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第一章: 流体流动流体流动是化工厂中最基本的现象。
在化工厂内，不论是待加工的原料或是已制成的产品，常以液态或气态存在。
各种工艺生产过程中，往往需要将液体或气体输送至设备内进行物理处理或化学反应，这就涉及到选用什么型式、多大功率的输送机械，如何确定管道直径及如何控制物料的流量、压强、温度等参数以保证操作或反应能正常进行，这些问题都与流体流动密切相关。
流体是液体和气体的统称。
流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化。
液体有一定的液面，气体则否。
液体几乎不具压缩性，受热时体积膨胀的不显著，所以一般将液体视为不可压缩的流体。
与此相反，气体的压缩民很强，受热时体积膨胀很大，所以气体是可压缩的流体。
如果在操作过程中，气体的温度和压强改变很小，气体也可近似地按不可压缩流体来处理。
流体是由大量的不断作不规则运动的分子组成，各个分子之以及分子内部的原子之间均保留着一定的空隙，所以流体内部是不连续而存在空隙的，要从单个分子运动出发来研究整个流体平衡或运动的规律，是很困难而不现实。
所以在流体力学中，不研究个别分子的运动，只研究由大量分子组成的分子集团，设想整个流体由无数个分子集团组成，每个分子集团称为“质点”。
质点的大小与它所处的空间在、相比是微不足道的，但比分子自由程要大得多。
这样可以设想在流体的内部各个质点相互紧挨着，它们之间没有任何空隙而成为连续体。
用这种处理方法就可以不研究分子间的相互作用以及复杂的分子运动，主要研究流体的宏观运动规律，而把流体模化为连续介质，但不是所有情况都是如此的，高真空度下的气体就不能视为连续介质了。
液体和气体统称为流体。
流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
化工生产的原料及产品大多数是流体。
在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1) 管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2) 压强、流速和流量的测量；(3) 传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。
化工原理之流体流动概述引言流体流动是化工领域中至关重要的一部分，它涉及到许多的应用，比如管道输送、泵的设计、混合和分离等等。
在化工工程中，流体的流动特性对于工艺的操作和效率至关重要。
本文将简要介绍化工原理中流体流动的概念、分类、流动参数以及相关的实际应用。
流体的定义流体是指无固定形状和容积，可以流动的物质。
在化工领域中，常见的流体包括气体和液体。
与固体不同，流体具有较弱的分子间相互作用力，因此可以在容器内自由地流动。
流体流动的分类根据物质流动的性质，流体流动可以分为稳定流动和非稳定流动。
稳定流动是指流体在相同截面上的流速分布保持恒定，其特点是流速和流量均随位置不变。
非稳定流动则相反，流速和流量随位置而变化。
另外，流体流动还可以分为层流和湍流。
层流是指流体沿着平行层面流动，并且每一层内的流速分布保持均匀。
在层流中，不同层之间的流体不相互混合。
湍流则是指流体流动时出现的紊乱不规则的状态，流速分布不均匀且经常发生变化。
流体流动的参数对于流体流动的描述，常用的参数包括流速、流量、雷诺数和黏度等。
流速流速是指流体在单位时间内通过某一截面的体积。
流速可以通过体积流量和截面积之间的关系计算得出。
流量流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积。
它可以通过以下公式计算：流量 = 流速 × 截面积雷诺数雷诺数是判断流体流动状态的重要参数，它描述了流体内部的分子相互作用和流体流动的惯性之间的比例关系。
当雷诺数小于临界值时，流体流动属于层流状态；当雷诺数大于临界值时，流体流动属于湍流状态。
黏度黏度是流体流动性质的重要指标，它表示流体内部分子之间黏附力的大小。
黏度越大，流体的粘稠度就越高，流动阻力也越大。
在化工工程中，黏度是设计和操作过程中需要考虑的一个重要参数。
流体流动的应用流体流动在化工工程中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：管道输送在化工领域中，流体常常需要从一个地方输送到另一个地方。
管道输送是一种常见的方法，通过合理地设计管道系统、选择适当的泵和控制流量，可以实现高效、稳定的流体输送。
化工原理流体流动知识点总结化工原理中的流体流动是指在化工过程中物质（气体、液体或固体颗粒）在管道、设备或反应器中的运动过程。
了解流体流动的知识对于化工工程师来说至关重要。
下面是关于流体流动的一些重要知识点的总结。
1.流体的物理性质：-流体可以是气体、液体或固体颗粒。
