化工原望 Principles of Chemical Engineering 太原狸工火学 化学化工学晚
化工原理 太原理工大学 化学化工学院 Principles of Chemical Engineering
第一章流体流动 Fluid Flow 内容提要 流体的基本概念 静力学方程及其应用 99机械能衡算式及柏努利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
第一章 流体流动 Fluid Flow --内容提要-- 流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
第一章流体流动学习要求 1.本章学习目的 通过本章学习,重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律,并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题,诸如: (1)流体输送:流速的选择、管径的计算、流体 输送机械选型。 (2)流动参数的测量:如压强、流速的测量等 (3)建立最佳条件:选择适宜的流体流动参数, 以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。 此外,非均相体系的分离、搅拌(或混合)都是流 体力学原理的应用
第一章 流体流动 .学习要求 1. 本章学习目的 通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如： （1） 流体输送： 流速的选择、管径的计算、流体 输送机械选型。 （2） 流动参数的测量： 如压强、流速的测量等。 （3） 建立最佳条件： 选择适宜的流体流动参数， 以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。 此外，非均相体系的分离、搅拌（或混合）都是流 体力学原理的应用
本章应掌握的内容 (1)流体静力学基本方程式的应用 (2)连续性方程,相努利方程的物理意义、适用 条件、解题要点 (3)两种流型的比较和工程处理方法; (4)流动阻力的计算 (5)管路计算, 3.本章学时安排 授课14学时,习题课4学时
2 本章应掌握的内容 （1） 流体静力学基本方程式的应用； （2） 连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用 条件、解题要点； （3） 两种流型的比较和工程处理方法； （4） 流动阻力的计算； （5） 管路计算。 3. 本章学时安排 授课14学时，习题课4学时
11概述 流体流动规律是本门课程的重要基础,主要原因有 以下三个方面: (1)流动阻力及流量计算 (2)流动对传热、传质及化学反应的影响 (3)流体的混合效果 化工生产中,经常应用流体流动的 基本原理及其流动规律解决关问题。以 孔流量计 图1-1为煤气洗涤装置为例来说明: 流体动力学问题:流体(水和煤气) 压力计 在泵(或鼓风机)、流量计以及管道中 水刘铂 流动等; 流体静力学问题:压差计中流体 水封箱中的水 图1-1煤气洗涤装置
1.1 概述 流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因有 以下三个方面： （1）流动阻力及流量计算 （2）流动对传热、传质及化学反应的影响 （3）流体的混合效果 化工生产中，经常应用流体流动的 基本原理及其流动规律解决关问题。以 图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气） 在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等； 流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水 图1-1 煤气洗涤装置
1。1概述 确定流体输送管路的直径 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力 根据阻力与流量等参数 孔槓流量计 选择输送设备的类型和型号, 以及测定流体的流量和压强 W压力计 煤气 等 水刘铂 流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等 是其他单元操作的主要基础 水的 图11煤气洗涤装置
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。 根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。 流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。 图1-1 煤气洗涤装置 1.1 概述
11.1流体的分类和特性 气体和流体统称流体。流体有多种分类方法: (1)按状态分为气体、液体和超临界流体等; (2)按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体; (3)按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘 性流体(或实际流体); (4)按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体; 流体区别于固体的主要特征是具有流动性,其形状随容器形状 而变化;受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之
1.1.1 流体的分类和特性 气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘 性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体； 流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
112流体流动的考察方法 流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。在物 理化学(气体分子运动论)重要考察单个分子的微观运动,分子的 运动是随机的、不规则的混乱运动。这种考察方法认为流体是不连 续的介质,所需处理的运动是一种随机的运动,问题将非常复杂。 1.1.21连续性假设( Continuum hypotheses 在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时,常 将流体视为由无数质点组成的连续介质。 连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间 没有间隙、完全充满所占空间连续介质,流体的物性及 运动参数在空间作连续分布,从而可以使用连续函数的 数学工具加以描述
1.1.2 流体流动的考察方法 流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。在物 理化学（气体分子运动论）重要考察单个分子的微观运动，分子的 运动是随机的、不规则的混乱运动。这种考察方法认为流体是不连 续的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将非常复杂。 1.1.2.1 连续性假设(Continuum hypotheses) 在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常 将流体视为由无数质点组成的连续介质。 连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间 没有间隙、完全充满所占空间连续介质，流体的物性及 运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续函数的 数学工具加以描述
112流体流动的考察方法 1.1.22流体流动的考察方法 ①拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观 察,描述其运动参数(位移、数度等)与时间的关系 可见,拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状 态 ②欧拉法在固定的空间位置上观察流体质点的 运动情况,直接描述各有关参数在空间各点的分布情 况合随时间的变化,例如对速度u,可作如下描述: l=∫(x,y,1)u1=f(x,y,,),u2=f(x,y,=,t
1.1.2.2 流体流动的考察方法 ① 拉格朗日法 选定一个流体质点，对其跟踪观 察，描述其运动参数（位移、数度等）与时间的关系。 可见，拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状 态。 ② 欧拉法 在固定的空间位置上观察 流体质点的 运动情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情 况合随时间的变化，例如对速度u，可作如下描述： x x y z ( , , , ), ( , , , ), ( , , , ) y z u f x y z t u f x y z t u f x y z t = = = 1.1.2 流体流动的考察方法
1.1.3流体流动中的作用力 任取一微元体积流体作为研究对象,进行受力 分析,它受到的力有质量力(体积力)和表面力两类。 质量力(体积力)与流体的质量成正比, 质量力对于均质流体也称为体积力。如流体在重力场中所 受到的重力和在离心力场所受到的离心力,都是质量力。 是面力表面力与作用的表面积成正比。单 位面积上的表面力称之为应力 ①垂直于表面的力p,称为压力(法向力)。 单位面积上所受的压力称为压强p。 ②平行于表面的力F,称为剪力(切力)。 单位面积上所受的剪力称为应力τ
任取一微元体积流体作为研究对象，进行受力 分析，它受到的力有质量力（体积力）和表面力两类。 （1）质量力（体积力） 与流体的质量成正比， 质量力对于均质流体也称为体积力。如流体在重力场中所 受到的重力和在离心力场所受到的离心力，都是质量力。 （2）表面力 表面力与作用的表面积成正比。单 位面积上的表面力称之为应力。 ①垂直于表面的力p，称为压力（法向力）。 单位面积上所受的压力称为压强p。 ② 平行于表面的力F，称为剪力（切力）。 单位面积上所受的剪力称为应力τ。 1.1.3 流体流动中的作用力