1.1流體的物理性質第一章流體流動1回顧：3、物理量的單位和換算1、化學工程的進展各種生產工藝－－單元操作－－三傳一反--傳遞現象2、單元操作和三傳動量傳遞：流體輸送、沉降、過濾等。熱量傳遞：加熱、冷卻、冷凝、蒸發等。質量傳遞：蒸餾、吸收、萃取、結晶、干燥等換算因子24、物料衡算和能量衡算總的物料守恒組分物料守恒元素物料守恒進行熱量衡算時還要指明基準溫度(簡稱基溫)。習慣上選0℃為基溫，并規定0℃時液態的焓為零。在設備的各個不同位置上，物料的流速、濃度、溫度、壓強等參數可各自不同．但在同一位置上，這些參數都不隨時間而變。5、穩態過程6、非穩態過程3衡算解題過程的步驟為：①畫一簡圖表示進行的過程，可用方塊圖表示，用箭頭表示物流的進出方向，注明物流的參數，如流量、溫度、壓力等。

②確定衡算范圍，用虛線劃出，使其邊界與待計算的物流相交，這樣使列出的衡算式中包含所需求的計算量。

③確定衡算基準，它是衡算式所確定已知量數值的依據，解出的待求量也應符合此基準。

④列出衡算式求解。注意：4第一章流體流動1.1流體的物理性質5678問題：1、如何確定管道內流體的流速和壓力？2、如何確定管道的直徑和壁厚？3、為了使流體達到工藝要求需要使用怎樣的泵？

提供多少動力？9本章主要學習內容3、流體的流動現象1、流體靜力學基本方程式2、流體流動的基本方程4、流體在管內的流動阻力5、管路計算方法6、流量的測量10

流動性：流體的抗剪力和抗張力很小，在外力作用下，流體內部會發生相對運動，使流體變形，這種連續不斷的變形就形成流動，即流體具有流動性。1.0.1流體的特點：剪切力A、流體的流動性：1.0概論：11B、流體的壓縮性

流體體積隨壓力變化而改變的性質稱為壓縮性。實際流體都是可壓縮的。液體的壓縮性很小，在大多數場合下都視為不可壓縮。氣體壓縮性比液體大得多，一般應視為可壓縮，但如果壓力變化很小，溫度變化也很小，則可近似認為氣體也是不可壓縮的。C、連續介質模型

把流體視為由無數個流體微團（或流體質點）所組成，這些流體微團緊密接觸，彼此沒有間隙。這就是連續介質模型12注意：高度真空下的氣體不能再視為連續介質流體微團（或流體質點）：

宏觀上足夠小，以致于可以將其看成一個幾何上沒有維度的點；同時微觀上足夠大，它里面包含著許許多多的分子，其行為已經表現出大量分子的統計學性質。13流體輸送：確定適宜的u,d參數測量：壓強、流速、流量等強化過程：提供適宜的流動條件研究流體流動規律的重要性本章主要討論:

流體流動過程的基本原理及流動規律，并用之分析和計算流體的輸送問題。141.1流體的物理性質

1.1.1流體的密度注意：各種單位制下，密度的單位和數值不同，注意一般都要換算成操作條件下的單位和數值。用表示，流體點密度影響因素：氣體---------種類、壓力、溫度、組成濃度液體---------種類、溫度、組成濃度獲得方法：（1）查物性數據手冊（2）公式計算：單位體積的流體所具有的質量15

液體的密度基本上不隨壓強變化（極高壓強除外），但隨溫度略有改變。對于氣體來說，是可壓縮的的流體，其密度必須標明其狀態。一般當壓強不太高，溫度不太低時，可按理想氣體來處理。液體：——不可壓縮性流體氣體：——可壓縮性流體161.1.2

理想氣體密度的計算：理想氣體在標況下的密度為：操作條件（T,P）下的密度：

1）2）17將指定條件設定為標準狀態下的1mol氣體：式中：M－氣體的摩爾質量，kg/kmol；

R－氣體常數，8.315×103J/(kmol·K)Vmol=22.4m33）181.1.3

混合物的密度：液體混合物濃度是以質量分率表示，如果使用其他的形式表示濃度，需要對其進行單位換算。體積假設不變，如果混合后液體的體積發生改變，需要校正。取1kg液體，令液體混合物中各組分的質量分率分別為:假設混合后總體積不變，可得到：——液體混合物密度計算式1）液體混合物的密度ρm192）氣體混合物的密度：取1m3

的氣體為基準,令各組分的體積分率:xvA,xvB,…,xVn,其中:i=1,2,….,n混合物中各組分的質量為：若混合前后,氣體的質量不變，

當V總=1m3時,

204）與密度相關的幾個物理量

1）比容：單位質量的流體所具有的體積，用υ表示，單位為m3/kg。2）比重(相對密度)：某物質的密度與4℃下的水的密度的比值，用d表示。在數值上:3）理想氣體混合物:Mi——氣體混合物中各組分的分子量

yi——氣體混合物中各組分的摩爾分率211.1.4流體的黏度

流體在運動時，任意相鄰兩層流體之間存在抵抗相對運動的力，流體所具有的這種減弱兩層流體相對運動的性質稱為流體的粘性。粘性是流體的固有屬性之一，不論流體處于靜止還是流動，都具有粘性。思考：流體的粘性和流動性的是由什么引起的？1)粘性——牛頓粘性定律22

