第一章 流体动力过程.ppt

第一章 流体动力过程 在化工生产中所处理的物料大部分都处于液态和气态状况下，这种状况下的物体通称为流体。这些物料在静止和运动时都遵循流体力学的规律。 以流体力学规律为基础规律的化工过程称为流体动力过程。 流体的特性是，流体流动时没有固定的形状，其质点易发生相对运动，这种特性称为流动性。 补充 定态流动和非定态流动 （1）定态流动：流体流动空间各点的状态不随时间变化的流动。定态流动空间的任一固定点，随着时间的流逝，质点不断更新，但该点的运动参数（如压强、温度和流速等）不随时间变化，系统的参数可随位置变化。 （2）非定态流动：流体流动空间固定点的运动参数随时间变化的流动。 补充 定态性和稳定性的差异 （1）定态性指的是有关运动参数随时间的变化情 况； （2）稳定性指系统对外界干扰的反应，当系统受到 瞬时扰动，使之偏离平衡状态，而扰动消失 后，它能自动恢复原平衡状态。 §1 流体静力学 流体静力学是研究流体在静止状态下所受的各种力之间的关系。这些力的大小与流体的密度、压强等性质有关。 1-1 流体的密度和比容 密度 单位体积的流体所具有的质量称为流体的密度，即 式中：ρ－ 流体的密度 [kg/m3]； m － 流体的质量 [kg]； V － 流体的体积 [m3]。 各种流体的密度是不相同的。而任何一种流体的密度又随其所具有的压力和温度而变化： ρ= f (P, T) ： （a）压力对液体密度的影响很小，常可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体；温度对液体的密度有一定的影响，故在手册或书刊中，对液体密度都注明了温度条件。 （b）气体因具有可压缩性及膨胀性，其密度随温度和压力有较大的变化。通常在温度不太低、压力不太高的情况下，气体的密度可近似地用理想气体状态方程式进行计算： 式中：P － 气体的压力 [kN/m2 or kPa]； T － 气体的绝对温度 [K]； M － 气体分子的干摩尔质量 [kg/kmol]； R － 气体常数，8.314 [kJ/kmol·K]。 若在所给温度、压力条件下气体偏离理想气体较大，则应用上式进行计算时需加以校正。 化工生产中所遇到的流体大多为n个组分的混合物，当不要求特别准确时， （1）气体混合物的密度可由下式求得（假定混合时各组分的体积不变）： ρm =ρ1y1 +ρ2y2 + … +ρnyn （1-4） 式中：ρm－ 混合物的密度; ρ1，ρ2，…，ρn－ 各组分的密度; y1，y2，…，yn － 各组分的体积分数（某 组分的体积/混合气体总体积）。 气体混合物的密度也可以按照理想气体状态方程公式 进行计算，此时应以气体混合物的平均干摩尔质量Mm代替式中气体分子的干摩尔质量M。 Mm = M1z1 +M2z2 + … +Mnzn （1-5） 式中：M1，M2，…，Mn － 气体混合物中各组分分子 的干摩尔质量[kg/kmol]； z1，z2，…，zn － 气体混合物中各组分的摩尔 分数。 （2）液体混合物的组成通常用质量分数（x）来表示，要计算它的密度，可以用1 kg混合物为基准。假定混和前后各组分的体积不变，在1 kg混合物里的各组分于单独存在时的体积分别等于x1/ρ1，x2/ρ2，…，xn/ρn，而1 kg混合物的体积是1/ρm，所以 比重（d）：指物料的密度（或重度）与277 K （4 ℃） 时纯水的密度（或重度）之比。 重 度：单位体积的流体所具有的重量。即 式中