H O = = 无因次 三. 比容:ν = 1/ρ 即:单位质量流体所占有的体积，m3 /kg 四. 重度:r = ρ·g 单位体积物质（流体）所具有的重量
例求千空气在常压（p=101.3kPa)、20℃下的密度。 ·解 ·①直接由附录查得20℃下空气的密度为1.205kg/m3; ·②由手册查得空气的千摩尔质量 M=28.95kg/kmo1,则 Ds pM 101.3×28.95 =1.204kg/m3 RT 8.314(273+20)
◼ 例 求干空气在常压 ( p＝101.3kPa)、20℃下的密度。 ◼ 解 ◼ ①直接由附录查得20℃下空气的密度为 1.205kg／m 3； ◼ ②由手册查得空气的千摩尔质量 M ＝ 28.95kg／kmol，则 3 1.204 / 8.314(273 20) 101.3 28.95 k g m RT pM = + = =
③若查得101.3kPa、0℃下空气的密度为1.293kg/m3,可以换 算为20℃下之值。 P=P T0=1.293 73 =1.205kg/m3 293 ④若把空气看作是由21%氧和79%氮组成的混合气体时，计算：用 下标1表示氧气，下标2表示氮气，则干空气的平均千摩尔质量M ■Mm=M1y1+M2y2=32X0.21+28×0.79=28.84kg/kmo1 ·则 pML 101.3×28.84 =1.200kg/m RT 8.314×293
④若把空气看作是由21％氧和79％氮组成的混合气体时，计算：用 下标1表示氧气，下标2表示氮气，则干空气的平均千摩尔质量Mm： ◼ Mm ＝M1 y1 +M2 y2 ＝32×0.21+28×0.79＝28.84kg／kmol ◼ 则 0 3 0 1.205 / 293 273 1.293 k g m T T = = = 3 1.200 / 8.314 293 101.3 28.84 k g m RT pMm m = = = ③若查得101.3kPa、0℃下空气的密度为1.293kg／m 3，可以换 算为20℃下之值