化工原理 第一章优秀课件
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化工原理课件——第一章 流体流动
3、Vs，Ws，u，G之间的关系：
u=Vs/A Vs=uS G=Ws/A=uA/A=u
4、圆形管道直径的选定：
一般管路截面积都是圆形，
S＝
4
d
2 i
Vs=u
4
d i2
则 u=Vs/
4
di=
d i2
4V s
u
稳定流动与不稳定流动
1、 稳定流动 各截面上流体的流速，压强，密度等有关物理量仅随位置而改变，不随时间而 改变的流动称为稳定流动。 2、不稳定流动 各截面上流体的流速，压强，密度等有关物理量不仅随位置而改变，而且随 时间而变的流动就称为不稳定流动。
流体静压强（压力）
静止流体中任意界面上只受到大小相等方向相反的压 力，由于该压力产生在静止流体中，因而称为静压力。 单位面积上所受的静压力，称为流体静压强。 p =P/A N/m2(Pa) 使界面的面积缩小并趋于一点 ：
p lim
p A
A 0
流体静压强的特征
1、流体静压强的方向总是和作用的面相垂直，并指相所考虑的那部 分流体的内部，即沿着作用面的内法线方向。 2、静止流体内部任何一点处的流体静压力，在各个方向都相等。 3、在流体与固体接触的表面，不论器壁的方向形状如何，流体静压 力总是垂直于器壁。
流体稳定流动时的物料衡算—连续性 方程
物料衡算 Ws1＝Ws2＝常数 kg/s u11A1=u22A2＝常数 ～ 连续性方程 若流体不可压缩液体 ＝常数 u1S1=u2S2 对圆管 S=d2/4 u1d12=u2d22
流体稳定流动时的能量衡算—柏努利 方程
一、流动系统的总能量衡算
化工原理课件第一章
第一章流体流动流体分类：本章重点讨论不可压缩牛顿型流体在管内流动的有关问题。
流动性、无固定形状、流动时产生内摩擦按状态分为气体液体按流变特性分牛顿型流体非牛顿型流体按压缩性可分为不可压缩流体可压缩流体按是否可忽略分子间作用力分为理想流体粘性（实际）流体1 流体流动1 流体流动教学内容：流体静力学管内流体流动的基本方程管内流体流动现象管内流体流动的摩擦阻力损失管路计算流量的测定1.1 流体静力学流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡规律。
流体静力学的主要应用液封高度的计算本节主要讨论流体静力学的基本原理及其应用。
1.1 流体静力学主要内容：流体的压力流体的密度与比体积流体静力学基本方程流体静力学基本方程式的应用1.1.1 流体的压力定义与单位垂直作用于流体单位面积上的力称为流体的压强，俗称压力。
以p表示，单位为Pa。
注意其他压力单位，熟练进行换算。
在连续静止的流体内部，压强为位置的连续函数，任一点的压强与作用面垂直，且在各个方向都有相同的数值。
以绝对真空为基准—绝对压强，是流体的真实压强。
压强的基准以大气压强为基准= 绝对压强—大气压强真空度= 大气压强—绝对压强1.1.1 流体的压力绝对压力、表压及真空度的关系如图所示。
1.1.1 流体的压力绝对零压线大气压线AB真空绝对压强绝对强例1-1某设备进出口的表压分别为-12kPa和157kPa，若当地大气压力为101.3kPa，试求此设备进出口的绝对压力及进出口压力差各为多少？出口绝对压力进出口压力差注意：计算压力差时压力采用相同基准！kPa 3.89123=−kPa 3.2581573.1012=+=p kPa 1693.893.25812=−=−=Δp p p 1.1.1 流体的压力(1) 密度定义和单位：单位体积流体所具有的质量称为密度，以ρ表示，单位为kg/m 3。
液体的密度随压力变化不大，常视为不可压缩流体。
理想溶液的密度可由下式估算相对密度：液体密度与4℃水的密度之比值。
化工原理第一章课件
1.3.2.1 理想流体的机械能守恒 无粘性，在流动过程中无摩擦损失。
1kg 流体：
gZ1
u12 2
P1
1
gZ 2
u
2 2
2
P2
2
对不可压缩流体：
1
u1
1= 2=
1
即：
gZ
P
u2
常数
Z1
柏努利方程2
Z2
0
2 u2
2
0
1.3.2.2 实际流体管流的机械能衡算
（1）粘性流体
（2）外加能量
2
能 (入)=能(出)
