化工原理复习要点

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第一章 流体流动

1．流体静力学基本方程式 1． 1流体的密度与静压强 1． 1．1流体的密度

单位体积的流体所具有的流体质量称为密度，以ρ表示，单位为kg/m3。

（1）流体的密度基本上不随压强变化，随温度略有改变，可视为不可压缩流体。 纯液体密度值可查教材附录或手册。混合液的密度，以1kg为基准，可按下式估算：

1

m

1 2

n 1 2 n

（2）气体的密度随温度和压强而变，可视为可压缩流体。当可当作理想气体处理时，用

下式估算：

PT0PM

或 0 RTP0T

对于混合气体，可采用平均摩尔质量Mm代替上式中的M，即

Mm M1y1 M2y2 Mnyn

1． 1．2流体的静压强

垂直作用于流体单位面积上的表面力称为流体的静压强，简称压强，俗称压力，以p表示，单位为Pa。

压强可有不同的表示方法：

（1）根据压强基准选择的不同，可用绝压、表压、真空度（负表压）表示。表压和真空度分别用压强表和真空表度量。

表压强=绝对压强-大气压强；真空度=大气压强-绝对压强

（2）工程上常采用液柱高度h表示压强，其关系式为 p=ρgh

10.33mH2O 760mmHg 101.33kPa

1．2流体静力学基本方程式 1． 2．1基本方程的表达式

对于不可压缩流体，有：

p1

gZ1

p2

gZ2 或

p2 p1 g(Z1 Z2)p p0 gh

1． 2．2流体静力学基本方程的应用条件及意义

流体静力学基本方程式只适用于静止的连通着的同一连续的流体。该类式子说明在重力场作用下，静止液体内部的压强变化规律。

平衡方程的物理意义为：

（1）总势能守恒 流体静力学基本方程式表明，在同一静止流体中不同高度的流体微元，其静压能和位能各不相同，但其两项和（称为总势能）却保持定值。

（2）等压面的概念 当液面上方压强p0一定时，p的大小是液体密度ρ和深度h的函

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数。在静止的连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。

（3）传递定律 当p0变化时，液体内部各点的压强p也发生同样大小的变化。 （4）液柱高度表示压强或压强差 改写流体静力学基本方程式可得：

p p0

h g

上式说明压强差（或压强）可用一定高度的液体柱表示，但一定注明是何种液体。 1． 3流体静力学基本方程式的应用

以流体静力学基本方程式为依据可设计出各种液柱压差计、液位计，可进行液封高度计算，根据

p

的大小判断流向。但需特别注意，U形管压差计读数反映的是两测量 gZ

点位能和静压能两项和的差值。

应用静力学基本方程式进行计算时，关键一环是等压面的准确选取。 2．流体流动的基本原理

2．1定态流动系统的连续性方程式

在定态流动系统中，对直径不同的管段作物料衡算，以1s为基准，则得到

ws u1A1 1 u2A2 2 uA 常数

当流体可视为不可压缩时，密度可视为常数，则有 Vs u1A1 u2A2 uA 常数

应用连续性方程时，应注意如下两点：

（1）在衡算范围内，流体充满管道，并连续不断地从上游截面流入，从下游截面流出。 （2）连续性方程式反映了定态流动系统中，流量一定时，管路各截面上流速的变化规律。此规律与管路的安排和管路上是否装有管件、阀门及输送机械无关。这里的流速指单位管道横截面上的体积流量，即 u

Vs

A

u2d12

对于不可压缩流体，流速和管径的关系为 2

u1d2

当流量一定且选定适宜流速时，利用连续性方程可求算输送管路的管径，即 d

4Vs

u

用上式计算出管径后，要根据管子系列规格选用标准管径。 2．2机械能衡算方程式——柏努利方程式

2．2．1具有外功加入、不可压缩粘性流体定态流动的柏努利方程为

2

u12p1u2pgZ1 We gZ2 2 hf

2 2

式中的We为输送机械对1kg流体所作的有效功，或1kg流体从输送机械获得的有效能量。式中各项单位均为J/kg。

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当流体不流动时，u=0，

hf

0，也不需要加入外功，于是有：

gZ1

p1

gZ2

p2

可见流体静力学基本方程式为柏努利方程式的一个特例。 2．2．2理想流体的柏努利方程式

2

u12p1u2pgZ1 gZ2 2

2 2

此式表明，理想流体作定态流动时，任一截面上1kg流体所具有的位能、静压能与动能

之和为定值，但各种形式的机械能可以互相转换。 2．2．3柏努利方程式的讨论

（1）柏努利方程式的适用条件 由推导过程可知，柏努利方程式适用于不可压缩流体定态连续流动。

（2）理想流体的机械能守恒和转化 1kg理想流体流动时的总机械能是守恒的，但不同形式的机械能可互相转化。

22u1p1u2p We gZ2 2 hf（3）注意区别式gZ1 2 2

中各项能量所

表示的意义 式中的gZ、u2/2、p/ρ指某截面上1kg流体所具有的能量；

h

f

为两截面

间沿程的能量消耗，它不能再转化为其他机械能；We是1kg流体在两截面间获得的能量，是输送机械重要参数之一。由We可选择输送机械并计算其有效功率，即Ne We ws

若已知输送机械的效率η，则可计算轴功率，即：N Ne（4）柏努利方程式的基准

2

u12p1u2p

1N流体（工程制柏努利方程式）：Z1 He Z2 2 Hf

2g g2g g

式中各项单位均为J/N或m。He为输送机械的有效压头，Hf为压头损失，Z、u2/2g、

p/ρg分别称为位压头、动压头和静压头。

2

u12u2

p1 HT gZ2 p2 hf 1m流体： gZ1 223

式中各项单位均为J/m3或Pa。HT称为风机的全风压，是选择风机的重要参数之一。

（5）柏努利方程式的推广

①可压缩流体的流动：若索取系统中两截面间气体压强变化小于原来绝对压强的20%时，则用两截面间流体的平均密度代替。

②非定态流动：对于非定态流动的任一瞬间，柏努利方程式仍成立。 3．流体在管内的流动规律及流动阻力 3．1两种流型

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3．1．1雷诺实验和雷诺准数

雷诺于1883年设计了雷诺实验。实验中发现三种因素影响流型，即流体的性质（主要为ρ、μ）、设备情况（主要为d）及操作参数（主要为u）。对一定的流体和设备，可调参数为u。雷诺综合如上因素整理出一个无因次数群——雷诺准数：Re

du

Re是一个无因次数群，可作为流动类型的判据，当Re≤2000时为滞流，当Re>4000

时为湍流。

3．1．2牛顿粘性定律及流体的粘性

当流体在管内滞流流动时，内摩擦应力可用牛顿粘性定律表示，即：

du

。遵循dy

牛顿粘性定律得流体为牛顿型流体，所有的气体和大多数液体属于这一类型。不服从牛顿粘性定律的流体则为非牛顿型流体。由上式可得流体动力粘度（简称粘度）的表达式：

/

du

使流体产生单位速度梯度的剪应力即为流体的粘度，它是流体的 dy

物理性质之一。单位换算：1c …… 此处隐藏：11708字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……