第一章
流体流动
第一章
流体流动
第三节
流体流动的基本方程一、流量与流速
二、稳态流动与非稳态流动
三、连续性方程式
四、柏努利方程式五、柏努利方程式的应用
1.3.1 流量与流速
1、流量流量:
单位时间内流过管道任一截面的流体量。
体积流量V
S:若流量用体积来计量，单位为：m3/s
质量流量W
S:若流量用质量来计量，单位：kg/s。
体积流量和质量流量的关系是：ρ
SSVW=
2、流速
流速u: 单位时间内流体在流动方向上流过的距离,单位为：m/s
数学表达式为：
AV
uS
=流量与流速的关系为：uAVS=ρuAW
S=
对于圆形管道，2
4dAπ
=
2
4dV
uS
π=
uVdSπ4=
——管道直径的计算式
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)。
数学表达式为：
AW
Gs=
AV
Sρ
=ρu=1.3.2 稳态流动与非稳态流动
稳定流动：描述流动的物理量与时间无关的流动
稳定流动
u=f(x，y，z)非稳定流动
u=f(x，y，z，θ )
1.3.2 稳态流动与非稳态流动
流动系统稳态流动流动系统中流体的流速、压强、
密度等有关物理量仅随位置而改
变，而不随时间而改变
非稳态流动上述物理量不仅随位置而且随时间变化的流动。1.3.3 连续性方程
在稳定流动系统中，对直径不同的管段做物料衡算
衡算范围：取管内壁截面1-1’与截面2-2’间的管段。
衡算基准：1s
对于连续稳定系统：
21
SSWW
=
ρuAW
s=222111ρρAuAu=
如果把这一关系推广到管路系统的任一截面，有：
常数=====ρρρuAAuAuW
SL
222111
若流体为不可压缩流体
常数======uAAuAuW
VS
SL
2211ρ
——一维稳定流动的连续性方程
对于圆形管道，2
222
11
44duduππ
=
2
12
21
⎟⎟
⎠⎞
⎜⎜
⎝⎛
=∴
dd
uu
表明：当体积流量V
S一定时，管内流体的流速与管道直径
的平方成反比。1.3.4 柏努利方程式
柏努利方程式是流体流动中机械能守恒和转化
原理的体现。
化工原理 第一章 习题及答案
第一章 流体流动
问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么?
有什么条件?
答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?
答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。
问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?
答3．分子间的引力和分子的热运动。
通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。
问题4. 静压强有什么特性?
答4． 静压强的特性： ①静止流体中任意界面
上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。
问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。
(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；
(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？
题5附图
题6附图
答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下
大。
2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；
外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa
因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。
问题6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)
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《化工原理》习题集
第二章 气体吸收
1、 当总压为101.3 kPa，温度为25℃时，100克水中含氨1克，该溶液上方氨的平衡分压为0.933 kPa；若在此浓度范围内亨利定律适用，试求溶解度系数H和相平衡常数m（溶液密度近似取为1000kg/m3）。
2、 含有4%（体积）氨气的混合气体，逆流通过水喷淋的填料塔，试求氨溶液的最大浓度，分别以摩尔分率，质量分率，比摩尔分率，比质量分率表示。塔内绝对压强为2.03×105 Pa, 在操作条件下，气液平衡关系为 p* = 2000x(式中 p 的单位为 mmHg, x 为摩尔分率)。
3、 已知NO2水溶液的亨利系数如下：
温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35
E /×102 kPa 1.19 1.43 1.68 2.01 2.28 2.62 3.06
指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少？并在 x - y 图上表示。
（1）含NO20.003(摩尔分率)的水溶液和含 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3 kPa，T=35℃；
（2）气液组成及总压同（1），T=15℃；
（3）气液组成及温度同（1），总压达200kPa（绝对压强）。
4、已知某吸收系统中，平衡关系为y = 0.3x ，气膜吸收分系数ky = 1.815×10-4 kmol / (m2.s)，液膜吸收分系数kx = 2.08×10-5 kmol / (m2.s)，并由实验测得某截面上气液相浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02，试求：
（1）界面浓度yi、xi分别为多少？
（2）液膜阻力在总阻力中所占的百分数，并指出控制因素；
（3）气相推动力在总推动力中所占的百分数。
4、 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压力为101.3kPa（绝对压力）。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07 kPa，液相中甲醇浓度为2mol / m3。甲醇在水中的溶解度系数H = 1.995 kmol / (m3.kpa.)，液膜吸收分系数kL = 2.08×10-5 m / s，气膜吸收分系数kG = 1.55×10-5 kmol / (m2.s.kpa.)。试计算该截面上的吸收速率。
化工原理课后思考题答案 王志魁
第二章流体输送机械
2-1流体输送机械有何作用？
答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。
2-2离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？ 泵入口的压力处于什么状体？
答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心 力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能 输送液体（气缚）；
启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体 沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流 到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。
泵入口处于一定的真空状态（或负压）
2-3离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？
1、流量 qv:单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。
2、扬程 H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m
3、功率与效率：
轴功率 P：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。
有效功率Pe：
效率：
2-4离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出 口阀门？
答：1、离心泵的 H、P、与 qv之间的关系曲线称为特性曲线。共三条；
2、离心泵的压头 H一般随流量加大而下降
离心泵的轴功率 P在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。
与 qv先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应 的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。
2-5什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、 泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？
