第一章第一章 流体流动与输送机械流体流动与输送机械 1.1 概述概述1.1.1 流体：气体与液体的总称流体：气体与液体的总称流体流动是最普遍的化工单元操作之一；流体流动是最普遍的化工单元操作之一；研究流体流动问题也是研究其它化工单元研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础操作的重要基础1.1.2连续介质假定连续介质假定 假定流体是由无数假定流体是由无数内部紧密相连内部紧密相连、彼此间没有彼此间没有间隙间隙的的流体质点流体质点（或微团）所组成的连续介质或微团）所组成的连续介质质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程尺寸、远大于分子自由程工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究 流体自由程自由程(free path)在热动平衡态下，一个气体分子在任意连续两次碰撞之间所经过的直线路程由于分子运动的无序性，分子各段自由程长度不同平均自由程（平均自由程（mean free mean free pathpath）在一定的条件下，一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值。
返回流体的特征流体的特征 具有流动性；具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；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受外力作用时内部产生相对运动不可压缩流体不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，流体的体积不随压力变化而变化，如液体；如液体；可压缩性流体可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，：流体的体积随压力发生变化，如气体流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强静压强，习惯上又称为压力压力压力的特性压力的特性 流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同压力的单位压力的单位 SI制：N/m2或Pa；或以流体柱高度表示：ghp注意注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等标准大气压的换算关系：1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33m H2O1工程大气压=1at=1kgf/cm2=735.6mmHg=10m H2O=9.81104Pa表表 压压=绝对压力绝对压力 大气压力大气压力真空度真空度=大气压力大气压力 绝对压力绝对压力=负的表压负的表压绝对压力绝对压力 绝对压力绝对压力 绝对真空绝对真空 表压表压 真空度真空度 1p2p大气压大气压 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。
以绝对真空为基准测得的压力表压或真空度表压或真空度 以大气压为基准测得的压力以大气压为基准测得的压力压力的表示方法压力的表示方法 例例 若已知某地的大气压力为750 mmHg，而设备A内压力为1000 mmHg，则PA表=_ mmHg=_ Pa若设备B的真空度为300 mmHg，则PB（绝）=_mmHg体积流量体积流量 以体积表示 qvm3/s或m3/h 质量流量质量流量 以质量表示 qmkg/s或kg/hvm二者关系：流量流量：单位时间内流体在管路中流过的数量：单位时间内流体在管路中流过的数量 质量流速质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量流速流速（平均平均流速）流速）单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离Aquvkg/（m2s）uAqAqGvm流量与流速的关系：GAuAvmm/suqdv4对于圆形管道：流量qv一般由生产任务决定流速选择：管径的估算管径的估算 d 设备费用 u 流动阻力 动力消耗 操作费均衡考虑uu适宜适宜费费用用总费用总费用设备费设备费操作费操作费常用流体适宜流速范围：常用流体适宜流速范围：水及一般液体 13 m/s粘度较大的液体 0.51 m/s低压气体 815 m/s压力较高的气体 1525 m/s 一般，密度大或粘度大的流体，流速取小一一般，密度大或粘度大的流体，流速取小一些；对于含有固体杂质的流体，流速宜取得大一些；对于含有固体杂质的流体，流速宜取得大一些，以避免固体杂质沉积在管道中。
些，以避免固体杂质沉积在管道中稳定流动与非稳定流动稳定流动与非稳定流动稳定流动：稳定流动：各截面上的温度、压力、流速等物理量不随时间变化：非稳定流动：非稳定流动：流体在各截面上的部分或全部物理量都随时间变化),(,zyxfupT),(,zyxfupT牛顿粘性定律牛顿粘性定律：1.1.3 流体的粘度流体的粘度 dyudAF.或dyud.Fuududy式中：F内摩擦力，N；剪应力，Pa；法向速度梯度，1/s；比例系数，称为流体的粘度，Pasdyud.牛顿型流体：牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体；非牛顿型流体：非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体粘度的物理意义粘度的物理意义 :流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力又称为动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度 粘度与密度的之比m2/s),(Tpf液体:)(TfT 气体:一般)(TfT 超高压),(Tpfp 粘度的物理本质粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞粘度的单位粘度的单位SI制：Pas 或 kg/(ms)物理制：cP(厘泊）换算关系21001P)1001cP1厘米秒达因泊（）厘泊（)1001(1000001100122mSN sPamSN3231010粘度的粘度的测量方法测量方法：旋转式粘度计落球式粘度计毛细管粘度计1.1.4 流体流动中的机械能流体流动中的机械能固体质点：位能和动能流体：位能、动能和压强能 能量之间存在着相互转换。