流体的物理性质

编号：SY-AQ-08047
( 安全管理)
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流体的物理性质
Physical properties of fluids
流体的物理性质
导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。

在安全管
理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关
系更直接，显得更为突出。

流体流动与输送过程中，流体的状态与规律都与流体的物理性质有关。

因此，首先要了解流体的常见物理和化学性质，包括密度、压力、黏度、挥发性、燃烧爆炸极限、闪点、最小引燃能量、燃烧热等。

一、密度与相对密度
密度是用夹比较相同体积不同物质的质量的一个非常重要的物理量，对化工生产的操作、控制、计算等，特别是对质量与体积的换算，具有十分重要的意义。

流体的密度是指单位体积的流体所具有的质量，用符号ρ表示，在国际单位制中，其单位是ke／m3。

式中m——流体的质量，kg；
y——流体的体积，m3。

任何流体的密度都与温度和压力有关，但压力的变化对液体密
度的影响很小(压力极高时除外)，故称液体是不可压缩的流体。

工程上，常忽略压力对液体的影响，认为液体的密度只是温度的函数。

例如，纯水在277K时的密度为1000kg／m3，在293K时的密度为998．2kg／m3，在373时的密度为958．4kg／ms。

因此，在检索和使用密度时，需要知道液体的温度。

对大多数液体而言，温度升高，其密度下降。

液体纯净物的密度通常可以从《物理化学手册》或《化学工程手册》等查取。

液体?昆合物的密度通常由实验测定，例如比重瓶法、韦氏天平法及波美度比重计法等。

其中，前两者用于精确测量，多用于实验室中，后者用于快速测量，在工业上广泛使用。

在工程计算中，当混合前后的体积变化不大时，液体混合物的密度也可由下式计算，即：
式中ρ—液体混合物的密度，kg／ms；
ρ1、ρ2、ρi、ρn——构成混合物的各纯组分的密度，ks／m3；
w1、w2、wi、wn——混合物中各组分的质量分数。

气体具有明显的可压缩性及热膨胀性，当温度、压力发生变化
时，其密度将发生较大的变化。

常见气体的密度也可从《物理化学手册》或《化学工程手册》中查取。

在工程计算中，如查压力不太高、温度不太低，均可把气体(或气体混合物)视作理想气体，并由理想气体状态方程计算其密度。

由理想气体状态方程式
式中ρ—气体在温度丁、压力ρ的条件下的密度，kg／m3；
V——气体的体积，ITl3；
户——气体的压力，kPa；
T一—气体的温度，K；
m--气体的质量，kg；
M——气体的摩尔质量，kg／kmol；
R——通用气体常数，在SI制中，R＝8．314kJ／(km01．K)。

如果是气体混合物，式中的M用气体混合物的平均摩尔质量Mm代替。

平均摩尔质量由下式计算：
式中M1、M2、Mi、Mn——构成气体混合物的各纯组分的摩尔质量，kg／km0l；
式中的上标“@”表示标准状态，即273K、101．325kPa。

由于lkmol理想气体在标准状态下的体积是22．4m3，所以理想气体在标准状态下的密度为
当混合物中各纯组分的密度已知时，还可以根据混合前后质量不变的原则，用下式计算混合物的密度。

流体的密度是流体的重要物性，涉及许多安全问题，流体密度的计算是生产过程中化学爆炸、物理爆炸计算过程的重要数据。

用圆柱形贮槽贮存8％的NaOH水溶液，已知贮槽的底面直径是6m，现因工艺需要，需将30t该碱液从贮槽打到指定设备内，问贮槽的液位计读数将下降多少?已知在当时条件下，该碱液的密度是1061kg／ms。

