化工原理-连续性方程

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一、流体力学及其输送

1.单元操作：物理化学变化的单个操作过程，如过滤、蒸馏、萃取。

2.四个基本概念：物料衡算、能量衡算、平衡关系、过程速率。

3.牛顿粘性定律：F=±τA=±μAdu/dy，(F：剪应力；A：面积；μ：粘度；du/dy：速度梯度)。

4.两种流动形态：层流和湍流。流动形态的判据雷诺数Re=duρ/μ；层流—2000—过渡—4000—湍流。当流体层流时，其平均速度是最大流速的1/2。

5.连续性方程：A1u1=A2u2；伯努力方程：gz+p/ρ+1/2u2=C。

6.流体阻力=沿程阻力+局部阻力；范宁公式：沿程压降：Δpf=λlρu2/2d，沿程阻力：Hf=Δpf/ρg=λl u2/2dg(λ：摩擦系数)；层流时λ=64/Re，湍流时λ=F(Re，ε/d)，(ε：管壁粗糙度)；局部阻力hf=ξu2/2g，(ξ：局部阻力系数，情况不同计算方法不同)

7.流量计：变压头流量计(测速管、孔板流量计、文丘里流量计)；变截面流量计。孔板流量计的特点；结构简单，制造容易，安装方便，得到广泛的使用。其不足之处在于局部阻力较大，孔口边缘容易被流体腐蚀或磨损，因此要定期进行校正，同时流量较小时难以测定。

转子流量计的特点——恒压差、变截面。

8.离心泵主要参数：流量、压头、效率（容积效率v：考虑流量泄漏所造成的能量损失；水力效率H：考虑流动阻力所造成的能量损失；机械效率m：考虑轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失。）、轴功率；工作点(提供与所需水头一致)；安装高度(气蚀现象，气蚀余量)；泵的型号(泵口直径和扬程)；气体输送机械：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。

9. 常温下水的密度1000kg/m3,标准状态下空气密度1.29 kg/m3

1atm =101325Pa=101.3kPa=0.1013MPa=10.33mH2O=760mmHg

（1）被测流体的压力 > 大气压 表压 = 绝压－大气压

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。

第一章 流体流动

知识目标:

本章要求熟悉流体主要物性(密度， 黏度)数据的求取及影响因素， 压强的定义、表示方法、单位及单位换算，连续性和稳定性的概念，管内流体速度分布，流体的流动类型， 雷诺准数及其计算。

理解流体在管内流动时产生阻力损失的原因，测速管、孔板流量计、转子流量计的基本结构， 测量原理及使用要求。

掌握静力学方程， 连续性方程，柏努利方程， 管路阻力计算公式，简单管路的计算方法。

了解湍流时的流速分布， 复杂管路计算。

能力目标:

通过对本章的学习，学会能应用静力学原理和动力学原理处理工程过程的设计型计算和操作型计算。

气体和液体通称为流体，原来是固体的物料，有时也可以做成溶液以便于输送或处理。流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化，一般将液体视为不可压缩性流体，与此相反，气体的压缩性很强，受热时体积膨胀很大，因此将气体视为可压缩的流体。流体流动是化工生产过程中是普遍的现象，研究流体流动的目的是要能解决以下几个工程问题：（1）流体的输送、输送管路的设计与所需功率的计算、输送设备的选型与操作；2）流速、流量的计算，系统中的压强或压强差的测量，设备液位及液封高度的确定；（3）根据流体流动规律减少输送能耗，强化化工设备中传热、传质过程等。

工程上研究流体流动的方法是：只研究流体的宏观运动，不考虑流体分子间的微观运动，也就是说，将流体视为有许多分子组成的“微团”，又把“微团”称作质点，质点的大小与它所处的空间相比是微不足道的，但比分子运动的自由程度要大得多。在流体的内部各个质点相互紧挨着，他们之间没有任何空隙而成为连续体。因此将流体视为有无数质点组成的其间无任何空隙的连续介质，即所谓的连续性假定。

第一节 流体静力学

流体静力学是研究流体在外力作用下处于静止或相对静止状态下的规律，本节讨论静止流体在重力场中内部的压力变化规律，在讨论此规律之前，先对与此有关的物理量做些说明。

一、密度

第一章 液体流 体 流 动

一．基本内容

1． 流体静力学方程及应用

2． 稳定流动系统物料衡算——连续性方程

机械能衡算——柏努利方程

3． 管内流体流动阻力：

（1） 两种流动类型及判断。

（2） 流动阻力计算：直管阻力和局部阻力

二．基本概念

1． 稳定流动：与流动有关的物理量不随时间的改变，但可随位置而改变，其质量流量为常数。

2． 等压面：静止连续同一流体，同一水平面。

3． 滞流与湍流，滞流底层：

（1） 两种流动类型本质区别在于流体质点运动规律不同；

（2） 在湍流流体中近壁面处总存在一薄层滞流流体，称为滞流底层（层流内层）；

（3） 滞流与湍流之速度分布：

a． 层流：点速度ur与其所处半径r成抛物线关系，平均流速u为管中心线处最大速度umax的1/2倍。

b．湍流：平均流速u为umax的0.8~0.82倍。

4． 流体流动阻力产生的原因：流体存在粘性，流动时产生粘滞力（内摩檫力），质点的相互作用（包括质点的脉动以及由于流道截面大小及方向的改变引起的）；

5． 串联管路，并联管路及其特点：

（1） 串联管路：管径不同的管段串联而成

特点：①w1=w2=……=w，㎏/s 各管段相同；ρ=常数， V1=V2=……=V ，sm/3；

②21fffhhh，J/㎏ 总阻力等于各段阻力之和。

（2） 并联管路：先分后合的管路

特点：①w=w1+w2+……，㎏/s 总管流率等于各管段流率之和；

②21fffhhh……， J/kg 各支管段（每kg流体）阻力相等。

6．管路视作一整体，存在能量平衡：

（1）任何局部阻力的增加，将使管内流量下降；

（2）下游阻力↑，使上游压力↑

（3）上游阻力↑，使下游压力↓

（4）阻力损失总是表现为势能的降低。

7．当量直径ed，水力半径hr：

Ardke44，Arh

三．基本公式：

1． 流体静力学方程：ghpp12,Pa