文档介绍：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:
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。
◇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。
◇对于气体,密度随T、P改变很大,称为可压缩性流体,此
时:
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
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 Mi——混合气体中各组分的摩尔质量,kg/mol;
yi——混合气体中各组分的摩尔分率。
或(1m3)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/m3;
xvi——混合气体中各组分的体积分率。
: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。
在一般情况下是以水作参照物,其值相当于比重
比容:是指单位质量流体所具有的体积,是密度的倒数。单位为m3/kg。
二. 流体的静压强
: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。
SI制单位:N/m2,即Pa。