化工原理：1_1研究流体流动问题的重要性
化工原理-1章流体流动
yi为各物质的摩尔分数,对于理想气体，体积分数与摩尔分数相等。
②混合液体密度计算
假设液体混合物由n种物质组成，混合前后体积
不变，各物质的质量百分比分别为ωi，密度分 别为ρi
n 1 2 混 1 2 n
1
例题1-1 求甲烷在320 K和500 kPa时的密度。
第一节 概述
流体： 指具有流动性的物体，包括液体和气体。
液体：易流动、不可压缩。 气体：易流动、可压缩。 不可压缩流体：流体的体积不随压力及温度变化。
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
流动现象:
① 日常生活中
② 工业生产过程中
煤气
填料塔 孔板流量计
煤气
水封
泵 水池
水
煤 气 洗 涤 塔
组分黏度见---附录9、附录10
1.2.1 流体的压力（Pressure） 一.定义
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体 的压强，工程上一般称压力。
F [N/m2] 或[Pa] P A
式中 P──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)；
F──垂直作用在面积A上的力，N；
A──作用面积，m2。
工程单位制中，压力的单位是at(工程大气压)或kgf/cm2。 其它常用的压力表示方法还有如下几种： 标准大气压（物理大气压）atm；米水柱 mH2O； 毫米汞柱mmHg； 流体压力特性： （1）流体压力处处与它的作用面垂直，并总是指向流体 的作用面。
液体：T↑，μ↓（T↑,分子间距↑，范德华力↓，内摩擦力↓） 气体：T↑，μ↑（T↑,分子间距有所增大，但对μ影响不大， 但T↑，分子运动速度↑，内摩擦力↑）
压力P 对气体粘度的影响一般不予考虑，只有在极高或极 低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。
化工原理1.流体静力学
P Z4
2 Z2 2 Z0 Z3 3 3 1 Z1
1
Hg
p1 pa Hg g ( z0 z1 ) p2 g ( z2 z1 ) p3 p2 Hg g ( z2 z3 ) p g ( z4 z3 )
2.1 流体静力学基本方程推导
对重力场中流体柱微元进行受力分析：
（1）上表面所受总压力
p dp
( p dp) A
方向向下
p
dz
（2）下表面所受总压力
pA
（3）液柱的重力
方向向上
ρgAdz
A
ρgAdz
方向向下
液柱处于静止时，上述三项力的合力为零，即得到:
pA (p dp)A ρgAdz
（1）U型管压差计
设指示液的密度为 被测流体的密度为
p1
p2
ρ0
ρ
m
A与A′面 为等压面，即 而
p A pA'
A A’
R
pA p1 ρg (m R)
pA' p2 ρgm ρ0 gR
所以
p1 ρg (m R) p2 ρgm ρ0 gR
整理得
p1 p2 ( ρ0 ρ) gR
(2). 流体的特征
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。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体； 可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，
柴诚敬化工原理课后答案(01)第一章 流体流动
第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。
已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。
解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n mkg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。
设混合油为理想溶液。
解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。
若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。
化工原理流体流动
化工原理流体流动化工原理中的流体流动是一个非常重要的概念，它涉及到化工工艺中许多关键环节，如管道输送、反应器内流动、搅拌反应等。
流体流动的研究不仅可以帮助我们更好地理解化工过程中的现象，还可以指导工程实践，提高工艺效率，降低能耗成本。
本文将从流体流动的基本原理、流体力学方程、流体流动的类型以及流动特性等方面进行探讨。
首先，我们需要了解流体流动的基本原理。
流体力学是研究流体静力学和动力学规律的学科，其中流体流动是动力学的重要内容。
流体流动的基本原理包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等。
质量守恒原理指出在流体流动过程中，单位时间内通过任意截面的流体质量不变；动量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的动量不变；能量守恒原理指出在流体流动中，单位时间内通过任意截面的能量不变。
这些基本原理为我们理解流体流动提供了重要的理论基础。
其次，我们需要了解流体力学方程。
流体力学方程是描述流体运动规律的基本方程，包括连续方程、动量方程和能量方程。
连续方程描述了流体的质量守恒规律，动量方程描述了流体的动量守恒规律，能量方程描述了流体的能量守恒规律。
通过这些方程，我们可以定量地分析流体流动的特性，为工程设计和优化提供依据。
接下来，我们需要了解流体流动的类型。
根据流体的性质和流动状态，流体流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体在管道内沿着同一方向以相对较小的速度均匀流动的状态，流线呈直线状并且不会相互交叉。
湍流是指流体在管道内以不规则的、混乱的方式流动的状态，流线呈曲线状并且会相互交叉。
不同类型的流体流动具有不同的特性，需要采用不同的方法进行研究和控制。
最后，我们需要了解流体流动的特性。
流体流动的特性包括速度分布、流动阻力、流体混合等。
