11流体静力学Word格式.docx

1、l,le分别为直管的长度及管件的当量长度，m；m质量，Kg；M摩尔质量，Kg/Kmol；N输送设备的轴功率，Kw；Ne输送设备的有效功率，Kw；p压强，Pa；pf因克服流动阻力而引起的压强降，Pa；P压强，N；r半径，m；rH水力半径，m；R液柱压差计读数，m；或气体滞数，J/（Kmol.K）；Re雷诺准数，无因次；S两流体层间的接触面积，m2；T热力学温度，K；u速度，m/s；umax流动截面上的最大速度，m/s；U1 Kg流体的内能，J/Kg；v比容，m3/Kg；V体积，m3；Vs体积流量，m3/s；ws质量流量，Kg/s；We1Kg流体通过输送设备所获得的能量，或输送设备y气体的摩尔分率

2、；对1Kg流体所作的有效功J/Kg；z高度，m；希腊字母：粘度，Pa.S; 气体的体积分率；绝对粗糙度，m或m 阻力系数；效率；运动粘度，m2/s或cSt；密度，Kg/ m3；内摩擦应力，Pa；下标：1.2截面序号；f摩擦力的；s秒的；m平均。 基本要求: 了解流体流动的基本规律，要求熟练掌握流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用，并在此基础上解决流体输送的管路计算问题。1、 1、 掌握的内容（1） （1） 流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取；（2） （2） 压强的定义、表示法及单位换算；（3） （3） 流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用；（

3、4） （4） 流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算；（5） （5） 流体在管内流动时流动阻力（直管阻力和局部阻力）的计算；（6） （6） 正确使用各种数据图表。2、 2、 了解的内容 流体的连续性和压缩性、定态流动与非定态流动； 层流与湍流的特征； 管内流体速度分布； 牛顿粘性定律； 层流内层的概念； 简单管路计算。流体是气体与液体的总称。流体流动是最普遍的化工单元操作之一，同时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。1连续介质假定 从微观讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的单个分子所组成，而且分子总是处于随机运动状态。但工程上，在研究流体流动时，常摆脱复杂的分子运动和分子

4、间相互作用，从宏观角度出发，将流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。所谓质点是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间，为连续介质。把流体模化为连续介质，并非符合所有的情况，如高真空度下的气体就是例外。2流体主要特征 具有流动性；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。3流体种类 如果流体的体积不随压强变化而变化，受热时体积膨胀不显著，该流体称为不可压缩性流体；若体积随压强和温度发生显著变化，则称为可压缩性流体。一般液体的体积随压强和温度变化很小，可视为不可压缩性流体；而对于

5、气体，当压强和温度变化时，体积会有较大的变化，常视为可压缩性流体，但如果压强和温度的变化率不大时，该气体也可近似地按不可压缩性流体处理。11 流体静力学本节重点：流体静力学基本方程式及其应用。难点：U形压差计的测量。1.1.1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度，表达式为 （1-1）式中 流体的密度，kg/m3； m流体的质量，kg； V流体的体积，m3。对一定的流体，其密度是压强和温度的函数，即一液体密度 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化（极高压强除外），其变化关系可由手册中查得。在工程计算中，常将液体密度视为常数。二气体密度 对于气体，当压强不太高、温度不太低时，可按

6、理想气体状态方程计算 或 （1-2）式中 p气体的绝对压强，Pa； M气体的摩尔质量，kg/mol； T绝对温度，K； R气体常数，其值为8.314 J/（molK）。下标0表示由手册中查得的条件。一般在手册中查得的气体密度都是在一定压强与温度下的，若条件不同，则密度需进行换算。化工生产中遇到的流体，大多为几种组分构成的混合物，而通常手册中查得的是纯组分的密度，混合物的平均密度m可以通过纯组分的密度进行计算。三液体混合物的密度 对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。假设各组分在混合前后其体积不变，以1kg混合液为基准，则有 （1-3）式中 液体混合物中各组分的质量分率； 各纯组分的密度，k

