化工基础,流体流动.ppt

化工基础,流体流动.ppt化工基础 Elementary Chemical Engineering 韦岩松第一章流体流动与输送?化工生产中的物料大多数是流体,经常需要将流体从一个设备输送到另一个设备。?化工生产中的传热、传质过程以及化学反应过程大部分是在流体流动状态下进行的。?流体流量的测量也与流体流动有关。?流体流动的基本原理是本门课程及化学反应工程的重要基础。分析:①流体在管道、泵(风机)、流量计中流动,是流体动力学问题。②流体在压差计、水封箱中处于静止状态,是流体静力学问题。③要确定流体输送管路的直径, 需计算流动过程产生的阻力和输送流体所需的动力。④选用多大的水泵或风机呢?要根据阻力与流量等参数来选择输送设备的类型和型号。流体流动的考察方法?气体和液体统称为流体。流体的特性: 流动性和可压缩性, 即没有固定形状,受到微小剪切力就会连续变形;任何流体皆可压缩。?流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。?不同的考察方法对流体流动情况的理解也不同。在物理化学中(气体分子运动论)是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,在某一方向上有时有分子通过,有时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续的介质,所面对的运动是一种随机的运动,随机性导致问题。研究流体时的三大假设(1) 连续性假设: 考察流体质点的宏观运动时,可以取大量流体分子组成的流体微团作为运动质点,并以此质点为研究对象,其尺寸大小与容器、管道相比微不足道,但又比分子运动的自由程大得多。于是就可以假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙的、完全充满所占空间的连续介质——这就是连续性假设。目的: 摆脱复杂的分子运动(随机的、混乱的),从宏观的角度,用统计的方法来研究流体的流动规律。同时,流体的物理性质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(微积分)加以描述,从而大大提高运算速度和效率。(2)理想流体: 假设流体是一种无粘性,在流动中不产生摩擦阻力的流体。理想流体是一种假设的概念,是对实际流体在某些条件下的简化处理。实际流体:具有粘性,流动时产生摩擦阻力。理想气体可用状态方程: RT M m nRT pV??理想液体符合拉乌尔定律(3)定态流动: (稳定流动,定常流动) 空间各点的状态不随时间而变化,该流动称为定态流动。 ux,uy,yz,p, ……=f(x,y,z) 与t 无关§1-1 流体静力学一. 流体的密度 :单位体积流体所具有的质量。属于物性。 V m??◇对于液体,压强的变化对密度的影响很小,可以忽略, 称为不可压缩性流体。此时,密度仅随温度而变, 故在使用液体的密度时,要注意温度条件。?? tf??◇对于气体,密度随 T、P改变很大,称为可压缩性流体,此时: ?? ptf,??故气体的密度必须标明其状态。当压强不太高,温度不太低时,可按理想气体来处理。获得方法: (1 )查物性数据手册(2)公式计算: 由理想气体方程求得操作条件( T, P )下的密度 nRT PV ?V m??? RT PM ?对理想混合液体, (1kg) 混合液体的体积等于各组分单独存在时的体积之和,即对低压混合气体其中式中 M i——混合气体中各组分的摩尔质量, kg/mol ; y i——混合气体中各组分的摩尔分率。或 (1 m 3)混合气体的质量等于各组分的质量之和。即式中? i——混合气体中各组分的密度, kg/m 3; x vi——混合气体中各组分的体积分率。 2. 相对密度:是指在共同的特定条件下,一个物质的密度与另一个物质的密度之比值,用 d表示。 2 1???d在一般情况下是以水作参照物,其值相当于比重, 4水 Cd ???? 3 4/ 1000 m kg C??水? :是指单位质量流体所具有的体积,是密度的倒数。单位为 m 3/kg 。?? 1??m V二. 流体的静压强 1. 压强的定义: 流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的压强, 简称压强。用p 表示, 工程上****惯称之为压力。 A Fp?SI制单位: N/m 2,即 Pa。