流体流动-绪论+流体静压强.ppt

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1、化工原理上册化工原理上册概概述述一、本课程的性质与任务一、本课程的性质与任务 *性质性质性质性质:是工程学科的一门基础技术课程是工程学科的一门基础技术课程是工程学科的一门基础技术课程是工程学科的一门基础技术课程 *任务任务任务任务:论述化工单元操作中论述化工单元操作中论述化工单元操作中论述化工单元操作中,流体流动与热量流体流动与热量流体流动与热量流体流动与热量传递的基本原理、工程计算、典型设备的选型与传递的基本原理、工程计算、典型设备的选型与传递的基本原理、工程计算、典型设备的选型与传递的基本原理、工程计算、典型设备的选型与设计设计设计设计 二、本课程的研究对象和研究方法二、本课程的研究对象和

2、研究方法 *研究对象研究对象研究对象研究对象-化学工业生产过程的单元操作化学工业生产过程的单元操作化学工业生产过程的单元操作化学工业生产过程的单元操作*研究方法研究方法研究方法研究方法-1 1 1 1、物料衡算、物料衡算、物料衡算、物料衡算 2 2 2 2、能量衡算、能量衡算、能量衡算、能量衡算 3 3 3 3、平衡关系、平衡关系、平衡关系、平衡关系 4 4 4 4、过程速率、过程速率、过程速率、过程速率 v若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。v均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，不改变其化学性

3、质。不改变其化学性质。v同一化工过程中可能会包含多个相同的的单元操作。同一化工过程中可能会包含多个相同的的单元操作。v单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进行该操作的设备也可以通用行该操作的设备也可以通用。单元操作的应用及特点单元操作的应用及特点奶粉生产工艺流程奶粉生产工艺流程原料乳验收原料乳验收预处理预处理预热杀菌预热杀菌真空浓缩真空浓缩过滤过滤加糖加糖喷雾干燥喷雾干燥出粉出粉冷却与过筛冷却与过筛包装、检验包装、检验成品成品单元操作与实际生产过程单元操作与实际生产过程单元操作按其理论基础可分为下列三类：单元操作按其理论基础可分为下列三类：上述

4、三个过程包含了三种理论，称之为上述三个过程包含了三种理论，称之为“三传理论三传理论”。（1 1）流体流动过程（）流体流动过程（fluid flow processfluid flow process）:包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。（2 2）传热过程（）传热过程（heat transfer processheat transfer process）:包括热交换、蒸发等。包括热交换、蒸发等。（3 3）传质过程（）传质过程（mass transfer processmass transfer process）:包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。包括吸收、蒸馏

5、、萃取、吸附、干燥等。单元操作的分类单元操作的分类单元操作与三传的关系单元操作与三传的关系杀杀 菌：菌：传热；传热；真空浓缩：真空浓缩：传热、传质、流体流动；传热、传质、流体流动；过过 滤：滤：流体流动流体流动.物料衡算；物料衡算；能量衡算；能量衡算；物系的平衡关系；物系的平衡关系；三、单元操作中常用的基本原则三、单元操作中常用的基本原则 依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物料质量，即之差，等于该过程中累积的物料质量，即输入量输出量累积量输入量输出量累积量3.13.1 物料衡算（物料衡算（material

6、 balancematerial balance）要点要点:*正确确定衡算范围正确确定衡算范围*独立方程数应与未知数个数一致独立方程数应与未知数个数一致q本课程所用到的能量主要有机械能和热能。本课程所用到的能量主要有机械能和热能。q能量衡算的依据是能量守恒定律。能量衡算的依据是能量守恒定律。3.23.2 能量衡算（能量衡算（energy balanceenergy balance）要点要点:*正确确定衡算范围正确确定衡算范围*独立方程数应与未知数个数一致独立方程数应与未知数个数一致*某些能量是某些能量是相对值相对值 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡状态是自然界中广泛存在的现象。平衡关系平

7、衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。达到的限度。以食盐的溶解和结晶为例：以食盐的溶解和结晶为例：以食盐的溶解和结晶为例：以食盐的溶解和结晶为例：食盐浓度食盐浓度食盐浓度食盐浓度饱和浓度：结晶饱和浓度：结晶饱和浓度：结晶饱和浓度：结晶 食盐浓度食盐浓度食盐浓度食盐浓度饱和浓度：溶解饱和浓度：溶解饱和浓度：溶解饱和浓度：溶解该温度下的饱和浓度为该物系的该温度下的饱和浓度为该物系的该温度下的饱和浓度为该物系的该温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度。3.33.3 物系的平衡关系物系的平衡关系(relationshi

