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化工原理化工原理 Principles of Chemical Engineering 流体流动流体流动第一章第一章流体流动流体流动 Fluid Flow Fluid Flow -- --内容提要内容提要-- -- 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、管路计算第一章第一章流体流动流体流动. .学****要求学****要求 1. 本章学****目的通过本章学****重点掌握流体流动的基本原理、管内流动的规律,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。 2本章应掌握的内容( (1 1) )流体静力学基本方程式的应用; 流体静力学基本方程式的应用; ( (2 2) ) 连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用条件、解题要点; 条件、解题要点; (3)两种流型的比较和工程处理方法; (4 4) )流动阻力的计算; 流动阻力的计算; (5)管路计算。 10-12 学时. 概述概述流体动力学问题: 流体静力学问题: 图图 1-1 1-1 煤气洗涤装置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。图图 1-1 1-1 煤气洗涤装置 概述概述 流体的分类和特性流体的分类和特性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 流体流动的考察方法流体流动的考察方法在物理化学(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。 连续性假设( Continuum hypotheses) Continuum hypotheses) 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。 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: x x y z ( , , , ), ( , , , ), ( , , , ) y z u f x y z t u f x y z t u f x y z t ? ?? 流体流动的考察方法流体流动的考察方法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。 流体流动中的作用力流体流动中的作用力