资源简介

(共45张PPT)
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《化工单元操作》
1 流体流动
1.1预备知识
1.2流体在管内流动形态的判断及测定
1.3流体内部机械能变化的观察及测定
1.4流体流动阻力（直管、局部）的认知及测定
1.5化工管路简介
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1.1 预备知识
1.1.1 概述
1.1.2 流体物理性质
1.1.3 流体静力学基础
1.1.4 流体动力学基础
-----流动的物体，包括可压缩的气体和难以压缩的液体。
1.1.1 概述
（1）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。
（2）流体种类
如果流体的体积不随压力变化而变化，该流体称为不可压缩性流体；
若随压力发生变化，则称为可压缩性流体。
1.液体
液体所受压力增大, 其体积几乎不变,故称之为不可压缩流体
液体压力增大
液体温度升高时，其体积略有增加, 液体具有热膨胀性
温度升高
气体所受压力增大, 其体积变小,故气体是可压缩流体。
气体压力增大
但如果压力的变化率不大时，该气体也可当作不可压缩性流体处理。
2.气体
气体温度升高时，其体积明显增加, 气体具有明显热膨胀性。
气体温度升高
1.1.2流体的物理性质
引入：观察水和油混合物
为什么浮有厚油的热汤无一丝白气，入口却很烫？
2010年5月18日，美国墨西哥湾石油钻井平台发生爆炸
2010年7月18日，大连新港输油管线爆炸起火事故造成海面污染水域达50平方公里
3）表达式：
式中，m—流体的质量（kg）；
V—流体的体积（m3）
4）单位：kg/m3
1.流体的密度
1）定义：流体的密度是指单位体积流体在t℃时的质量。
2）符号：ρt，简记为ρ
●液体的密度
1）温度和压力对液体密度的影响
（2）对大多数液体，温度升高，其密度下降。水例外（水在277K时具有最大密度，为1000kg/m3）
2）如何获取液体的密度？
（1）液体纯净物的密度可查阅相关手册（注意温度条件）
（2）液体混合物的可实验测定：如比重瓶法、韦氏天平法、波美度比重计法(相对密度)
（1）压强对液体密度的影响很小，常常忽略。
比重瓶
波美度比重计
韦氏天平
●相对密度
1）定义：将某种液体在t℃的密度与4℃时纯水的密度（ρw）之比，称为该液体相对密度。
2）符号：d
3）表达式：
无量纲的量
●气体的密度
2）表达式：
式中，
ρ—气体的密度，kg/m3
p—气体的压力，kPa；
M—气体的摩尔质量，g/mol；
T—气体的温度，K；
R—通用气体常数，8.314kJ/（kmol K ）。
（1）温度升高，气体的密度降低；
（2）压力增大，气体的密度增大。
1）气体为可压缩流体，气体的密度是温度和压强函数
3）气体混合物的密度
式中Mm为气体混合物的平均摩尔质量，可按下式求得
式中，MA，MB，Mn—气体混合物中各组分的摩尔质量；
yA，yB，yn—气体混合物中各组分的摩尔分数或体积分数。
2.流体的黏度
1.定义：
2.符号：
黏性——流体质点在发生相对运动时，会受到来自自身的阻力，流体的这种属性称为黏性。
洪水过后，垃圾堆积河岸
固有属性
黏度——流体对流动的阻抗能力。衡量流体黏性大小的物理量，反映流体内摩擦力的大小。
μ
4.温度、压力对黏度的影响
液体的黏度随温度升高而减小，压强影响可忽略；
气体的黏度随温度升高而增大 ，压强若变化不大可忽略。
工程单位：泊（P）、厘泊（cP）
1 Pa s = 10P = 1000 cP
3.单位：
Pa s
夏天倒洗发水更容易
1.压力
定义：流体垂直作用于单位面积上的流体静压强，简称压强（化工生产上习惯称为压力）。
3. 单位：Pa（帕） 1Pa=1N/m2
1.1.3 流体静力学基础
2. 符号： p
p——流体的压力，Pa
F——垂直作用在面积A上的力，N
A——流体的作用面积，m2
绝对压力（绝压）
以绝对真空（绝对零压）作为基准所表示的压力，用p绝表示，简单表示为p。
●压力的表示
以当地大气压作为基准所表示的压力。