7、g/m3。四气体混合物的密度 对于气体混合物，其组成通常用体积分率表示。现以1m3混合气体为基准，若各组分在混合前后质量不变，以1Kg混合液为基准，混合液的平均密度可近似用下式计算： （1-4）式中 气体混合物中各组分的体积分率。气体混合物的平均密度也可利用式（1-2）计算，但式中的摩尔质量M应用混合气体的平均摩尔质量Mm代替，即 （1-5）而 （1-6）式中 各纯组分的摩尔质量，kg/Kmol； 气体混合物中各组分的摩尔分率。对于理想气体，其摩尔分率y与体积分率相同。比容 单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m3/kg。 例题11：已知某工厂炼焦煤气的组成为：CO2 1.8%,C2H

8、4 2%,O2 0.7%,CO 6.5%,CH4 24%,N2 7%,H2 58%（均为体积率）。求该煤气在1.04105Pa及250C时的密度。分析：本题可用两种方法求算。解法一：先求出该煤气在标准状态下的平均密度0m，再换算为题给条件下的平均密度m。解法二：当气体压强不太高、温度不太低时，可按理想气体处理。此时，其摩尔分率压强分率体积分率，从而可求出该煤气的平均摩尔质量Mm，由Mm再求出m。由手册查出在标准状态下，个组分气体的密度分别为：0 CO2=1.976 kg /m3, 0 C2H41.261 kg/m3, 0 O21.429kg/m3，0 CO1.250 kg/m3，0 CH40.

9、717 kg /m3，0 H20.0899 kg/m3，0 N21.251 kg/m3，于是可求得该煤气在标准状态下平均密度0m。0m1.9761.8+1.2612+1.4290.7+1.2506.5+0.71724+0.089958+1.25170.464 kg/m3。再可求得在题给条件下的平均密度：m 0.4641.04105/1.0133105273/（273+25）0.436 kg/m3。对于混合气体，当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体处理，其摩尔分率体积分率。据此条件可求出该煤气的Mm，进一步可求得m。Mm441.8+282+320.7+286.5+1624+258+28710

10、.356 kg/kmol。而1.0410.356/8.314103（273+25）0.435 kg/m3。两种解法的结果是一致的。例题12：计算在20时，70（质量）的醋酸水溶液的平均密度。解：查出20时。醋酸1049 kg/m3，水998 kg/m3，可计算在20时醋酸水溶液的平均密度为：m1/0.70/1049+（1-0.70）/9981/0.00096791033 Kg/m3。1.1.2 压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上又称为压强。在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压强在数值上均相同。一压强的单位 在SI单位中，压强的单位是N/m2，称为帕斯卡，以

11、Pa表示。此外，压强的大小也间接地以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。若流体的密度为，则液柱高度与压强的关系为 （1-7）注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等。标准大气压有如下换算关系： 1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O二压强的表示方法 压强的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空；另一是大气压强。基准不同，表示方法也不同。以绝对真空为基准测得的压强称为绝对压强，是流体的真实压强；以大气压为基准测得的压强称为表压或真空度。 表压 = 绝对压强 - 当地外界大气压强 真空度 =当地外界大气压强绝对压

12、强绝对压强与表压、真空度的关系如图1-1所示。一般为避免混淆，通常对表压、真空度等加以标注，如2000Pa（表压），10mmHg（真空度）等，还应指明当地大气压强。例题13：某水泵进口管处真空表的读数为8.67104Pa，出口管处压强表的读数为2.45105 Pa。求该水泵前后水的绝压差。水泵进口管处p进8.67104Pa（真空度）出口管处p出2.45105 Pa（表压强）绝对压差pp出p进（p大+p表）-（p大-p真）= p表+ p真8.67104+2.451053.32105KPa。1.1.3 流体静力学基本方程研究流体在重力和压强作用下的平衡规律。一静力学基本方程 如图1-2所示，容器内装有密度为的液体，液体可认为是不可压缩流体，其密度不随压强变化。在静止液体中取一段垂直液柱，其底面积为，以容器底面为基准水平面，液柱的上、下端面与基准水平面的垂直距离分别为和。作用在上、下两端面的压强分别 为和。图12流体静力学基本方程的推导重力场中在垂直方向上对液柱进行受力分析：（1）上端面所受总压强，方向向下；（2）下端面所受总压强，方向向上；（3）液柱的重力, 方向向下。液柱处于静止时，上述三项力的合力应为零，即整