内蒙古工业大学：《化工原理——化工流体流动与传热》课程教学资源（PPT课件）第一章 流体流动

POLYTECHNIC 第一章流体流动m INNER MO 10概述 POLYTECHNIC UNIVE 11流体的物理性质 13流体流动的基本概念火学 INER MONGOLI 1流动阻力的让 IC UNIVERSITY POLYTECINIO 12流体静止的基本方程 IONGOLIA 1.4流体流动的总衡算方程 等1管的计第与流量测量 INNER 本章总结一联系图 INNER MONGOL IA N OINHDILX TOd LLISU AINT S NSSO HZI BEZET+:ICOz 第一章流体流动 1/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 1/146 第一章 流体流动 1.0 概述 1.1 流体的物理性质 1.2 流体静止的基本方程 1.3 流体流动的基本概念 1.4 流体流动的总衡算方程 1.10 流动阻力的计算 1.11 管路计算与流量测量 本章总结－联系图

POLYTECHNIC 10概述 R MONGOLIA 流体:气体和液体的统称。 形状而变化:在外力作用下其内部发生相对运动。 流体流动规律在化工生产中的应用: √解决流体的输送问题 压力、流速、流量的测量;② √为强化设备能力提供适宜的条件。 INNER vI109 INNER MIONGOL IA INn OINHD3LA TOd ALISNAINT D LA YSSOFHZI BEZHZEIZOZ 第一章流体流动 2/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 2/146 1.0 概述 流体：气体和液体的统称。 流体的特性：流动性；无固定形状，随容器的 形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。 流体流动规律在化工生产中的应用： ü解决流体的输送问题； ü压力、流速、流量的测量； ü为强化设备能力提供适宜的条件

01:流体的物理性质1mmm 1.1连续介质的假定 1.1.1.1连续介质 INNER MONO aYTE Am/Av P(x,y,z) 少质量△m 体积△V p Z INNER MONGOLIA 0 △V △VNR 将好大量分子构成的集团称为质点,其大小与容器 或管路的尺寸相比微不足道。流体就是由无数个 质点所构成的,质点在流体内部一个紧挨一个 之间无间,所以流体是连续的,叫连续介质。 2021年2月23日12时05分第一草流体流动 3/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 3/146 1.1 流体的物理性质 1.1.1 连续介质的假定 1.1.1.1 连续介质 P(x,y,z) 体积ΔV 质量Δm y x z Δm/ΔV ΔV 0 ΔV’ ρ 当包含点P(x,y,z)的微元体积ΔV< ΔV’时，随机进入和跃 出此体积的分子数不能时时平衡，即产生分子数的随机 波动，从而导致了ΔV内的流体的平均密度也随机波动， 此时流动表现出分子的个性。 ΔV≥ ΔV’时，平均密度逐 渐趋于一个确定的极限值，且不随微元体积的增大而改 变。 可见， ΔV’是一特征体积，它表示当几何尺寸很小但包 含足够多分子时的体积。其流体的宏观特性即为其中的 分子统计平均特性，此微元体积中的所有流体分子的集 合称为流体质点。 而流体就是由连续分布的流体质点所组成。 将大量分子构成的集团称为质点，其大小与容器 或管路的尺寸相比微不足道。流体就是由无数个 质点所构成的，质点在流体内部一个紧挨一个， 之间无间隙，所以流体是连续的，叫连续介质

POLYTECHNIC 1112流体的物理量 描述流体性质及其运动规律的物理量很多,如密 度、压力、组成、速度、温度等。据连续介质假 上的流体质点的物理量。如密度:0mNc 定,任何空间点上流体的物理量都是指位于该点 NER MONGOL P=→A4 1V很小 A→>0 任意空间点上流体质点的物理量在任意时刻都有确定 的数值,即流体的物理量是空间位置和时间的函数,如:NER OaLA1Od N VI(0 21x/110%=cx n=n:( 'x d-d" 密度场 7速度场温度场 2021年2月23日12时05分第一章流体流动 4/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 4/146 1.1.1.2.流体的物理量 任意空间点上流体质点的物理量在任意时刻都有确定 的数值，即流体的物理量是空间位置和时间的函数，如： ρ=ρ(x,y,z,θ)； u=u(x,y,z,θ)；t=t(x,y,z, θ) 密度场 速度场 温度场 V m lim V m lim V V' V' V           0    很小 描述流体性质及其运动规律的物理量很多，如密 度、压力、组成、速度、温度等。据连续介质假 定，任何空间点上流体的物理量都是指位于该点 上的流体质点的物理量。如密度：

POLYTECHNIC POLYTECHEN N 1.1.2流体的密度 YIELHNIC UNIVERSIT 定义:单位体积流体所具有的质量称为密度,用P表示, 单位kgm3。其表达式 YTECH INNER MONGOL IA 密度为流体的物性参数,随温度、压力而变化 1.121纯液体的密度蕌 INNER 不计。纯液体的密度可从有关手册中查取色 液体的密度一般只随温度而变化,压力的影响可忽略 POLYTECHNIC UNI 2021年2月23日12时05分第一章流体流动 5/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 5/146 1.1.2 流体的密度 定义：单位体积流体所具有的质量称为密度，用ρ表示， 单位kg/m３ 。其表达式： V m   密度为流体的物性参数，随温度、压力而变化。 1.1.2.1.纯液体的密度 液体的密度一般只随温度而变化，压力的影响可忽略 不计。纯液体的密度可从有关手册中查取

