化工原理教材ppt 第一章 流体力学与应用

二、化工原理课程的两条主线
(一）传递过程
(1)动量传递过程（单相或多相流动） (2)热量传递过程——传热 (3)质量传递过程——传质 表1所列各单元操作皆归属传递过程，于是，传递过程成为统一的研究对 象，也是联系各单元操作的一条主线。三传+一反构成各种工艺制造过程，三 传又有彼此类似的规律可以合在一起研究，形成传递过程这门学科，是单元 操作在理论方面的深入发展
获得方法：（1）查物性数据手册
（2）公式计算： 液体混合物：
1
m

w1
1

w2
2

wn
n
气体： RT
PM
PM m ----------理想气体状态方程 m RT
二．连续性假定：
流体质点：
是由大量分子组成的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸， 但比起分子自由路程却要大的多。
化工原理相关课程间的关系图
六、 单位制与单位换算

1 单位制
任何物理量都由数字和单位联合表达的。运算时，数字与单 位一并纳入运算。如： 5m+8m=(5+8)m; 5m×8m=(5×8)(m×m)=40m2

物理量单位选择时，先选定几个独立的物理量，叫基本量， 并根据使用方便的原则，定出这些量的单位， 叫基本单位； 其它各量的单位通过它们与基本量之间的关系来确定，这些 物理量叫导出量，单位叫导出单位；导出单位是由基本单位 乘除构成的。
表6 CGS制与工程制的基本单位
CGS制 量的名称 单位符号 长度 质量 时间 温度 长度 cm g s ℃ m 工程制 力 kgf 时间 s 温度 ℃
2 单位的正确运用
1.理论公式：
2.经验公式(数字公式) 借助实验或半实验、半理论的方法处理得到的公式。 它只反映各有关物理量之间的数字关系，每个符号只 代表物理量的数字部分，而这些数字又与特定单位对 应。因此，使用经验公式时，各物理量必须采用指定 单位。 经验公式的单位换算，也可采用换算因数将规定 单位换算成所要求单位。
du 与法向速度梯度 dy 成正比，此即牛顿粘度定律。
单位面积上的切向力-----剪应力， N m 2

1.1 概述 一．流体的性质 二．连续性假定 三、流体所受到的力 1.2 流体静力学方程及其应用 1.2.1 静止流体所受的力 1.2.2 流体静力学基本方程 1.2.3 流体静力学基本方程的应用
第一个问题是，为了保证一、二、三楼有水，就要维持楼底水管中有一定的 水压（表压），为了维持这个表压，水塔应建多高？即图中的 H ?
这样，可以假定流体是有无数质点组成、彼此间没有间隙、 完全充满所占空间的一种连续性介质。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。

在绝大多数情况下流体的连续性假设是成立的，只是高真空稀 薄气体的情况下连续性假定不成立。
三、流体所受到的力
质量力 流体所受的力 表面力
国际单位制
我国法定计量单位
选定的非国际单位制
表5 国家选定的非国际单位制单位（常用单位）
单位名称 分 时间 小时 天（日） 秒 平面角 旋转角度 质量 体积 分 单位符号 min h d (") (') 换算关系和说明 1min=60s 1h=60min=3600s 1d=24h=86400s 1"=(π/648000)rad 1'=60"(π/108000)rad
固体
流体
气体 流体 液体
流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。
分子运动 宏观运动 一．流体的性质： 1．易流动性：
不连续
流体不能承受拉力 2．压缩性： 可压缩流体 不可压缩流体
3．密度
用表示，属于物性
影响因素：气体----------种类、压力、温度、浓度 液体--------- 种类、温度、浓度
二
三、几个基本概念
热力学第二定律指出，所有系统由非平衡态向平衡态转 化是熵增大的自发过程，例如： 热流从高温处流向低温处 水流从高位处流向低位处 电流由高电位流向低电位
传原理课程所回答的问题

（1）如何根据各单元操作在技术上和经济上的特 点，进行“过程和设备”的选择，以适应指定 物系的特征，经济而有效地满足工艺要求。
作业：下周课前上交，请勿抄袭
考核方式：平时与期末比例同时参照教务办相关要求。 网上学习：
绪 论

《化工原理》是化工及其相关专业学生必 修的一门技术基础课，是《高等数学》、 《大学物理》、《基础化学》、《物理化 学》等课程的后继课程，为反应工程、传 递过程、工艺过程开发等专业课程的先行 课程，是自然科学领域的基础课向工程科 学的专业课过渡的入门课程。
p(压强，N / m 2 ( Pa)) A（面积，m 2 )
注意：国内许多教材习惯上把压强称为压力。 ②平行于表面的力F，称为剪力（切向力）。单位面积上所受的剪 力称为应力τ。 F(剪力，N) （剪应力，N/m2） A(面积，m2）
三、粘性——牛顿粘性定律
y
x 实验证明，对于一定流体，切向力 F 与接触面积 A 成正比，
Unit Operations of Chemical Engineering Principle of Chemical Engineering Principle of Process Engineering
参考教材：
《化工原理》陈敏恒/谭天恩/何洪潮/王保国 《传递过程与单元操作》 陈维杻 《化工传递过程基础》 王绍亭
例0-2:
解：