在用仪器测量液体的密度时，在很多检索密度数据的过程中，常常会遇到相对密度(过去称比重)和比体积的概念，例如用波美度比重计测出的就是被测液体的相对密度。

相对密度是一种流体的密度相对于另一种标准流体的密度的大小，是一个无因次的量。

对液体来说，常选277K的纯水作为标准液
体(此时水的密度为1000kg／m3)，其定义式为
二、压力
力的作用效果不仅取决于力的大小，还取决于力的作用面积。

工程上，常常使用单位面积上的力(应力)来表示力的作用强度，在流体力学中也是如此。

流体垂直作用在单位面积上的压力(压应力)，称为流体的压力强度，简称压强，也称静压强，工程上常常称为压力。

式中P——流体的压力，Pa；
F垂直作用在面积A上的力，N；
A——流体的作用面积，mz。

可以证明，在静止流体中，任一点的压力方向都与作用面相垂直，并在各个方面上都具有相同的数值。

在化工生产中，压力是一个非常重要的控制参数，为了知道操作条件下压力的大小，以控制过程的压力，常常在设备或管道上安装测压仪表。

新型的测压仪表通常是自动的并可以由自动控制系统调节；传统的测压仪表主要有两种，一种叫压力表，一种叫真空表，
至今仍在化工生产中广泛应用，但它们的读数都不是系统内的真实压力(绝对压力)。

压力表的读数叫表压，它所反映的是容器设备内的真实压力比大气压高出的数值，即
表压＝绝对压力一大气压
真空表的读数叫真空度，它所反映的是容器设备内的真实压力低于大气压的数值，即
真空度二大气压一绝对压力
显然，同一压力，用表压和真空度表示时，其值大小相等而符号相反。

通常，把压力高于大气压的系统叫正压系统，压力低于大气压的系统叫负压系统。

为了使用时不至于混淆，压力用绝对压力表示时可以不加说明，但用表压和真空度表示时必须注明。

例如，500kPa表示绝对压力；5MPa(表压)表示系统的表压，绝对压力等于该值加上大气压；10Pa(真空度)表示系统的真空度，绝对压力等于大气压减去该值。

压力的单位有很多种，在工程上、文献中都会经常出现，因此要能够进行Pa与其他压力单位(非法定计量单位)的换算。

常见换算
关系如下：
latm＝101．3kPa＝1．033at＝760mmHg＝10．33mH20 lat＝lkgf／cm2＝98．07kPa＝735．6mmHg＝10mHzO
流体或系统压力的大小不仅关系反应速度和流动速度，而且可以标志危险性的大小，事故损失的状况和后果。

要求某精馏塔塔顶压力维持在3．5kPa，若操作条件下，当地大气压为lOOkPa，问：塔顶应该安装压力表还是真空表?其读数是多少?
解由题意可知，塔顶压力比当地大气压低，因此应该安装真空表。

真空表的读数为100—3．5=96．5kPa安装在某生产设备进、出口处的真空表的读数是3．5kPa、压力表的读数为76．5kPa，试求该设备进出口的压力差。

设备进出口的压力差＝出口压力一进口压力＝(大气压+表压)一(大气压一真空度)＝表压+真空度=76．5+3．5＝80．OkPa
三、黏度
流体黏度影响流体的流动状况和状态，决定在一定动力或流速
状态下，流体与管壁之间的摩擦，黏度大的流体容易粘壁，结垢而导致管道堵塞或结焦，影响安全生产。

不同流体的黏性是不一样的，从桶里把油倒出来要比把水从桶里倒出来需要更长时间，这说明油的黏性比水大。

表示流体黏性大小的物理量称为动力黏度或绝对黏度，简称黏度，用／／表示，在SI制中，其单位是Pa•s。

在工程上或文献中常常使用泊(P)或厘泊(cP)。

它们之间的关系是
1Pa•s=10P=1000cP
黏度是流体的重要物理性质之一，其大小反映了在同样条件下，流体内摩擦力的大小。

显然，在其他条件相同的情况下，黏度越大，流体的内摩擦力越大。

流体的黏度是流体种类及状态(温度、压力)的函数，气体的黏度比液体的黏度小得多。

例如，常温常压下，空气的黏度约为o．0184mPa•s，而水的黏度约为lmpa•s。

液体的黏度随温度的升高而减少，气体的黏度则随温度的升高而增加。

例如，冬天倒洗发精要比夏天倒洗发精难得多。

压力改变对液体黏度的影响很小，可
以忽略；除非压力很高，压力对气体黏度的影响也是可以忽略不计的。

流体的黏度通常是由实验测定的，比如涂四杯法、毛细管法和落球法等。

一些常见的液体纯净物和气体的黏度可以从手册中查取。

在缺少条件时，混合物的黏度也可用经验公式计算，可以参阅有关书籍资料。

在检索黏度资料时，有时会遇到运动黏度，的概念，它与绝对黏度小密度卢的关系是
在SI制中，运动黏度的单位是m2
／s。

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