A. 以 Pa B. 工程上以液柱高度
mH2O柱, mmHg柱 换算关系：
1atm(105 Pa =760 mmHg
2O 1at (工程大气压）=1kgf/cm2
=9.807 104 Pa =10 mH2O
(2)压强的基准
A.绝对真空 ——绝对压强
B.大气压
P
表压（正压） 压力表
真空度（负压，吸力） 真空表
1.4.3 圆管内流体流动的速度分布 (1) 层流时的速度分布 抛物线； u=0.5 umax
umax
(2) 湍流时的速度分布
比较均匀
u=0.8 umax
1.5 阻力损失
化工管路 = 直管 + 管件 两种： 直管阻力: 直管
局部阻力: 管件(弯头, 三通, 阀门) 1.5.1 阻力与流动的关系
P1
Z1
G
Z2 P2
∵液柱静止
∴P1+G -P2 = 0
p1A+ g (Z1-Z2)A -p2A = 0
p1 + g (Z1-Z2) -p2 = 0
1kg 流体：
gZ1
u12 2
P1
1
gZ 2
u
2 2
2
P2
2
对不可压缩流体：
1
u1
1= 2=
1
即：
gZ
P
u2
常数
Z1
柏努利方程2
Z2
0
2 u2
2
0
1.3.2.2 实际流体管流的机械能衡算
（1）粘性流体
（2）外加能量
2
能 (入)=能(出)
A. 以 Pa B. 工程上以液柱高度
mH2O柱, mmHg柱 换算关系：
1atm(105 Pa =760 mmHg
2O 1at (工程大气压）=1kgf/cm2
=9.807 104 Pa =10 mH2O
(2)压强的基准
A.绝对真空 ——绝对压强
B.大气压
P
表压（正压） 压力表
真空度（负压，吸力） 真空表
1.4.3 圆管内流体流动的速度分布 (1) 层流时的速度分布 抛物线； u=0.5 umax
umax
(2) 湍流时的速度分布
比较均匀
u=0.8 umax
1.5 阻力损失
化工管路 = 直管 + 管件 两种： 直管阻力: 直管
局部阻力: 管件(弯头, 三通, 阀门) 1.5.1 阻力与流动的关系
P1
Z1
G
Z2 P2
∵液柱静止
∴P1+G -P2 = 0
p1A+ g (Z1-Z2)A -p2A = 0
p1 + g (Z1-Z2) -p2 = 0
《化工原理》课件—01流体流动(层流时机械能损失)
Wf
l
d
u2 2
或：
p f
Wf
l
d
u 2
2
范宁（Fanning)公式，λ为摩擦系数。
4、阻力能量损失的各种表示法
W f，12 －单位质量流体流动阻力能量损失，J/kg
H f ,12
W f，12 g
－单位重量流体流动阻力能量损失， J/N= m，也称阻力压头。
Pf W f，12 －单位体积流体流动阻力能量损失，
)2
流体在圆管内作稳定层流流动时，管内（半径区域 内）各点的速度分布图
3、平均流速与最大流速的关系
平均流速：
u
qv
R 2
R
积分体积流量： qv 2ur rdr 0
ur
p f
4 l
(R2 r2)
推出：
qv
p f 2l
R
(R2 r2)rdr
0
qv
p f 2l
R
(R2 r2)rdr
0
qv
基准
解：
解题要求规范化
z1g
p1
u12 2
W
z2 g
p2
u22 2
hf
式中，z1=0，z2 =7；p1=0(表压)， p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u10, u2=u1(d2/d1)2=1.5( (89-2×3.5) /(76-2×2.5))2=2.0m/s
hf 40J / kg
(4)外加能量
外加能量W在上游截面一侧，能量损失在下游截面一侧。 外加能量W是对每kg流体而言的，若要计算的轴功率，需将W 乘以质量流量，再除以效率。
例 用泵将贮槽(通大气)中的稀碱液送到蒸发器中进行 浓缩，如附图 所示。泵的进口管为φ89×3.5mm的钢 管，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为 φ76 × 2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入 口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失 为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在 0.2kgf/cm2 （表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需的 外加能量。