8、p of system balance)4.14.1 单位制度单位制度国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的。有专门名称的导出单位构成的。四、四、单位与单位换算单位与单位换算基本单位基本单位-给给基本物理量（长度、时间、质量等）基本物理量（长度、时间、质量等）规定规定的单位的单位导出单位导出单位-根据物理意义或物理公式根据物理意义或物理公式,由基本单位组由基本单位组合合导出导出的的其它物理量其它物理量的单位的单位 物理制(cgs制)绝对实用制(MKS制)基本物理量基本物理量长度长度长度长度质量质量质量质量时间时间时间时

9、间长度长度长度长度质量质量质量质量时间时间时间时间基本单位基本单位基本单位基本单位 cmcmcmcm g g g g s s s s m m m m kg kg kg kg s s s s 工程制工程制 国际单位制国际单位制(SI(SI制制)基本物理量基本物理量长度长度长度长度力力力力时间时间时间时间长度长度长度长度质量质量质量质量时间时间时间时间热力学温度热力学温度热力学温度热力学温度物质数量物质数量物质数量物质数量电磁强度电磁强度电磁强度电磁强度基本单位基本单位 m m m m kgfkgfkgfkgf s s s s m m m m kg kg kg kg s s s s K K K K

10、 mol mol mol mol A A A A 4.24.2 单位换算单位换算 同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。这种换算称为单位换算。地改变。这种换算称为单位换算。例：例：重力加速度在重力加速度在SISI制中的单位为制中的单位为m/sm/s2 2,其值为其值为9.819.81，在物理，在物理制中，其值为制中，其值为981 981，因为单位为，因为单位为cm/scm/s2 2 第一章第一章 流体力学与应用流体力学与应用内容提要内容提要1.流体性质与特征流体性质与特征2.流体静力学流体静力学*3.流体在管内的流动流体在管内的流动4.流体

11、的流动现象流体的流动现象*5.流动阻力流动阻力*6.管路计算管路计算*7.流量测量流量测量要求要求q掌握连续性方程和能量方程掌握连续性方程和能量方程q能进行管路的设计计算能进行管路的设计计算流体的特征流体的特征：具有流动性。即具有流动性。即q抗剪和抗张的能力很小；抗剪和抗张的能力很小；q无固定形状，随容器的形状而变化；无固定形状，随容器的形状而变化；q流体具有连续性；流体具有连续性；q在外力作用下其内部发生相对运动。在外力作用下其内部发生相对运动。流体流体:在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如气体和液体。如气体和液体。第一节第一节 概概 述

12、述q流体的输送流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产根据生产要求，往往要将这些流体按照生产程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送流体输送的任的任务，实现生产的连续化务，实现生产的连续化。q压强、流速和流量的测量压强、流速和流量的测量：以便更好的掌握生产状况。以便更好的掌握生产状况。q为强化设备提供适宜的流动条件为强化设备提供适宜的流动条件：除了流体输送外，除了流体输送外，化工生产中的传热、传质过程以及化学反应大都是在流体流动化工生产中的传热、传质过程以及化学反应大都是在流体流动下进行的，以便降低传递阻力，减小设备尺寸。流体流动状态下

13、进行的，以便降低传递阻力，减小设备尺寸。流体流动状态对这些单元操作有较大影响。对这些单元操作有较大影响。流体的研究意义流体的研究意义在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连连续介质续介质。流体微团或流体质点流体微团或流体质点：它的大小与容器或管道相比是微不它的大小与容器或管道相比是微不足道的，但是比起分子自由程长度却要大得多，它包含足够多足道的，但是比起分子自由程长度却要大得多，它包含足够多的分子，能够用统计平均的方法来求出宏观的参数（如压力、的分子，能够用统计平均的方法来求出宏观的参数（如压力、温度），从而使我们可以观察这些参数的