1.若系统压力高于大气压，则超出部分称为表压，记作p表。
2.若系统压力低于大气压，则低于部分称为真空度，记作p真。
相对压力
1.表压强（表压）：被测流体的绝对压强高出当地大气压的数值
表压=绝对压强-当地大气压力
表压和真空度
2. 真空度：被测流体的绝对压强低于当地大气
压力的数值
真空度=当地大气压力—绝对压强
当地大气压
绝对零压
表压
绝对压力
绝对压力
真空度
压力
绝对压力和相对压力，表压和真空度
p表= p-p大气压,p>p大气压
p真= p大气压-p,p测量真空度----真空表
测量表压----压力表
●压力的测量
压力真空表
——流体静力学基本方程。表明了静止流体内部压力变化的规律。
处在同一水平面上的各点的压力均相等。
等压面
P2=P3
比较P1、P2：
为什么河堤底部更宽？
P3
P1
P2
h
河堤
P2>P1
比较P2、P3：
2.流体静力学基本方程
液封高度的确定
生产中用液柱高度形成的压强把气体封闭在设备中，来防止气体外泄或是为了防止压力过高而起泄压作用，保护设备的装置，称为液封。
3.流体静力学基本方程的应用
思考：若水封管插入水中的深度
远大于h会产生何种后果？
P1
P2
比较P1与P2的大小
指示液
结论：P1 = P2
P1
P2
P1 < P2
比较P1与P2的大小
U形压力计
压力与压力差的测量
比较P1与P2、 P3与P4、P5与P6的大小
P1＝P2
P3＝P4
P5> P6
P1
P2
P3
P4
P5
P6
等压面
等压面？
R
P1
P2
如何计算P1与P2之间的压差？
R ——压差计的读数，m
——指示液的密度，kg/m3
　 ——被测流体的密度，kg/m3
液位计
液位计
玻璃液位计
磁翻柱液位计
P1
P2
P1 = P2
液位的测量
压差式液位计
1、零点迁移的分类
（1）无迁移
（2）负迁移
实际应用中，正、负室压力
p正、p负分别为
（3）正迁移
Δp=p正-p负
=ρ1gH+ρ2gh
p正=p0+ρ1gH+ρ2gh
p负=p0
2、判断正负迁移和无迁移的依据
H=0时，Δp=0 无迁移
H=0时，Δp>0 正迁移
H=0时，Δp<0 负迁移
一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。
你家水表读出的是什么单位？
质量还是体积？
价钱有区别吗？
水的密度：1吨/立方米
1.1.4 流体动力学基础
●流量
流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量。
质量流量
（1）定义：单位时间内流经管道任一截面上的流体质量。
（2）符号：qm
（3）单位：kg/s或kg/h
体积流量
（1）定义：单位时间内流经管道任一截面上的流体体积
（2）符号：qV
（3）单位：m3/s或m3/h
1.流量与流速
体积流量与质量流量之间的关系为：
qm=ρqV
●流速
流速：单位时间内，流体在流动方向上通过的距离。
1）平均流速：流体的体积流量qV除以管道的流通截面积A。
符号：u
单位: m/s
2）质量流量与流速之间的关系
3）流量方程式：描述流体流量、流速和流通截面积
三者之间的式子称为流量方程式。
在流量一定的情况下，流通截面积越小，流速越大。
意义：指导选择管子的规格和确定塔设备的直径。
2.稳定流动与不稳定流动
●稳定流动
在流体流动过程中，流体的压力、流速等流动参数只与位置有关，而不随时间的延续而变化。
A
A’
B
B’
●不稳定流动
在流体流动过程中，流体的压力、流速等流动参数不仅与位置有关，而且与时间有关。
A
A’
B
B’
消防水枪
河流交汇口
流通面积发生变化，流速也随之改变！
3.连续性方程——稳定流动系统的物料衡算
根据质量守恒定律
密度在管道个截面相同
----连续性方程
结论:流通截面积最小的地方，才是流动最快的地方。任意两截面上的平均流速与其截面积成反比。
分析流量、流通截面积、流速之间的关系？
●连续性方程
分析圆形管道：
结论：在稳定流动系统中，流体的流速与管径的平方成反比。
管径和面积的关系：
分析流速与管径之间的关系？

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