北京化工大学化工原理上册解析

在重力场中的静止流体内部压强的变化规律及其 工程应用。 * 本节的重点 重点掌握流体静力学基本方程式的适用条件 及工程应用实例。 * 本节的难点 本节点无难点。
1.2 流体静力学基本方程
流体静力学主要研究流体流体静止时其内部压强变 化的规律。用描述这一规律的数学表达式，称为流体静 力学基本方程式。先介绍有关概念：
2 本章应掌握的内容 （1） 流体静力学基本方程式的应用； （2） 连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用 条件、解题要点；
（3） 两种流型的比较和工程处理方法； （4） 流动阻力的计算； （5） 管路计算。 3. 本章学时安排
授课14学时，习题课4学时。
1.1 概述
流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因有 以下三个方面：
内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
（1） 流体输送： 流速的选择、管径的计算、流体 输送机械选型。
（2） 流动参数的测量 ： 如压强、流速的测量等。 （3） 建立最佳条件： 选择适宜的流体流动参数， 以建立传热、传质及化学反应的最佳条件。
此外，非均相体系的分离、搅拌（或混合）都是流 体力学原理的应用。
1.2.1 流体的密度
单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。以ρ表
示，单位为kg/m3。
（1-1)
式中ρ---流体的密度，kg/m3 ； m---流体的质量，kg； V---流体的体积，m3。
当ΔV→0时，Δm/ΔV 的极限值称为流体内部的某点
密度。
1.2.1 流体的密度
1.2.1.1 液体的密度 液体的密度几乎不随压强而变化，随温度略有改
1.1.2 流体流动的考察方法
流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。在物 理化学（气体分子运动论）重要考察单个分子的微观运动，分子的 运动是随机的、不规则的混乱运动。这种考察方法认为流体是不连 续的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将非常复杂。
1.1.2.1 连续性假设(Continuum hypotheses)
①垂直于表面的力p，称为压力（法向力）。
单位面积上所受的压力称为压强p。 ② 平行于表面的力F，称为剪力（切力）。
单位面积上所受的剪力称为应力τ。
1.2.流体静力学基本方程( Basic equations of fluid
statics )
➢ * 本节主要内容 流体的密度和压强的概念、单位及换算等；
在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常 将流体视为由无数质点组成的连续介质。
连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间 没有间隙、完全充满所占空间连续介质，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。
1.1.2 流体流动的考察方法
1.1.2.2 流体流动的考察方法
① 拉格朗日法 选定一个流体质点，对其跟踪观 察，描述其运动参数（位移、数度等）与时间的关系。 可见，拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状 态。
② 欧拉法 在固定的空间位置上观察 流体质点的 运动情况，直接描述各有关参数在空间各点的分布情 况合随时间的变化，例如对速度u，可作如下描述：
ux fx (x, y, z, t), uy f y (x, y, z, t), uz fz (x, y, z, t)
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，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。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
1.1.3 流体流动中的作用力
任取一微元体积流体作为研究对象，进行受力 分析，它受到的力有质量力（体积力）和表面力两类。
（1）质量力（体积力） 与流体的质量成正比， 质量力对于均质流体也称为体积力。如流体在重力场中所
受到的重力和在离心力场所受到的离心力，都是质量力。
（2）表面力 表面力与作用的表面积成正比。单 位面积上的表面力称之为应力。
（1）流动阻力及流量计算
（2）流动对传热、传质及化学反应的影响
（3）流体的混合效果
化工生产中，经常应用流体流动的
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
化工原理
Principles of Chemical Engineering
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
第一章 流体流动 .学习要求
1. 本章学习目的 通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位) M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
变，可视为不可压缩流体。 纯液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方
法获取。 混合液体的密度，在忽略混合体积变化条件下，
可用下式估式中ρi ---液体混合物中各纯组分的密度，kg/m3； αi ---液体混合物中各纯组分的质量分率。
1.2.1 流体的密度
1.2.1.2 气体的密度 气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。