01.122纯气体的密度 气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、 温度不太低的情况下,可按理想气体处理。这样,纯气 体的密度计算公式为: 1根据查得状态计算 INER MONGOLI w Py P'y' Pp p/m 上标“”表查的状态 INNER MONGO 无上标表操作状态 PT 即 P=0 2根据标准状态计算 PVEP 00 pp 0″0 vI109 下标“0表标准状态 M PT 无下标表操作状态 : 22.4PT POLYTECH 2021年2月23日12时05分第一章流体流动 6/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 6/146 1.1.2.2.纯气体的密度 气体的密度与温度和压力有关。一般当压力不太高、 温度不太低的情况下，可按理想气体处理。这样，纯气 体的密度计算公式为： 1.根据查得状态计算 P' T PT' ' T' P' T p T' P'V' T PV ' m m         即：  2.根据标准状态计算 PT PT . M T PV T p T PV T PV m 0 0 0 0 0 0 0 0 22 4       即：  上标“′”表查的状态 无上标表操作状态 下标“0”表标准状态 无下标表操作状态

POLYTECHNIC 3根据操作状态计算 NER MONGOL 1123液体混合物的平均密度 ∴PV=nRT∵P RT INNER MONGO PM RT 对理想溶液,各组分混合前后体积不变,则1kg混合液体的 体积等于各组分单独存在时的体积之和。即混合液体的密 度Pm可按下式计算: INNER <dI vito 式中: 组分在混合物中的质量分率;woA n-组分单独存在时密度,kgm3。NCUN 2021年2月23日12时05分第一章流体流动 7/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 7/146 3.根据操作状态计算 RT PM RT M m m PV nRT P       即：  1.1.2.3 液体混合物的平均密度 对理想溶液，各组分混合前后体积不变，则1kg混合液体的 体积等于各组分单独存在时的体积之和。即混合液体的密 度ρm可按下式计算： 1/ρm =Σai/ρi 式中：ai－组分i在混合物中的质量分率； ρi－组分i单独存在时密度，kg/m3

POLYTECHNIC 11.2.4气体混合物的平均密度 对理想气体,各组分混合前后质量不变,则1m3混合 液体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。即混合气 体的密度pm可按下式计算:蕌 Pm vip 式中:y一组分在混合物中的体积分率(摩尔分率); p-组分单独存在时密度,kg/m3 NIVERSITY POLYTECHNIC UNIVERSITY POLY INNER MCNGOL IA INNER vI109 INNER MIONGOL IA 第一章流体流动 8/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 8/146 1.1.2.4 气体混合物的平均密度 1.对理想气体，各组分混合前后质量不变，则1m3混合 液体的质量等于各组分单独存在时的质量之和。即混合气 体的密度ρm可按下式计算： ρm =Σyiρi 式中：yi－组分i在混合物中的体积分率(摩尔分率)； ρi－组分i单独存在时密度，kg/m3

POLYTECHNIC 2.仿照纯气体密度的计算: Mm PTO INNER MONGOLIA OLYTECHNIC UNIVERSIT 224PT 式中:Mm一混合物平均分子量, kg/kmol INER MONGOLI M4-组分的分子量, kg/kmOr c UNIVERSITY POLYTECHNIC Mn=∑Mb POLY y一组分的摩尔分率 3仿照纯气体密度的计算 vI109 2142月23日12时0 TEC C UNIVERSITY POLYTECHNIC UNIVERSITY POLYTEC ALISSEAIN PM INNER MONGOL IA 第一章流体流动 9/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 9/146 3.仿照纯气体密度的计算： 2.仿照纯气体密度的计算： PT PT . Mm 0 0 22 4   式中：Mm－混合物平均分子量，kg/kmol。 Mm =∑Miyi Mi－组分i的分子量，kg/kmol； yi－组分i的摩尔分率。 RT PMm  m 

POLYTECHNIC 1.1.3 的粘性和理相流休 u 即无固定形状, 在外 面,在运动的 状态 性,称为粘性 这两 粘性的存在使得流体流过固体壁面时,对壁面有粘附力 作用,因而形成了一层静止的流体层。同时由于流体内部 分子间的相互作用,静止的流体层对与其相邻的流体层的 流动有着约束作用,使其流速变慢,这种约束作用随壁面NR cLIA远离而减弱,这种流速的差异造成了流体内部各层之间的 相对运动。 INNER MIONGO POLYTECHNIC UNIVE 2021年2月23日12时05分 第一章流体流动 10/146

2021年2月23日12时05分 第一章 流体流动 10/146 1.1.3 流体的粘性和理想流体 1.1.3.1 牛顿粘性定律 流体具有的特性：一方面，具有流动性，即无固定形状， 在外力作用下其内部产生相对运动。另一方面，在运动的 状态下，流体还具有抗拒内在向前运动的特性，称为粘性。 这两方面是互为矛盾的两方面。 粘性的存在使得流体流过固体壁面时，对壁面有粘附力 作用，因而形成了一层静止的流体层。同时由于流体内部 分子间的相互作用，静止的流体层对与其相邻的流体层的 流动有着约束作用，使其流速变慢，这种约束作用随壁面 远离而减弱，这种流速的差异造成了流体内部各层之间的 相对运动。 y x u