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化工原理第一章流体流动优秀课件

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化工原理(流体流动) PPT

化工原理(流体流动) PPT

气体混合物的组成通常以体积分率表示。
对于理想气体，体积分率与摩尔分率、压力分率是相等的。
液体混合物: 液体混合时，体积往往有所改变。若混合前
后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体 积之和，则可由下式求出混合液体的密度ρm。
1
a1
a2
an
m
1 2
n
式中 α1、α2、…，αn —— 液体混合物中各组分的质量分率； ρ1、ρ2、…，ρn —— 液体混合物中各组分的密度，kg/m3；
愈大，所以应该使用两种密度接近的指示液。
二、液面测定
1—容器； 2—平衡器的小室； 3—U形管压差计
说明： 1. 图中平衡器的小室2中所装的液体与容器里的液体相同。 2. 平衡器里的液面高度维持在容器液面容许到达的最大高度处。 3. 容器里的液面高度可根据压差计的读数R求得。液面越高，
读数越小。当液面达到最大高度时，压差计的读数为零。
指示液密度ρ0，被测流体密度 为ρ，图中a、b两点的压力是相 等的，因为这两点都在同一种静 止液体（指示液）的同一水平面 上。通过这个关系，便可求出p1
－p2的值。
注：指示剂的选择
根据流体静力学基本方程式则有：
U型管右侧 U型管左侧
pa＝p1+(m+R)ρg pb＝p2+mρg+Rρ0g
pa＝pb
内容提要
1. 流体静力学 2. 流体在管内的流动 3. 流体的流动现象 4. 流动阻力 5. 管路计算 6. 流量测量 * 7. 习题
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
第一节 概 述 流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。

《化工原理》课件—01流体流动(层流时机械能损失)

《化工原理》课件—01流体流动(层流时机械能损失)

Wf
l
d
u2 2
或：
p f
Wf
l
d
u 2
2
范宁（Fanning)公式，λ为摩擦系数。
4、阻力能量损失的各种表示法
W f，12 －单位质量流体流动阻力能量损失，J/kg
H f ,12
W f，12 g
－单位重量流体流动阻力能量损失， J/N= m，也称阻力压头。
Pf W f，12 －单位体积流体流动阻力能量损失，
)2
流体在圆管内作稳定层流流动时，管内（半径区域 内）各点的速度分布图
3、平均流速与最大流速的关系
平均流速：
u
qv
R 2
R
积分体积流量： qv 2ur rdr 0
ur
p f
4 l
(R2 r2)
推出：
qv
p f 2l
R
(R2 r2)rdr
0
qv
p f 2l
R
(R2 r2)rdr
0
qv
基准
解：
解题要求规范化
z1g
p1
u12 2
W
z2 g
p2
u22 2
hf
式中，z1=0，z2 =7；p1=0(表压)， p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u10, u2=u1(d2/d1)2=1.5( (89-2×3.5) /(76-2×2.5))2=2.0m/s
hf 40J / kg
(4)外加能量
外加能量W在上游截面一侧，能量损失在下游截面一侧。 外加能量W是对每kg流体而言的，若要计算的轴功率，需将W 乘以质量流量，再除以效率。
例 用泵将贮槽(通大气)中的稀碱液送到蒸发器中进行 浓缩，如附图 所示。泵的进口管为φ89×3.5mm的钢 管，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为 φ76 × 2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入 口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失 为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在 0.2kgf/cm2 （表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需的 外加能量。

化工原理课件第1章：流体流动

化工原理课件第1章：流体流动

C.G.S制
dyn
cm2 P（泊 ） cm s cm
换算如下：
1厘泊（cP）＝10－2 泊（P）＝10－3 N· s/m2＝10－3 Pa· s 运动粘度：