化工原理第01章课件
04
化工设备
反应器
要点一
总结词
反应器是化工生产中用于实现化学反应的设备，其种类繁 多，根据不同的化学反应类型和工艺要求，有不同的结构 和操作方式。
要点二
详细描述
反应器是化工生产的核心设备之一，其设计和操作对化工 产品的质量和产量具有重要影响。反应器的主要类型包括 釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、 流化床反应器等。这些不同类型的反应器各有其特点和使 用范围，需要根据具体的工艺要求进行选择和设计。
精馏操作
总结词
精馏操作是利用混合物中各组分挥发度的不同，通过加热和冷凝的方法实现各组分的分 离。
详细描述
精馏操作是化工生产中常见的分离方法，广泛应用于石油、化工、制药等领域。通过精 馏操作可以将液体混合物分离成不同的馏分，得到高纯度的产品。精馏操作的效率和分
离效果对于产品的质量和产率具有重要影响。
化工原理第01章课件
目录
• 化工原理简介 • 化工原理基础知识 • 化工单元操作 • 化工设备 • 化工原理实验与课程设计
01
化工原理简介
化工原理的定义
01
化工原理是一门研究化学工业中 单元操作过程和设备原理的学科 ，涉及物质分离、传递、反应工 程等领域。
02
它主要关注工业生产过程中物质 和能量的传递、转化和利用，为 化学工程实践提供基础理论和工 程方法。
课程设计任务与要求
任务
学生需根据所学理论知识和实验操作经验，完成一项化工工艺流程设计或设备改造方案设计。
要求
设计方案需符合工艺要求和安全规范，充分考虑经济、环保等因素，并给出详细的计算和分析过程。
课程设计内容与方法
内容
学生需根据课程要求选择合适的工艺流程或设备改造项目，进行流程设计或设备 改造方案设计。涉及的主要内容包括工艺流程图绘制、设备选型、工艺参数确定 等。
化工原理课件第1章：流体流动
C.G.S制
dyn
cm2 P（泊 ） cm s cm
换算如下：
1厘泊（cP）＝10－2 泊（P）＝10－3 N· s/m2＝10－3 Pa· s 运动粘度：
化工原理——流体流动
1.3.1 流体流动的基本概念
• 温度对粘度的影响：
气体的粘度比液体的粘度大约小两个数量级。
•
压力对粘度的影响一般可以忽略不计 对于不缔合混合液体：lg m xi lg i
Y Fy / m Z Fz / m
其数值也就分别等于自由落体加速度g在x、y、z轴上的分 量，则： z X Y 0
Z m g / m g
x y
化工原理——流体流动
1.1.2 流体流动中的作用力
2. 表面力——与流体微元接触的外界（器壁、或指定的 流体微元周围的其他流体）施加于该流体微元之力。
化工原理——流体流动
B
p1 p A gh1 p2 pB g (h2 R) i gR
h2
A
p1 p2
整理得：
h1
( p A ghA ) ( pB ghB ) Rg ( i )
' ' pA pB Rg ( i )
i 1 n
• 混合物的粘度
对于低压混合气体：
m
y M
i 1 n i i
n
i
1 2
y M
i 1 i
i
1 2
化工原理——流体流动
1.3.1 流体流动的基本概念 4. 粘性流体与理想流体
自然界中的流体都具有粘性，具有粘性的流体统称为粘性流体或 实际流体。完全没有粘性即μ＝0 的流体称为理想流体。 理想流体实际上不存在，但引入理想流体的概念在研究实际流体 流动时很重要。因为粘性的存在给流体流动的数学描述和处理带来很 大困难，因此对于粘度较小的流体如水和空气等，在某些情况下可首 先将其视为理想流体。但当粘性对流动起主导作用时，则实际流体不 能按理想流体处理。
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基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
化工原理总结(第一章)ppt课件
)hf
u2
.
