3 化工原理_刘雪暖_第1章流体流动流体动力学
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化工原理—第一章流体流动流体流动是化工工程中的重要内容之一,是指在一定的条件下,流体沿特定的路径进行移动的现象。
流体流动在化工工程中有着广泛的应用,例如在管道输送、搅拌、混合、分离等过程中都会涉及到流体的流动。
流体流动的研究内容主要包括流体的运动规律、流体的运动特性以及流体流动对设备和工艺的影响等方面。
在化工原理中,主要关注的是流体的运动规律和运动特性,以便更好地了解流体的性质和行为。
在理解流体流动性质前,首先需要了解流体分子的间隙结构。
一般来说,液体的分子之间距离较小,存在着较强的分子间吸引力,因此液体的分子有较强的凝聚力,可以形成一定的表面张力。
而气体的分子之间距离较大,分子间的相互作用力比较弱,因此气体的分子呈现无规则的运动状态。
流体流动有两种基本形式,即连续流动和非连续流动。
连续流动是指流体在管道或通道内以连续的形式流动,比较常见的有层流和湍流两种形式。
层流是指流体在管道中以层层相叠的方式流动,流速和流向都比较均匀,流线呈现平行或近似平行的形式。
层流特点是流动稳定,流速变化不大,并且流体分子之间相互滑动。
而湍流是指流体在管道中以旋转、交换和混合的方式流动,流速和流向变化较大,流线呈现随机分布的形式。
湍流特点是流动动荡,能量损失较大,并且流体分子之间会发生相互的碰撞。
流体流动的运动规律受到多种因素的影响,其中包括流体的黏度、密度、流速、管道尺寸、摩擦力等。
黏度是流体流动中的一个重要参数,它反映了流体内部分子之间相互作用的强度。
密度是流体流动中的另一个重要参数,它反映了单位体积内流体分子的数量。
流速是指流体单位时间内通过其中一横截面的体积。
流体流动对设备和工艺的影响也十分重要。
例如在管道输送过程中,流体的流速和流体动能的传递与损失会影响到输送效果和能耗;在搅拌过程中,流体的流动对传质和传热起着重要作用;在分离过程中,流体的流动会影响到分离设备的设计和操作。
因此,对流体流动的研究和掌握对于化工工程的设计和操作都具有重要意义。
化工原理第一章流体流动化工原理第一章流体流动流体:气体和液体统称为流体。
在炼油、石油化工等生产过程中,不论是所处置的原料、还是中间品或产品,大多都就是流体;而且生产过程都就是在流体流动下展开的,在炼油和石油化工厂中存有纵横交错的管道和众多的机泵在各生产设备之间运送流体。
这就表明流体流动不但普遍存在,而且流体流动的状况对生产过程正常而高效率展开、能量消耗、设备投资等密切相关,同时对热传导、传质等其它单元操作方式的研究也有赖于流体流动的基本规律。
因此,流体流动就是炼油、石油化工等生产过程中一个很关键的单元操作方式。
一、流体的密度1.密度单位体积的流体所具备的质量称作流体的密度,通常以符号表示。
相同的流体其密度就是相同的。
对于任何一种流体,其密度又随其所具备的压力和温度而变化,即为液体为不可压缩性流体,液体的密度随压力的变化很小,可忽略不计(除极高压力外)。
温度对液体的密度会有一定的影响,故在手册或有关资料中,对液体的密度都注明了相应的温度条件。
气体就是可压缩性流体,其密度随其温度和压力的变化很大,通常在温度不太低,压力不太高的情况下,气体的密度可以对数地用理想气体状态方程展开排序,即为气体密度也可按下式进行计算:上式中的为为标准状态(即。
=101.3kpa及=273k)下气体的密度,其值当气体的压力较高、温度较低时,其密度应采用真实气体状态方程式进行计算。
液体混合物的密度对液体混合物,各组分的组成通常用质量分率表示。
现以1kg混合液体为基准,假定各组分在混合前后其体积不变,则1kg混合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和,即式中──液体混合物中各组分的密度,kg/m3;──液体混合物中各组分的质量分率。
气体混合物的密度对于气体混合物,各组分的组成通常用体积分率表示。
现以lm3混合气体为基准,如果各组分在混合前后其质量不变,则1m3混合气体的质量等于各组分的质量之和,即式中──气体混合物中各组分的密度,kg/m3;──气体混合物中各组分的体积分率。