练习1：
通用气体常数 R 82.06 atm cm3 /(mol K ) 将其换算成以下列单位表示： （a）工程单位： （b）国际单位：
kgf m /(kmol K )
kJ /(km ol K )
本章总结

掌握单元操作与化工生产过程的概念

掌握物料衡算、热量衡算、平衡关系、 过程速率、单位制与单位换算 了解本课程的性质、任务与内容、方法
量的名称
度
转每分 吨
(°)
r/min t
1°=60'(π/180)rad
1r/min=(1/60)s-1 1t=103kg
原子质量单位
升
u
L,(l)
1u≈1.6605655×10-27kg
1L=1dm3=10-3m3
因目前常用的物理、化学数据和工程用数、表、列线图仍 有许多是用物理制（CGS制）单位和工程单位，尚未换算 过来，CGS与工程单位制中的基本单位如表6所示。工程 单位制中以“力”为基本量，用符号kgf表示。
（2）如何进行过程的计算和设备的设计。在缺乏数 据的情况下，如何组织实验以取得必要的设计数据。
（3）如何进行操作和调节以适应生产的不同要求。 在操作发生故障时如何寻找故障的缘由。
五、学好本课程应注意的问题及培养的能力
理论教学 1、要理论联系实际 试验教学 课程设计
2、过程原理与设备并重 3、掌握研究的方法 4、着重培养自学能力、创新能力 5、培养非智力因素（刻苦、勤奋、好学、多问、实干、 毅力等）
教学目的
入门
学好本课程对保证化工装置的正常运行、 优化工艺设备的设计、提高产品的质量、 挖掘设备的生产潜力、降低设备投资及生 产成本、节约能耗、防止污染、加速新技 术开发等都有非常重要的作用。
一、单元操作
单元操作进行的方式


1.间歇操作： 每次操作之初向设备内投入一批物料，经过一番处理后， 排除全部产物，再重新投料。 间歇操作设备内，同一位置上，在不同时刻进行着不同 的操作步骤，因而同一位置上，物料组成、温度、压强、流 速等参数都随时间变化，属非定态过程，即 参数＝f(x,y,z,θ) 2.连续操作： 原料不断地从设备一端送入，产品不断从另一端送出。 连续操作设备内，各个位置上，物料组成、温度、压强、 流速等参数可互不相同，但在任一固定位置上，这些参数一 般不随时间变化，属定态过程，即 参数＝f(x,y,z)
量的名称 单位名称 单位符号
平面角
立体角
弧度
球面角
rad
sr
表3 国际单位制中具有专门名称的导出单位（常用单位）
量的名称 频率 力；重力 压力（压强），应力 能量，功，热 功率 摄氏温度 单位名称 赫兹 牛顿 帕斯卡 焦耳 瓦特 摄氏度 单位符号 Hz N Pa J W ℃ 其它表示式示例 s－1 ㎏· m/s2 N/m2 N· m J/s *
如重力、离心力等，属 于非接触性的力。
法向力 切向力
压力 剪力
（1）体积力（质量力）

与流体的质量成正比，对于均质的流体也与流体的体 积成正比。如流体在重力场中运动时受到的重力就是 一种体积力，F＝mg。
（2）表面力

与流体的表面积成正比。若取流体中任一微小的平面，作用于 其上的表面力可分为 ①垂直与表面的力P，称为压力。单位面积上所受的压力称为压强 p。 P(压力，N）
3 单位换算
工程制与SI制单位换算的基础：

若物体受地心引力作用产生a＝9.80665m/s2的重力加速 度（国际标准重力加速度，即在北纬45海面上的重力加 速度），则作用于质量为m＝1kg的物体上的重力为： F＝ma＝1kg×9.80665m/s2＝9.80665N


物体在重力场中所受的重力，就是该物体的重量。因此， 工程单位制中是把SI中的9.80665N重量，作为其1kgf重 量，故有： 1kgf＝9.80665N
表4 用于构成十进倍数和分数单位的词头（常用词头）
所表示的因数 106 103 102 101 词头名称 兆 千 百 十 词头符号 M k h da 所表示的因数 10-1 10-2 10-3 10-4 词头名称 分 厘 毫 微 词头符号 d c m µ