化工原理课件(天大版)第一章 流体流动

天大版化工原理课件,第一章内容。

第一章

流体流动

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概述一.连续介质模型 把流体视为由无数个流体微团(或流体 质点)所组成，这些流体微团紧密接触， 彼此没有间隙。这就是连续介质模型。 流体微团(或流体质点): 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没 有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子 ，其行为已经表现出大量分子的统计学性质。

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二 、流体的特性 1、流动性,流体不能承受拉力； 2、没有固定形状，形状随容器而变； 3、流体流动—外力作用的结果； 4、连续性(除高度真空情况)。 5、压缩性 可压缩性流体—气体

不可压缩性流体—液体

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三、流体所受到的力如重力、离心力等，属 于非接触性的力。 法向力 切向力

流体所受的力

质量力 表面力

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第一节 流体静力学基本方程式研究外力作用下的平衡规律 一、密度 1.定义：单位体积流体所具有的质量。 ρ= m / V [ kg / m3] 流体中某点密度： 2、影响因素：温度和压力 (1)液体 — 认为不可压缩的流体，与压力无关，温度升 高，密度降低。

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(2)气体 —

为可压缩性的流体，通常(压力不太 高，温度不太低)时可按理想气体处理， 否则按真实气体状态方程处理。 0T 0 PTP0

MP RT

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(3)混合物的密度1)液体混合物的密度ρm 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:

xwA、xwB、 、xwn ,

其中xwi

mi m总

当m总 1 kg时， xwi mi

假设混合后总体积不变，V总 xwA

1

xwB

2

xwn

n

m总

m

1

xwA

xwB

m

1

2

xwn

n

——液体混合物密度计算式

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2)气体混合物的密度 取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为: xvA,xvB,…,xVn, 其中: 当V总=1m3时， xVi Vi由 m V 知，

混合物中各组分的质量为： 1 xVA , 2 xVB ,......, n xVn 若混合前后, 气体的质量不变，m总 1 x1 2 x2 ....... n xn mV总

当V总=1m3时, m PM m RT

m 1 x1 2 x2 ...... n xn——气体混合物密度计算式 ——理想气体混合物密度计算式

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3.与密度相关的几个物理量1)比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示， 单位为m3/kg。 在数值上: 1

2)比重(相对密度):某物质的密度与4℃下的水的密度的比 值，用 d 表示。d

4 C水

,

4 C水 1000kg / m

3

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二、流体的静压强1、压强的定义 流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强， 简称压强。p P A

或

SI制单位：N/m2,即Pa。其它常用单位有： atm(标准大气压)、工程大气压 kgf/cm2、bar;流体柱 高

度(mmH2O,mmHg 等)。

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换算关系为：1atm 1.033kgf / cm 760mmHg 10.33mH 2O 1.0133bar 1.0133 10 Pa5 2

1工程大气压 1kgf / cm 735.6mmHg 10mH 2O 0.9807bar 9.807 10 Pa4

2

2、压强的表示方法1)绝对压强(绝压): 流体体系的真实压强称为绝对压强。 2)表压 强(表压): 压力上读取的压强值称为表压。 3)真空度： 真空表的读数

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绝对压强、真空度、表压强的关系为 实测压力 表压

大气压绝对压 真空度

实测压力绝压(余压) 绝对零压

表压=绝对压-大气压 真空度=大气压 - 绝对压

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三、流体静力学基本方程1、流体静力学方程的推导作 x 方向力的平衡，有:

z

p + ( p / z )d z

p

g x dxdydz

pdydz p x dx ) dydz 0

(p

pp + ( p / x )d xx

p+(

p + ( p / y)d y

g x

p x p y

0

同 理 ， 有 ： g

y

0

py

g z

p z

0

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重 力 场 中 ： g x= g y= 0 , g z= - g

p x

0

p y

0

g

p z

0

对连续、均质

g

dp dz

0

且不可压缩流体， =常 数

gz p 常数

gz

1

p 1 gz

2

p2

p 2 p 1 g z 1 z 2p2 p1 z 2 z 1

流体静力学方程

g

g

1

2 Z2

Z1

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2、静力学方程的讨论1.流体某一深处的压力与深度和密度有关。 2.液面上方流体压力改变，液体内部压力随着改 变且变化值相同(巴斯葛定律)。 3.静止的、连续的同一流体内、同一水平面处各 点压力相等。( 等压面 ) 4.压力或压差可用液柱高度表示。 H =(P2 - P0)/ g1

p 2 p 1 g z 1 z 2

2 Z2

Z1

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3、流体静力学基本方程的应用

(1)压力测定U型管压差计

P1

P2H

A

' A'

R

A-A’为等压面 PA=PA’ PA= P1+ g ( H+R ) PA’=P2+ ’ g R+ gH P1 - P2= R g ( ’- ) 如测量气体 0 P1 - P2= R g ’ 一臂通大气?