气体和液体的主要区别在于分子之间的相互作用力和分子间距。
-流体的物理性质包括密度、黏度、表面张力、压力和流速等。
2.流体的运动方式：- 流体的运动可以是层流（Laminar flow）或紊流（Turbulent flow）。
-在层流中，流体以平行且有序的方式流动，分子之间的相互作用力主导着流动。
-在紊流中，流体以非线性和混乱的方式运动，分子之间的相互作用力相对较小，惯性和湍流运动主导着流动。
3.流体的流动方程：-流体流动可以通过连续性方程、动量方程和能量方程来描述。
-连续性方程（质量守恒方程）描述了流体在空间和时间上的质量守恒关系。
-动量方程描述了流体中的力平衡关系，包括压力梯度、黏度和惯性力等因素。
-能量方程描述了流体中的能量守恒关系，包括热传导、辐射和机械能转化等因素。
4.管道流动：-管道中的流体流动可以是单相（单一组分）或多相（多个组分）。
-管道流动的主要参数包括流速、压力损失和摩阻系数等。
- 常用的管道流动方程包括Bernoulli方程、Navier-Stokes方程和Darcy-Weisbach方程等。
5.流体输送：-流体输送是指将流体从一个地点输送到另一个地点的过程。
-在流体输送中，常用的设备和装置包括泵、压缩机、阀门、流量计和管道系统等。
-输送过程中要考虑流体的性质、流速、压力损失以及设备的选型和操作条件等因素。
6.流体混合与分离：-流体混合和分离是化工过程中常见的操作。
-混合可以通过搅拌、喷淋、气体分散等方法实现。
-分离可以通过过滤、沉淀、蒸馏、萃取和膜分离等方法实现。
7.流体力学实验：-流体力学实验是研究流体流动和相应现象的方法之一-常用的流体力学实验包括流速测量、压力测量、流动可视化和摩擦系数测定等。
化⼯原理第⼀章主要内容第⼀章流体流动流体：⽓体和液体统称流体。
流体的特点：具有流动性；其形状随容器形状⽽变化；受外⼒作⽤时内部产⽣相对运动。
质点：⼤量分⼦构成的集团。
第⼀节流体静⽌的基本⽅程静⽌流体的规律：流体在重⼒作⽤下内部压⼒的变化规律。
⼀、流体的密度ρ1. 定义：单位体积的流体所具有的质量，kg/m 3。
2. 影响ρ的主要因素液体：ρ=f(t)，不可压缩流体⽓体：ρ=f(t ，p)，可压缩流体3.⽓体密度的计算4.混合物的密度5.与密度相关的⼏个物理量⽐容υ⽐重(相对密度) d ⼆、压⼒p 的表⽰⽅法定义：垂直作⽤于流体单位⾯积上的⼒ 1atm=760mmHg=1.013×105Pa=1.033kgf/cm 2 =10.33mH2O 1at=735.6mmHg=9.807×105Pa =1kgf/cm 2 =10mH20 表压 = 绝对压⼒ - ⼤⽓压⼒真空度 = ⼤⽓压⼒ - 绝对压⼒三、流体静⼒学⽅程特点：各向相等性；内法线⽅向性；在重⼒场中，同⼀⽔平⾯上各点的静压⼒相等，但其值随着点的位置⾼低变化。
1、⽅程的推导 2、⽅程的讨论液体内部压强 P 随 P 0 和 h ⽽改变的； P ∝h ，静⽌的连通的同⼀种液体内同⼀⽔平⾯上各点的压强相等；当P 0改变时，液体内部的压⼒也随之发⽣相同的改变；⽅程成⽴条件为静⽌的、单⼀的、连续的不可压缩流体；h=(P-P 0)/ρg ，液柱⾼可表⽰压差，需指明何种液体。
3、静⼒学⽅程的应⽤ (1)压⼒与压差的测量 U 型管压差计微差压差计（2）液位的测定（3）液封⾼度的计算 m Vρ=(),f t p ρ=4.220M =ρ000T p p T ρρ=PM RT ρ=12121n m n a a a ρρρρ=+++1122......m n nρρ?ρ?ρ?=+++mm PM RTρ=1/νρ=41/,gh p p ρ+=0()12A C P P gR ρρ-=-() gz21A B A gR P P ρρρ+-=-第⼆节流体流动的基本⽅程⼀、基本概念（⼀）流量与流速1.流量：单位时间流过管道任⼀截⾯的流体量。
化工原理流体流动化工原理中的流体流动是一个非常重要的概念，它涉及到化工工艺中许多关键环节，如管道输送、反应器内流动、搅拌反应等。
流体流动的研究不仅可以帮助我们更好地理解化工过程中的现象，还可以指导工程实践，提高工艺效率，降低能耗成本。
本文将从流体流动的基本原理、流体力学方程、流体流动的类型以及流动特性等方面进行探讨。
首先，我们需要了解流体流动的基本原理。
流体力学是研究流体静力学和动力学规律的学科，其中流体流动是动力学的重要内容。
流体流动的基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等。
质量守恒原理指出在流体流动过程中，单位时间内通过任意截面的流体质量不变；动量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的动量不变；能量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的能量不变。
这些基本原理为我们理解流体流动提供了重要的理论基础。
其次，我们需要了解流体力学方程。
