第三章第一节流体的基本性质

物理化学

3 流体流动和输送

3.1 流体的基本性质

一、流体的密度和比体积二、流体的压强三、流量与流速四、流体的粘度

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一、流体的密度和比体积1.密度定义单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。

mρ= V2.影响ρ的主要因素ρ= f (T, p )液体：ρ气体：ρ2012-9-10 Zhangzhou Normal University

= f (T )

——不可压缩性流体

= f (T, p )——可压缩性流体Wu Wen-bing 2

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3.气体密度的计算由理想气体方程求得操作条件(T, P)下的密度

m nM pVM pM pV= nRT ρ==== RTV V V RT

4.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:

…、 wn, w1、 w2、wi= mi当m总= 1 kg时，2012-9-10 Zhangzhou Normal University

mi其中 wi= m总

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假设混合后总体积不变，

wn m总 w1 w2++L+= V总=ρ1ρ 2ρnρm

wn 1 w1 w2∴=++L+ρ mρ1ρ 2ρn——液体混合物密度计算式 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: 1, 2,……, n若混合前后气体的总质量不变，同理可得，

ρ m=ρ1 1+ρ 2 2+ ......+ρ n n——气体混合物密度计算式2012-9-10 Zhangzhou Normal University

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当混合气体可视为理想气体时,

pM mρm= RT

——理想气体混合物密度计算式

5.相对密度(比重)某物质的密度与4℃下的水的密度的比值，用 d表示。

d=

ρ

ρ 4° C水

,

ρ 4°C水= 1000 kg/ m 3

6.比体积(比容)单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位为m3/kg。

1ν=ρ2012-9-10 Zhangzhou Normal University

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二、流体的压强1、压强的定义流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强。用 p表示，SI单位N/m2,即Pa。

P p= A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(mH2O,mmHg等)。

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换算关系为：

1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg

=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133×105

Pa

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）：压力计上读取的压强值称为表压。

表压强=绝对压强-大气压强

3）真空度：真空表的读数

真空度=大气压强-绝对压强=-表压

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绝对压强、真空度、表压强的关系为 A表压强

大气压强线

真空度 B绝对压强

绝对压强绝对零压线

当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。如：4×103Pa(真空度)、200KPa(表压)。

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三、流量与流速

1、流量

单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。若流量用体积来计量，称为体积流量qV；单位为：m3/s。若流量用质量来计量，称为质量流量qm；单位：kg/s。体积流量和质量流量的关系是：qm

=ρqV

2、流速

单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速u。单位为：m/s。数学表达式为：u

=qV/A

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流量与流速的关系为： VS

= uA

WS= uAρ

质量流速：单位时间内流体流过管道单位面积的质量流量用G表示，单位为kg/(m2.s)。

Ws VSρ数学表达式为： G== A A

= uρ4

π 2 u= VS对于圆形管道， A= dπ 2 4 d

4VS d=πu

——管道直径的计算式

生产实际中，管道直径应如何确定？2012-9-10 Zhangzhou Normal University

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1、牛顿粘性定律

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duτ=µ dy式中：

——牛顿粘性定律

du:速度梯度 dy

µ:比例系数，它的值随流体的不同而不同，流体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度。

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2、流体的粘度1)物理意义

τµ= du dy

促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来 2)粘度与温度、压强的关系 a)液体的粘度随温度升高而减小，压强变化时，液体的粘度基本不变。2012-9-10 Zhangzhou Normal University

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b)气体的粘度随温度升高而增大，随压强增加而增加的很少。 3)粘度的单位在SI制中：2 N/ m N·S τ == 2= Pa·S[µ]= (m/ s ) m du/ dy m

4)运动粘度ν

d (uρ ) d (uρ )τ= (µ/ρ ) =υ dy dy内摩擦应力2012-9-10 Zhangzhou Normal University

v=µ/ρ

单位体积动量梯度Wu Wen-bing 15