化学工程基础 流体流动 课件.ppt

第二章流体流动
王华军
华中科技大学化学与化工学院

控制系—过程控制原理(《化学工程基础》)
提纲
流体静力学
流体在管内的流动—流体动力学
管路计算和流体流量测量
流体输送机械
引言
(1). 研究流体流动问题的重要性
流体流动是最普遍的化工单元操作之一;
流体是气体与液体的总称。
研究流体流动问题是研究其它化工单元操作的重要基础。
化工生产中所涉及的物料大多是流体,因为反应物料在流动状态下易于混合和输送。用于同反应物进行传热、传质的介质等同样也是流体。
引言
(2). 流体的特征
具有流动性;
无固定形状,随容器形状而变化;
受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体:流体的体积不随压力变化而变化,
如液体;
可压缩性流体:流体的体积随压力发生变化,
如气体。
引言
(3) . 连续介质假定
假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点(或微团)所组成的连续介质。
流体质点:由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设备尺度、远大于分子尺度。
工程意义:可以摆脱分子间的相互作用和复杂的分子运动。从而可以利用连续函数的数学工具,从宏观角度研究流体在设备中的整体机械运动规律。
(4) 研究内容
①流量计量和流动阻力。
流体力学原理
计量流动状态下的流体;
研究流动过程中能量转换和过程中的阻力。
目的是: 设计管路,选择输送机械及其功率。
②流动状况对化工过程的影响。
对传质、传热和化学反应重要影响,过程速率。
混合,T,c,v
引言
流体静力学
流体的密度
一、定义
单位体积流体的质量,称为流体的密度(质量浓度)。
kg/m3
二、单组分密度
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,可视为常数。
流体静力学
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都是在一定压力与温度
下之值,若条件不同,则密度需进行换算。
p: kPa
M: kg/kmol
T: K
R: (J/mol K)
流体静力学
混合液体假设各组分在混合前后体积不变,则有
——液体混合物中各组分的质量分率。
比容
单位质量流体具有的体积,是密度的倒数。
m3/kg
三、混合物的密度
流体静力学
三、混合物的密度
混合气体各组分在混合前后质量不变,则有
——气体混合物中各组分的体积分率。
或
——混合气体的平均摩尔质量
——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。