流体力学方程是描述流体运动规律的基本方程，包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了流体的质量守恒规律，动量方程描述了流体的动量守恒规律，能量方程描述了流体的能量守恒规律。
通过这些方程，我们可以定量地分析流体流动的特性，为工程设计和优化提供依据。
接下来，我们需要了解流体流动的类型。
根据流体的性质和流动状态，流体流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体在管道内沿着同一方向以相对较小的速度均匀流动的状态，流线呈直线状并且不会相互交叉。
湍流是指流体在管道内以不规则的、混乱的方式流动的状态，流线呈曲线状并且会相互交叉。
不同类型的流体流动具有不同的特性，需要采用不同的方法进行研究和控制。
最后，我们需要了解流体流动的特性。
流体流动的特性包括速度分布、流动阻力、流体混合等。
速度分布描述了流体在管道内的速度分布规律，可以通过实验和模拟计算进行研究。
流动阻力是指流体在管道内流动时受到的阻力，它与管道的几何形状、流体的黏度等因素有关。
流体混合是指不同流体在管道内的混合过程，它对于化工反应器内的反应效果具有重要影响。
第一章流体流动一、流体静力学：压强，密度，静力学方程二、流体基本方程：流速流量，连续性方程，伯努利方程三、流体流动现象：牛顿粘性定律，雷诺数，速度分布四、摩擦阻力损失：直管，局部，总阻力，当量直径五、流量的测定：测速管，孔板流量计，文丘里流量计六、离心泵：概述，特性曲线，气蚀现象和安装高度8■绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。
■表压/真空度 ：以大气压为基准测得的压力。
表 压 = 绝对压力 － 大气压力真空度 = 大气压力 － 绝对压力1.1流体静力学1.流体压力/压强表示方法绝对压力绝对压力绝对真空表压真空度1p 2p 大气压标准大气压：1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O112.流体的密度Vm =ρ①单组分密度),(T p f =ρ■液体：密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。
■气体：当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度下之值，若条件不同，则需进行换算。
②混合物的密度■ 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有nn 2111m φρφρφρρ+++= RTpM m m=ρnn 2211m y M y M y M M +++= ■混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有nmn12121w w w ρρρρ=+++①表达式—重力场中对液柱进行受力分析：液柱处于静止时，上述三力的合力为零:■下端面所受总压力 A p P 22=方向向上■上端面所受总压力 A p P 11=方向向下■液柱的重力)(21z z gA G -=ρ方向向下p 0p 2p 1z 1z 2G3.流体静力学基本方程式g z p g z p 2211+=+ρρ能量形式)(2112z z g p p -+=ρ压力形式②讨论：■适用范围：适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；■物理意义：在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。
第一章: 流体流动流体流动是化工厂中最基本的现象。
在化工厂内，不论是待加工的原料或是已制成的产品，常以液态或气态存在。
各种工艺生产过程中，往往需要将液体或气体输送至设备内进行物理处理或化学反应，这就涉及到选用什么型式、多大功率的输送机械，如何确定管道直径及如何控制物料的流量、压强、温度等参数以保证操作或反应能正常进行，这些问题都与流体流动密切相关。
流体是液体和气体的统称。
流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化。
液体有一定的液面，气体则否。
液体几乎不具压缩性，受热时体积膨胀的不显著，所以一般将液体视为不可压缩的流体。
与此相反，气体的压缩民很强，受热时体积膨胀很大，所以气体是可压缩的流体。
如果在操作过程中，气体的温度和压强改变很小，气体也可近似地按不可压缩流体来处理。
流体是由大量的不断作不规则运动的分子组成，各个分子之以及分子内部的原子之间均保留着一定的空隙，所以流体内部是不连续而存在空隙的，要从单个分子运动出发来研究整个流体平衡或运动的规律，是很困难而不现实。
所以在流体力学中，不研究个别分子的运动，只研究由大量分子组成的分子集团，设想整个流体由无数个分子集团组成，每个分子集团称为“质点”。