14、变化情况。温度），从而使我们可以观察这些参数的变化情况。连续性的假设连续性的假设流体介质是由连续的质点组成的；流体介质是由连续的质点组成的；质点运动过程的连续性。质点运动过程的连续性。流体的研究方法流体的研究方法流体静力学流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。作用在流体上的力有质量力和表面力。作用在流体上的力有质量力和表面力。q质量力质量力：作用于流体每个质点上的力，与流体的质量成正比，：作用于流体每个质点上的力，与流体的质量成正比，如：重力和离心力。如：重力和离心力。q表面力表面力：作用于流体质点表面的力，其大小与表面积成正：作用于流体质点表面

15、的力，其大小与表面积成正比，如：压力和剪力。比，如：压力和剪力。第二节第二节 流体静力平衡及应用流体静力平衡及应用单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为式中式中 流体的密度，流体的密度，kg/m3；m流体的质量，流体的质量，kg；v 流体的体积，流体的体积，m3。不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力p p和温度和温度T T的函数，可用下式表示的函数，可用下式表示 ：f（p，T）1流体的物理特性流体的物理特性1.1 1.1 密度密度 液体液体的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），

16、可忽的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），可忽略不计，但其随温度稍有改变。略不计，但其随温度稍有改变。气体气体的密度随压力和温度的变化较大。的密度随压力和温度的变化较大。当压力不太高、温当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算：度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算：式中式中 p 气体的压力，气体的压力，kN/m2或或kPa；T 气体的绝对温度，气体的绝对温度，K；M 气体的分子量，气体的分子量，kg/kmol；R 通用气体常数，通用气体常数，8.314kJ/kmolK。上式中的上式中的0 0M/22.4kg/mM/22.4kg/m3 3为为标

17、准状态标准状态（即（即T T0 0=273K=273K及及p p0 0=133.3Pa=133.3Pa）下气体的密度。下气体的密度。气体密度也可按下式计算气体密度也可按下式计算 在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要采用真实气在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要采用真实气体状态方程式计算。体状态方程式计算。气体混合物气体混合物:当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，仍可用上式仍可用上式计算气体的密度。计算气体的密度。Mm My1+M2y2+Mnyn式中式中：M、M2、Mn 气体混合物各组分的分子量；气体混合物各组分的分子量；y1、y2、yn

18、气体混合物各组分的摩尔分率。气体混合物各组分的摩尔分率。液体混合物液体混合物:液体混合时，体积往往有所改变。若混合前后液体混合时，体积往往有所改变。若混合前后体积不变，则体积不变，则1kg1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体积混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之和，则可由下式求出混合液体的密度之和，则可由下式求出混合液体的密度m m。式中式中1、2、，n 液体混合物中各组分的质量分率；液体混合物中各组分的质量分率；1、2、，n 液体混合物中各组分的密度，液体混合物中各组分的密度，kg/m3；m 液体混合物的平均密度，液体混合物的平均密度，kg/m3。单位质量流体的体积，称为流体的单位

19、质量流体的体积，称为流体的比容比容，用符号，用符号v v表示，单位表示，单位为为m m3 3/kg/kg，则则亦即流体的亦即流体的比容比容是是密度密度的倒数。的倒数。1.2比容比容v（比体积）（比体积）例例1-1已知硫酸与水的密度分别为已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与与998kg/m3，试求含硫酸为试求含硫酸为60%(质量质量)的硫酸水的硫酸水溶液的密度。溶液的密度。解：应用混合液体密度公式，则有解：应用混合液体密度公式，则有例例1-2已知干空气的组成为：已知干空气的组成为：O221%、N278%和和Ar1%(均为体积均为体积%)。试求干空气在压力为。试求干空气在压力为9.8110

20、4Pa、温度为温度为100时的密度。时的密度。解：解：首先将摄氏度换算成开尔文：首先将摄氏度换算成开尔文：100273+100=373K求干空气的平均分子量：求干空气的平均分子量：Mm My1+M2y2+MnynMm=320.21+280.78+39.90.01=28.96气体的平均密度为：气体的平均密度为：1.3粘度粘度流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为粘性粘性粘性粘性衡量流体粘性大小的物理量称为粘度衡量流体粘性大小的物理量称为粘度衡量流体粘性大小的物理量称为粘度衡量流体粘性大小的物理量称为粘度粘度的单位粘度的单位:v PasPas,(,(法定单位法定单位););v 泊（泊（P P），），gcm-1s-1;v 厘泊（厘泊（cPcP）;v 1 Pas 10P1000cP。