化工原理——流体流动
1.3.1 流体流动的基本概念
• 温度对粘度的影响：
气体的粘度比液体的粘度大约小两个数量级。
•
压力对粘度的影响一般可以忽略不计 对于不缔合混合液体：lg m xi lg i
Y Fy / m Z Fz / m
其数值也就分别等于自由落体加速度g在x、y、z轴上的分 量，则： z X Y 0
Z m g / m g
x y
化工原理——流体流动
1.1.2 流体流动中的作用力
2. 表面力——与流体微元接触的外界（器壁、或指定的 流体微元周围的其他流体）施加于该流体微元之力。
化工原理——流体流动
B
p1 p A gh1 p2 pB g (h2 R) i gR
h2
A
p1 p2
整理得：
h1
( p A ghA ) ( pB ghB ) Rg ( i )
' ' pA pB Rg ( i )
i 1 n
• 混合物的粘度
对于低压混合气体：
m
y M
i 1 n i i
n
i
1 2
y M
i 1 i
i
1 2
化工原理——流体流动
1.3.1 流体流动的基本概念 4. 粘性流体与理想流体
自然界中的流体都具有粘性，具有粘性的流体统称为粘性流体或 实际流体。完全没有粘性即μ＝0 的流体称为理想流体。 理想流体实际上不存在，但引入理想流体的概念在研究实际流体 流动时很重要。因为粘性的存在给流体流动的数学描述和处理带来很 大困难，因此对于粘度较小的流体如水和空气等，在某些情况下可首 先将其视为理想流体。但当粘性对流动起主导作用时，则实际流体不 能按理想流体处理。

化工原理第一章流体流动课件

化工原理第一章流体流动课件

流体静力学基本方程
STEP 02
STEP 01
流体静力学基本方程是流 体静压强与其密度和重力 加速度的关系式。
STEP 03
该方程是流体静力学中的 基础方程，对于理解流体 静力学中的各种现象非常 重要。
该方程可以用来计算流体 的静压强、流体的密度和 重力加速度之间的关系。
静压力对流体的作用力
流体在静压力作用下会产生压缩或膨 胀，这与其弹性有关。
Part
04
流体流动的阻力
流动阻力的产生与分类
流动阻力
流体在管道中流动时，由于流体内部及 流体与管壁之间的摩擦而产生的阻力。
VS
阻力分类
直管阻力和局部阻力。直管阻力是流体在 管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的 粗糙度引起的摩擦阻力；局部阻力则是流 体流经管路中的阀门、弯头等局部结构时 ，由于流体的方向和速度发生急剧变化而 引起的阻力。
流体微团的运动分析
流体微团的定义
流体微团是指流体中无限接近的、密合在一起的若干分子组成的微小团体。
流体微团的运动分析
通过对流体微团的运动分析，可以研究流体的宏观运动规律，如速度场、加速 度、角速度等。这些参数对于理解流体动力学的基本原理和工程应用非常重要 。
牛顿粘性定律及流体的分类
牛顿粘性定律的定义
绝对压力
以完全真空为零点测量的 压力，单位为帕斯卡（Pa ）。
表压
以当地大气压为基准测量 的压力，单位也为帕斯卡 （Pa）。
真空度
与大气压相比的压力差值 ，单位为帕斯卡（Pa）。
流体静压强分布规律
流体静压强大小与流体的 密度、重力加速度和高度 有关。
在重力场中，流体静压强 随高度增加而减小。
在同一高度上，不同流体 的静压强不同。

化工原理-第一章-流体流动PPT课件

化工原理-第一章-流体流动PPT课件

.
4
第一节 流体静力学
研究外力作用下的平衡规律
一、流体的压力
1.定义： 流体垂直作用于单位面积上的力。
2.单位：
lim p
P
A0 A
Pa（帕斯卡，SI制）, atm（标准大气压）, 某流体柱高度, kgf/cm2(工程大气压) , bar（巴）等
.
5
其之间换算关系为：
1 atm = 760 mmHg = 1.0133×105 Pa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 1.0133 bar
.
6
3.表示方法
绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，是 流体的真实压强；以绝对真空为基准 表压强：绝对压强比大气压强高出的数值；以 当时当地压力为基准 真空度：绝对压强低于大气压强的数值。
.
7
绝对压
表压 真空度 绝压（余压）
实测压力
大气压 实测压力
绝对零压
表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压
P1-P2=（a- c）Rg
A
.
23
例1-4：常温水在管道中流动，用双U型管测两
点压差，指示液为汞，其高度差为100mmHg，计
算两处压力差如图：
2
1'' 1 1'
2'
R
x
ab
P1= P1’
P2= P2’
Pa= P1’+水 g x
P1’= 汞 g R+ P2
Pb = 水 g x +水 g R + P2’
0
P1 - P2= R g 0
倒U型管压差计？ P15
.
20
U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反