质点的大小与它所处的空间在、相比是微不足道的，但比分子自由程要大得多。
这样可以设想在流体的内部各个质点相互紧挨着，它们之间没有任何空隙而成为连续体。
用这种处理方法就可以不研究分子间的相互作用以及复杂的分子运动，主要研究流体的宏观运动规律，而把流体模化为连续介质，但不是所有情况都是如此的，高真空度下的气体就不能视为连续介质了。
液体和气体统称为流体。
流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
化工生产的原料及产品大多数是流体。
在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1) 管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2) 压强、流速和流量的测量；(3) 传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。
本章将着重讨论流体流动过程的基本原理及流体在管内的流动规律,并运用这些原理与规律去分析和计算流体的输送问题。
在研究流体流动时,常将流体视为由无数分子集团所组成的连续介质。
把每个分子集团称为质点，其大小与容器或管路相比是微不足道的。
质点在流体内部一个紧挨一个，它们之间没有任何空隙，即可认为流体充满其所占据的空间。
1-1-1 流体的密度单位体积流体所具有的质量称为流体的密度,其表达式为:＝(1-1)式中──流体的密度, kg/m3；──流体的质量, kg；──流体的体积, m3。
流体的密度一般可在物理化学手册或有关资料中查得。
气体是可压缩的流体,其密度随压强和温度而变化。
因此气体的密度必须标明其状态。
从手册中查得的气体密度往往是某一指定条件下的数值，这就涉及到如何将查得的密度换算为操作条件下的密度。
一般当压强不太高、温度不太低时,可按理想气体来换算：（1-2）式中──气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位);──气体的绝对温度, K。
(上标"′"表示手册中所指定的条件)实际上,某状态下理想气体的密度可按下式进行计算:(1-3a)或(1-3b)式中 ──气体的分子量, kg/kmol;──气体常数,其值为8.315 kJ/(kmol)(下标 "0" 表示标准状态)在化工生产中所遇到的流体,往往是含有几个组分的混合物。
通常手册中所列出的为纯物质的密度,所以混合物的平均密度还得通过以下公式进行计算。
对于液体混合物,各组分的浓度常用质量分率来表示。
现以1 kg混合液体为基准,若各组分在混合前后其体积不变,则 1 kg混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和,即:(1-4) 式中──液体混合物中各纯组分的密度, kg/m3──液体混合物中各组分的质量分率。
对于气体混合物,各组分的浓度常用体积分率来表示。
现以1m3混合气体为基准,若各组分在混合前后其质量不变,则1 m3混合气体的质量等于各组分的质量之和,即:(1-5)式中 、…──气体混合物中各组分的体积分率。
气体混合物的平均密度也可按式（1-3a）或式（1-3b）计算,此时应以气体混合物的平均分子量代替式中的气体分子量：（1-6）1-1-2 流体的静压强流体垂直作用于单位面积上的压力,称为流体的静压强,简称压强,其表达式为:(1-7)式中──流体的静压强, ；──垂直作用于流体表面上的压力, N;──作用面的面积, 。
在SI中,压强的单位是,称为帕斯卡,以Ｐa表示。
但习惯上还采用其它单位,如atm(标准大气压)、某流体柱高度、bar(巴)或等,它们之间的换算关系为:1 atm=1.033 =760 mmHg=10.33 =1.0133 bar=1.0133×105流体的压强除用不同的单位来计量外,还可以有不同的计量基准。
以绝对零压作起点计算的压强,称为绝对压强,是流体的真实压强。
流体的压强可用测压仪表来测量。
当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时,所用的测压仪表称为压强表。
压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值,称为表压强,即:表压强＝绝对压强－大气压强当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时,所用测压仪表称为真空表。
真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值,称为真空度,即:真空度＝大气压强－绝对压强显然,设备内流体的绝对压强愈低,则它的真空度就愈高。
真空度又是表压强的负值,例如,真空度为600mmHg,则表压强是-600mmHg,绝对压强。
应当指出,外界大气压强随大气的温度、湿度和所在地区的海拔高度而改变。