（3）de4 润 流 湿 通 周 截 边 面 长 积、uqAv A A： 真 4 1实 d面 e2 积
圆形套管的环隙：de d2d1
.
l le)u2
d
2
le d
（ 1 ） 管 管 进 出 口 口 ： ： 外 外 侧 侧 1 0 .5 u 2 u 1 0 、 0 、 内 内 侧 侧 0 0 u u 1 2 u u
Re2000层流=6R4ehf u
（2）Re
du
Re4000湍流一 完般 全湍 湍流 流 =fRd(ed
③有效功率: Pe、 轴功率: P
pf hf gHf
WgH、Pe
qmW、
.
Pe P
④应用要点: •确定上、下游截面及截面的选取； •位能基准面的选取； •单位的选取：即压力应同为绝压或表压； •外加能量（泵）：W（J/kg）、Pe=qmW、η=Pe/P；
.
6、阻力损失
h fhf h ， f (
第一章 流体流动
1、流体定义: 由无数流体质点所组成的连续介质
2、流体参数
① 流体的静压强
p P A
单位：N/m2或Pa、atm、mmHg、mH2O或
以流体柱高度表示 p gh
基准：P表 = P绝 －P大、P真=P大－P绝 = - P表
.
② 密度
（1）流体的密度： m f (p,T)
V
（2）气体的密度：
A A1 2 dd1 22
.
5、流体的机械能衡算式：
z1g12u12
p1
Wz2g12u22
p2
hf
（J/kg）
z121gu12 pg1 Hz221gu22pg2 Hf （J/N=m）
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第二节 流体静力学方程及应用
1.2 流体静力学方程及其应用
研究内容：研究流体在外力作用下的平衡规律， 即处于静止或相对静止的规律。
一、流体的密度和系统的压力
1。流体的密度
用表示，属于物性
单位：kg /m3
影响因素：气体----------种类、压力、温度、浓度 液体--------- 种类、温度、浓度
第二节 流体静力学方程及应用
三、流体静力学基本方程的应用
1、压力计
pa R
v单管压力计
p 1p ap 1(表 )Rg
vU型管压力计
A 1• ..
单管压力计
A 1•
h
pa R
p1pa0gR gh
2
3
0 U 形压力计
第二节 流体静力学方程及应用
2．压差计（manometer）
(1)U形压差计
p1 gz1 R
化工原理 第一章
第一节 概 述
1.1 概述 一．流体的概念和分类
流体
气体 液体
分类：根据流体的压缩性
动量传递 三传 热量传递
质量传递
可 压 缩 流 体 不 可 压 缩 流 体
第一节 概 述
二．研究流体流动的目的
1．掌握流体流动的基本原理 单纯流动问题和流动中伴随传热、传质的问题
2．完成流体输送任务 管路设计、管件选择、动力设备选择
3．估算工艺和操作参数 根据流体流动的原理流量、压力、位差、 管长、管径等。
第一节 概 述
三、研究流体流动的方法
把流体视为由无数个流体微团（或流体 质点）所组成，这些流体微团紧密接触，
u
彼此没有间隙。这就是连续介质模型。
流体微团（或流体质点）： 宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点； 同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已 经表现出大量分子的统计学性质。
z1pg1 2u1g2 z2pg2 2ug22
柏努利方程式
（3）机械能衡算式的物理意义
u2/2 单位质量流体具有的动能，称为动压能
u2/2g 单位重量流体具有的动能，称为动压头、速度头
（z + p/g + u2/2g ） 总机械能，称为总压头
H 外加压头，Hf 压头损失
精品课件！
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流体流动时与外界无热交换，Q = 0
g1 zp1u 2 1 2W g2zp2u 2 2 2 hf