對于一定的流體，內摩擦力F與兩流體層的速度差Δu及接觸面積s成正比，與兩層之間的垂直距離Δy成反比，2）牛頓粘性定律導出23適用于速度梯度y與流動方向u成直線關系引入修正相黏度系數μ，其值隨流體不同而不同其中單位面積上的內摩擦力稱為內摩擦應力，或剪切力，以τ表示，上式變為24當u與y不成直線關系時，而是如圖的曲線關系則應當寫成du/dy：速度梯度，即在與流動方向相垂直的

y方向上流體速度的變化率μ：黏滯系數或動力黏度，簡稱黏度流體的黏性越大，其值越大25P(泊)---達因.秒/厘米2cP(厘泊)物理意義：黏度的意義在于促使流體流動產生單位速度梯度的剪應力2).流體的黏度：單位：263)運動粘度

物理單位制中運動黏度的單位是cm2/s稱為斯托克斯，簡稱沲以St表示：1St=100cSt（厘沲）=10-4m2/s4)理想流體黏度為零的流體稱為理想流體，真實的流體都會表現出黏性。影響因素：主要有體系、溫度、濃度

獲取方法：屬物性之一，由實驗測定、查有關手冊或資料、用經驗公式計算。27

1.1.5非牛頓型流體簡介該方程的圖像為過原點的直線28凡是服從牛頓粘性定律的流體，稱為牛頓型流體，包括所有氣體和大多數液體；凡不服從牛頓粘性定律的流體稱為非牛頓型流體，如某些高分子溶液、膠體溶液、油漆及泥漿狀液體等。本章討論的均為牛頓型流體。291.2流體靜力學基本方程式1.2.1靜止流體的壓力

流體的單位表面積上所受的壓力，稱為流體的靜壓強，簡稱壓強，習慣上稱之為靜壓力，用符號p表示。30特點：靜壓強各向同性31（1）壓強單位SI制中，N/m2=Pa，稱為帕斯卡常用單位有：標準大氣壓（atm

）、工程大氣壓（kgf/cm2）、英制壓強（bar）；流體柱高度（mH2O，mmHg等）

32（2）壓力大小的兩種表征方法1）絕對壓強（絕壓）：

流體體系的真實壓強稱為絕對壓強。

2）表壓強（表壓）：壓力表上讀取的壓強值稱為表壓。

3）真空度：真空表的讀數以當地大氣壓為基準33絕壓/表壓/真空度的定義及關系表壓強=絕對壓強-大氣壓強真空度=大氣壓強-絕對壓強PA,絕pA（表）P大氣壓P（真空度）PB,絕

注意：

1、當用表壓或真空度來表示壓強時，應分別注明。如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表壓）。

2、可以使用負表壓表示真空度：

4×103Pa（真空度）＝－4×103Pa

（表壓）。

34若已知某地的大氣壓力為750mmHg，而設備A內壓力為1000mmHg，則PA表=_____

mmHg。若設備B的真空度為300mmHg，則PB（絕）=______mmHg。PA,絕pA（表）P大氣壓P（真空度）PB,絕35在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔頂的真空表讀數為80×103Pa。在天津操作時，若要求塔內維持相同的絕對壓強，真空表的讀數應為若干?蘭州地區的平均大氣壓強為85.3×103Pa，天津地區的平均大氣壓強為l01.3×103Pa。

例：1-1在天津操作時，要求塔內維持相同的絕對壓強，由于大氣壓強與蘭州的不同，則塔頂的真空度也不相同，其值為：真空度＝大氣壓強—絕對壓強＝101330—5300＝96030Pa解：根據蘭州地區的大氣壓強條件，可求得操作時塔頂的絕對壓強為：絕對壓強＝大氣壓強一真空度；

85300－80000＝5300Pa36全微分的概念設p是自變量x,y,z的函數，則p可表示為那么函數p的全微分可以表示為：假設：p作為壓力，x,y,z作為空間的三維方向，則：方程A表示，壓力p的全微分為p在三個方向上的偏微分之和。1.2.2流體靜力學基本方程式A37對z方向做受力分析，立方體受到上表面壓力下表面壓力重力38對x方向做受力分析，立方體受到右表面壓力左表面壓力對y方向做受力分析39壓力p的全微分dp就可以表示為：對連續、均質且不可壓縮流體，ρ為常數方程兩側進行積分：靜壓能位能廣義壓力兩側同除密度ρ40能量守恒定律在靜止流體理論中的體現：總勢能守恒（靜壓能，位能）在靜止液體中取任意兩點，1，2，根據上式可以得到：A）方程的分析41整理：如1點在液體上表面處，則2點的壓強可以表示為式（1）表明：靜止流體內部靜壓能和位能可以相互轉化。式（2）表明：靜止流體內部壓強的大小關系。式（3）表明：靜止流體內部任一點處的壓強。式（1）～（3）為流體靜力學基本方程421）適用場合：

絕對靜止、連續、均質、不可壓縮

2）總勢能守恒：在同一種靜止流體中不同高度的流體微元，其靜壓能和位能各不相同，但總和保持定值

3）等壓面的概念：在靜止的、連續的同一液體內，處于同一水平面上各點的壓強都相等。等壓面為水平面

靜力學方程的討論：434）傳遞定律：當外界壓力變化時，液體內部各處的壓力都發生同樣大小的變化。（巴斯噶定理）5）液柱高度可以表示壓強或壓強差：注意：必須注明是什么液體44[例1—2]

本題附圖所示的開口容器內盛有油和水。油層高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg／m3，水層高度h2=0.6m、密度ρ=1000kg