为了避免绝对压强、表压强、真空度三者相互混淆,在以后的讨论中规定,对表压强和真空度均加以标注,如2000(表压)、400mmHg(真空度)等。
(1-6) 式中 ── 气体混合物中各组分的分子量, kg/kmol ；── 气体混合物中各组分的摩尔分率。
1-1-3 流体静力学基本方程式现讨论流体在重力和压力作用下的平衡规律,这时流体处于相对静止状态。
由于重力就是地心吸力,可以看作是不变的,起变化的是压力。
所以实质上是讨论静止流体内部压力(压强)变化的规律。
用于描述这一规律的数学表达式,称为流体静力学基本方程式。
此方程式可通过下面的方法推导而得。
在一静止容器中盛有密度为的静止液体（图1-2）。
现于液体内部任意划出一底面积为的垂直液柱。
若以容器底为基准水平面,则液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别为。
在垂直方向上作用于液柱上的力有:(1) 作用于上底面的压力1；(2) 作用于下底面的压力２；。
(3) 作用于整个液柱的重力。
液柱处于静止状态时,在垂直方向上各力的代数和应为零,即:把上式各项除以A,又因 ,于是上式便可整理为:(1-8)为讨论方便,对式(1-8)进行适当的变换，即将液柱的上底面取在容器的液面上，设液面上方的压强为,下底面取在距液面任意距离处,作用于其上的压强为。
则（1-8a)由上式可见:（1) 当容器液面上方的压强 一定时,静止液体内部任一点压强p 的大小与液体本身的密度和该点距液面的深度有关。
因此,在静止的、连续的同一液体内,处于同一水平面上各点的压强都相等。
(2) 当液面上方的压强有改变时,液体内部各点的压强也发生同样大小的改变。
(3) 式(1-8a)可改写为：上式说明压强差的大小可以用一定高度的液体柱来表示。
由此可以引伸出压强的大小也可用一定高度的液体柱表示,这就是前面所介绍的压强可以用mmHg 、等单位来计量的依据。
当用液柱高度来表示压强或压强差时,必须注明是何种液体,否则就失去了意义。
式1-8及1-8a 适用于液体和气体,统称为流体静力学基本方程式。
1-1-4 流体静力学基本方程式的应用一、压强与压强差的测量测量压强的仪表很多,现仅介绍以流体静力学基本方程式为依据的测压仪器。
这种测压仪器统称为液柱压差计,可用来测量流体的压强或压强差,较典型的有下述两种。
1. U 管压差计U 管压差计的结构如图1-1所示,它是一根U 形玻璃管,内装有液体作为指示液。
指示液要与被测流体不互溶,不起化学作用,且其密度应大于被测流体的密度。
当测量管道中1-1′与2-2′两截面处流体的压强差时,可将U 管的两端分别与1-1′及2-2′两截面相连通,由于两截面的压强P 1和P 2不相等,所以在U 管的两侧便出现指示液面的高度差R ，R 称为压差计的读数,其值的大小反映1-1′及2-2′两截面间的压强差(P 1-P 2)的大小。
(P 1-P 2)与R 的关系式，可根据流体静力学基本方程式进行推导。
图1-1所示的Ｕ管底部装有指示液A ，其密度为A ρ,Ｕ管两侧臂上部及连接管内均充满待测流体B,其密度为B ρ。
图中两点都在连通着的同一种静止流体内,并且在同一水平面上,所以这两点的静压强相等,即。
根据流体静力学基本方程式可得于是:上式简化后即得与的关系式为:(1-9)U管压差计不但可用来测量流体的压强差,也可测量流体在任一处的压强。
若U管一端与设备或管道某一截面连接,另一端与大气相通,这时读数所反映的是管道中某截面处流体的绝对压强与大气压强之差,即为表压强。
2. 微差压差计由式1-9可以看出,若所测量的压强差很小,U管压差计的读数R也就很小,有时难以准确读出值。
为了把读数R放大,除了在选用指示液时,尽可能地使其密度与被测流体的密度接近外,还可采用如图1-4所示的微差压差计。
其特点是:(1) 压差计内装有两种密度相接近、且不互溶的指示液和,而指示液与被测流体亦应不互溶。
(2) 为了读数方便,使U管的两侧臂顶端各装有扩大室,俗称为"水库"。
扩大室内径与U管内径之比应大于10。
这样,扩大室的截面积比U管的截面积大得很多,即使U管内指示液的液面差很大,但两扩大室内的指示液的液面变化很微小,可以认为维持等高。
于是压强差便可用下式计算,即:（1-10）上式中的是两种指示液的密度差,而式1-9中的是指示液与被测流体的密度差。
二、液位的测量图： 1-7化工厂中经常要了解容器里液体的贮存量,或要控制设备里的液面,因此要进行液位的测量。
大多数液位计的作用原理均遵循静止液体内部压强变化的规律。
最原始的液位计的玻璃管内所示的液面高度即为容器内的液面高度。
这种构造易于破损,而且不便于远处观测。
下面介绍两种利用液柱压差计来测量液位的方法。
如图1-6所示,于容器或设备1外边设一个称为平衡器的小室2,里面所装的液体与容器里的相同,平衡器里液面的高度维持在容器液面允许到达的最大高度处。
用一装有指示液的U管压差计3把容器与平衡器连通起来,由压差计读数R便可换算出容器里的液面高度。