z1p g 12 u1 g 2Hz2pg 22 ug 2 2
机械能衡算式
H f
第三节 流体流动的基本方程
（2）假设：流体流动时没有阻力（理想流体）、 无外功加入
g1zp 1u212 g2zp2u222
第二节 流体静力学方程及应用
获得方法：（1）查物性数据手册
（2）公式计算：
液体混合物： 1ma11 a22 ann
气体：
PM RT
m
PM m RT
-------------理想气体状态方程
第二节 流体静力学方程及应用
2．压力（压强） 单位面积上所受到的压应力称为压强，习惯上称之
为静压力，用符号p表示。 静压力各向同性
表压 绝压 当地大气压
真 空度 当 地 大气 绝压 压
第二节 流体静力学方程及应用
二、流体静力学基本方程
1。含义：用于描述静止流体力学方程的推导
取一液柱，横截面积为A，密度为
（1）液柱下底面的压力：p2A
（2）液柱上底面的压力：p1A
（3）液柱自身的重力：G = gV = gA(Z1Z2)
1
2
Z1
Z2
第二节 流体静力学方程及应用
根据力的平衡： p1A + G = p2A
p 2 p 1g z 1 z2
g1 zp1g2 zp2
gz1
p1
gz2
p2
gz p常数
广义压力
流体静力学方程
z1
p1
g
z2
p2
g
静压头
第二节 流体静力学方程及应用
静力学方程的讨论： 1） 适用场合： 静止、连续、均质、不可压缩 2）等压面为水平面； 3）压力可传递-------巴斯噶定理。
uV A
点速度 v，单位m/s
G u
mGA uA
第三节 流体流动的基本方程
2。稳定流动与不稳定流动 流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流
动。否则就称为不稳定流动。
二、流体流动的连续性方程
原理：质量守恒定律 假定：无流体泄漏、无积累 流入质量流量 = 流出质量流量
1
控制体
2
m1 m2
1u1A12u2A2
p1
R
p2
R
p2
1
z1
R 2
0
倾斜式压差计
读数放大
第三节 流体流动的基本方程
1.3 流体流动的基本方程 一、基本概念
1。流量和流速
流量 体 质积 量流 流量 量 V m表 表 ， ，示 示 用 用 m k3g， ， ss mV
质量流速 又称质量通量，kg/m2s
Gm A
流速
体积
流速
又称平均流速，m/s
（1）压力单位
SI制中， N/m2 =Pa，称为帕斯卡
1 a （ 标 准 t 大 气 m 压 ） 1 . 0 1 5 P 1 7 0 m 3 a 6 1 . 3 m m 0 2 O 0 3
第二节 流体静力学方程及应用
（2）压力大小的两种表征方法
绝压
表压
- - - 以 当 地 大 气 压 为 基 准
第三节 流体流动的基本方程
3。使用机械能衡算方程时，应注意的问题
v 控制体的选取：
ü控制体内的流体必须连续、均质；
p2 gz2 0gR
1
z1
2 z2
p 1 g 1 z p 2 g 2 z0 gR
1 20gR
R
3
3
0
U 形 压 差 计 的 读 数 R的 大 小 反 映 了 被 测 两 点 间 广 义 压 力 之 差
第二节 流体静力学方程及应用
p1
(2)双液柱压差计
1略小于2
z1
p 1p 2 21gR
1
2
1 = 2 = 常 数u1A1 u2A2
对 圆 管 u1d1 2u2d2 2----管内流动的连续性方程
第三节 流体流动的基本方程
三、流体流动的能量衡算 原理：能量守恒定律
1。单位质量流体的总能量E
2。流体流动的总能量衡算式
内能 U = f (T) 位能 gz 动能 u2 /2
压力能 p /
Q 换热器
2 流体出
2
z2
流体入
1泵
z1 1
Ws
第三节 流体流动的基本方程
输入能量 + 外加功 + 外加热量 = 输出能量 + 能量损失
U 1 g1 zp 1 1 u 2 1 2 W Q U 2 g2 zp 2 2 u 2 2 2h f
讨论： （1）假设：流体不可压缩，1 = 2 =
流体流动时温度不变，U1 = U2