大学化学《化工原理-流体流动》课件

大学化学《化工原理-流体流动》课件
3. 电解食盐水制烧碱
水
大块食盐
碾磨
加热、搅拌、溶解
Cl2
电解反应
澄清、过滤
浑盐水
H2
烧碱液
蒸发浓缩结晶
烧碱
•12
0.1 化工过程与单元操作
物理操作在生产过程中占极重要地位。 化工生产中普遍采用、遵循共同操作原理，设 备相近，具有相同作用的一些基本的物理性操作， 称为“化工单元操作”。
•13
0.1 化工过程与单元操作
——各组分的体积分率。
•42
1.1 流体静力学基本方程式
已知各组分质量分率
1 xw1 xw2 xwn
m 1 2
n
(4)
xw1, xw2 xwn
——液体混合物中各组分的质量分率。
•43
1.1 流体静力学基本方程式
已知各组分摩尔分率
M i xi M1x1 M 2 x2 M n xn
(5)
化工原理
考核方式
• 提倡并鼓励同学之间讨论作业，但最终应独立完 成作业，作业1/3以上未交的不能参加考试。
• 缺勤3次以上的不能参加考试。 • 考核方式：期末（70%）+平时成绩（30%）（作
业+笔记+考勤+期中+实验）。
•2
参考书
• 化工原理(第三版) ， 陈敏恒。化学工业 出版社。
• 化工原理（新版），姚玉英主编。天津 大学出版社。
三、单位换算 1．定义：同一物理量若用不同单位度量时，其数值
需相应地改变，这种换算称为单位换算。 2．单位换算的基本方法 例：一标准大气压的压力等于1.033kgf/cm2，将其换
算成SI单位。
•25
0.4 单元操作中常用的基本概念

化工原理流体流动课件第1章 流体流动

22
二、复杂管路
并联管路与分支管路的计算内容有: ①已知总流量和各支管的尺寸，要求计算各支管 的流量； ②已知各支管的流量、管长及管件、阀门的设置， 要求选择合适的管径； ③在已知的输送条件下，计算输送设备应提供的 功率。
23
二、复杂管路
并联管路：
1
在A、B 两截面之间列
伯努利方程。
对于支管1，有
18
管路计算
管路分类
简单管路 复杂管路
直径不变 异径管串联
分支管路 并联管路
19
一、简单管路
描述简单管路中各变量间关系的控制方程：
连续性方程
Vs πd 2u / 4 常数
伯努利(能量)方程
gz1

u12 2

p1

We

gz2

u22 2

p2

hf
能量损失计算式
hf

(
29
【例 1-3】解：
1
60000 g
u
2 A
2g
1
u12 2g

0.02 5 0.016
u12 2g
1
60000 g
u
2 A
2g

4
u
2 2
2g

0.02 5 0.016
u 22 2g
1

60000

u
2 A
7
u32
0.02
5
u32
g 2g
等总称为管件。不同管件或阀门的局部阻力系数
可从有关手册中查得。
6
二、当量长度法
将管件与阀门的局部阻力折算成一定长度的直 管阻力，如下式

大学化学《化工原理-流体流动1》课件

第一章 第二节
对于Z方向微元
pA ( p dp) A gAdz dp gdz 0
不可压缩液体
const., p / gz const. p1 p2 g(z2 z1)
第一章 第二节
不可压缩流体
条件 静止
单一连续流体
结论
单一连续流体时→同一水平面静压力相等 间断、非单一流体→逐段传递压力关系
[确切标明 （表）、（绝）、（真）]
第一章 第一节
三、剪力、剪应力、粘度
流体沿固体表面流过存在速度分布
F du
A
dy
：动力粘度、粘性系数
第一章 第一节
牛顿型 非牛顿型
假塑性
塑性 涨塑性
＝ du
dy
＝
y
du dy
＝ du n
dy
＝ du n
dy
n n
第一章 第一节
ห้องสมุดไป่ตู้ 粘度
Pa s
N / m2 m/s/m
第一章 第二节
二 、流体静力学方程的应用
1、压差计
p1 p2 (A B )gR
微差压差计
(1)D : d 10 :1
(2)
B
与
很接近
A
第一章 第二节
2、液面计
3、液封
4、液体在离心力场内的静力学平衡
p
p
r
r
第一章 第二节
N s m2
T↑ 液体 ↓, 气体 ↑
P↑ 基本不变, 基本不变
40atm以上考虑变化
第一章 第一节
混合粘度
1、不缔合混合液体
log m
xi log i
2、低压下混合气体
m
yi
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牛顿型流体、非牛顿型流体
２、流体的特征
（１）流动性； （２）无固定形状，随容器形状而变化 （３）受外力作用时内部产生相对运动。
（二）、连续介质假定
（1）流体质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设 备尺寸，但却远大于分子自由程。
（2）连续介质：质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间 隙，即流体充满所占空间。
10.33mH2O 1.0133bar 1.0133105 Pa
1工程大气压 1kgf / cm2 735.6mmHg
10mH2O 0.9807bar 9.807104 Pa
2、压强的表示方法 流体体系的真实压强称为绝对压强。
1）绝对压强（绝压）：（以真空为基准）。
2）表压 强（表压）：压力上读取的压强值称为表压。 （以大气压力为基准）
g
cm.s
P(泊）
cm
SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
1Pa s 1000CP 10P
实验证明,气体及水、溶济、甘油等液体服从牛顿粘性定律 ，此类流体统称为牛顿型流体
不服从牛顿粘性定律的流体，称非牛顿型流体，如泥浆等
第一章 流 体 流 动及
输送
1.3.1 流体的压力 1.3.2 流体静力学方程 1.3.3 流体静力学方程的应用
（3）在研究流体流动时，常摆脱复杂的分子运动 和分子 间相互作用，从宏观角度出发，将流体视为由无数流体质 点（或微团）组成的连续介质。
（三）作用在流体上的力
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。 （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 重力和离心力
p2 p0 gh （1-5b）
上三式统称为流体静力学基本方程式。
2、方程的讨论
1）液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的，即：
P f P0 , h
2）当容器液面上方压强P0一定时，静止液体内部的
压强P仅与垂直距离h有关，即： P h
处于同一水平面上各点的压强相等。
3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之 改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到 液体内部的任一点。
du
dy
——牛顿粘性定 律
式中：
du ：速度梯度 dy
：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。
2、流体的粘度
1)物理意义
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
（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F，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剪应力τ。
1.2 流体的物理性质 1.2.1、流体的密度
1. 密度定义
单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。
例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,
vV 1
m
SI单位 m3 / kg
1.2.3流体的粘度
1. 牛顿粘性定律
流体的内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。
——流体阻力产生的依据
F u S y
F u S
y
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。
F u 适用于u与y成直线关系
S y
m
V
2. 影响ρ的主要因素
f t, p
液体： f t ——不可压缩性流体
气体： f t, p ——可压缩性流体
3.气体密度的计算
理想气体在标况下的密度为：0
Байду номын сангаас
M 22.4
例如：标况下的空气，
0
M 22.4
29 22.4
1.29kg
/
m3
操作条件下（T, P）下的密度：
0
p p0
T0 T
1.2.2、流体的比容
1.3.2、流体静力学基本方程式推导
在图1-4中的两个垂直位置2 和 1 之间对上式作定积分
pp21
dp
-z1 gdz
z2
J/k 由于 和 g 是常数，故
g
z1g
p1
z2g
p2
（1-5）
p 2p 1g (z1z2)（1-5a） 图1-4 静止液体内压力的分布
P a 若将图1-4中的点1移至液面上（压强为p0），则式1-5a变为:
4）从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的
连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一
流体的内部则不满足这一关系。
5）P
P0 gh可以改写成
P P0
g
h
压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示，这就
是液体压强计的根据，在使用液柱高度来表示压强
或压强差时，需指明何种液体。
6)方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的 气体，只适用于压强变化不大的情况。
化工原理第一章流体流动
第一节 流体的概述
（一）、流体的分类和特征
１、分类 气体（含蒸汽）和液体统称流体
（１）按状态：气体、液体和超临界流体 （２）按可压缩性：不可压缩性流体、可压缩性流体 （３）按是否可忽略分子间作用力： 理想流体、
粘性（实 际）流体 （４）按流变特性（剪力与速度梯度之间的关系）：
1.3 流体静力学
1.3.1 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
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）。
换算关系为： 1atm 1.033kgf / cm2 760mmHg
表压强=绝对压强-大气压强
3）真空度：
真空表上读取的压强值称为真空度。 （以大气压力为基准）
真空度=大气压强-绝对压强=-表压
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
绝 对
B
压
绝对压强
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）。
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。
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：
du /
dy
N / m2 (m / s)
N .S m2
Pa.S
m
在物理单位制中，
du /
dy
dyn / cm2 cm s
dyn.s cm2