速度分布描述了流体在管道内的速度分布规律，可以通过实验和模拟计算进行研究。
流动阻力是指流体在管道内流动时受到的阻力，它与管道的几何形状、流体的黏度等因素有关。
流体混合是指不同流体在管道内的混合过程，它对于化工反应器内的反应效果具有重要影响。
化工原理流体流动
化工原理流体流动
化工原理中的流体流动是一个重要的研究领域，它涉及到各种物质在化工过程中的传输、混合、分离等关键过程。
在化工流体流动中，流体的性质和流动行为对化工过程的效率和产品质量具有重要影响。
在流体流动的研究中，我们通常会涉及到不同的流动模式，如层流、湍流等。
层流是指流体在管道中以规则的、层次分明的方式流动，其粘滞作用较强，流速均匀。
湍流则是一种不规则的、紊乱的流动方式，其粘滞作用较弱，流速不均匀。
在化工过程中，通常会通过控制流体的流动模式来达到更好的传输效果。
另外，在化工流体流动中，物质的输送也是一个重要的问题。
液体在管道中的流动主要通过压力差和重力来实现，而气体的流动则主要受到压力差和浓度差的影响。
我们可以通过调节管道的形状和尺寸，以及控制流体的流速和粘度来实现物质的有效输送。
此外，在化工过程中，流体的混合和分离也是一个重要的问题。
混合是指将不同的物质进行均匀混合，以达到一定的反应效果或产品质量。
分离则是将混合物中的不同组分分离出来，以达到对应的目的。
在化工过程中，我们通常会使用各种设备和技术来实现流体的混合和分离，如搅拌器、离心机等。
总之，化工原理中的流体流动是一个复杂而重要的研究领域。
通过深入了解流体的性质和流动行为，我们可以更好地控制化
工过程中的传输、混合和分离等关键环节，以提高生产效率和产品质量。
新版化工原理习题答案(01)第一章 流体流动
第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为 kPa ，温度为40 ℃。
已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、CH 4 1%，大气压力为 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。
解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n mkg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。
设混合油为理想溶液。
解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为 kPa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。
若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同 解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。
化工原理流体流动的应用及实例
化工原理流体流动的应用及实例1. 简介流体力学是研究流体运动规律的科学，广泛应用于化工工程中。
在化工过程中，流体的流动对于反应速率、传热效果和工艺效率等方面都起着重要作用。
本文将介绍化工原理中流体流动的应用及实例。
2. 流体流动的分类在化工领域中，流体流动可以分为两类：衡流和非衡流。
2.1 衡流衡流是指流体在管道内的流动，具有稳定的流速和压力分布。
它满足连续性方程、动量方程和能量方程。
衡流流动可以通过流速、流量和压降等参数来描述。
2.2 非衡流非衡流是指流体在化工设备中非常复杂的流动情况，包括回流、湍流、涡流等。
非衡流较难用传统的流体力学方程来描述，通常需要借助数值模拟等方法进行分析。
3. 流体流动的应用流体流动在化工过程中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 液体搅拌在化工工艺中，往往需要将不同组分的液体充分混合，以实现化学反应或增加反应效果。
液体搅拌是一种常用的方法，通过产生旋涡和湍流，使不同组分快速混合。
常见的液体搅拌设备有搅拌罐、搅拌桨等。
3.2 气体输送在化工过程中，常常需要将气体从一个设备输送到另一个设备，如将废气排放到废气处理系统中。
气体输送需要考虑管道阻力、泵站、阀门等因素的影响，以确保气体顺利输送。
3.3 流体分离在一些化工过程中，需要将混合物中的不同组分进行分离，以实现纯化或回收。
常见的分离方法包括离心分离、膜分离等。
通过合理设计分离设备，可以实现高效的流体分离。
3.4 流体反应化工反应通常需要在特定的流体环境下进行，以实现理想的反应速率和产物选择性。
流体流动可以通过改变反应器的结构和内部流动形式，调控反应条件和传热效果，从而达到理想的反应效果。
4. 实例分析4.1 反应塔反应塔是一种常见的化工设备，用于进行气液或液液相的反应。
在反应过程中，通过改变反应塔内部的流动形式和液滴分布，可以实现理想的反应条件。
例如，在苯和氯气反应过程中，通过调节氯气的进料位置和流量，可以控制苯的氯化程度。
化工原理之一 流体流动
第一章: 流体流动流体流动是化工厂中最基本的现象。
在化工厂内，不论是待加工的原料或是已制成的产品，常以液态或气态存在。
各种工艺生产过程中，往往需要将液体或气体输送至设备内进行物理处理或化学反应，这就涉及到选用什么型式、多大功率的输送机械，如何确定管道直径及如何控制物料的流量、压强、温度等参数以保证操作或反应能正常进行，这些问题都与流体流动密切相关。
流体是液体和气体的统称。
流体具有流动性，其形状随容器的形状而变化。
液体有一定的液面，气体则否。
液体几乎不具压缩性，受热时体积膨胀的不显著，所以一般将液体视为不可压缩的流体。
与此相反，气体的压缩民很强，受热时体积膨胀很大，所以气体是可压缩的流体。
如果在操作过程中，气体的温度和压强改变很小，气体也可近似地按不可压缩流体来处理。
流体是由大量的不断作不规则运动的分子组成，各个分子之以及分子内部的原子之间均保留着一定的空隙，所以流体内部是不连续而存在空隙的，要从单个分子运动出发来研究整个流体平衡或运动的规律，是很困难而不现实。
所以在流体力学中，不研究个别分子的运动，只研究由大量分子组成的分子集团，设想整个流体由无数个分子集团组成，每个分子集团称为“质点”。
质点的大小与它所处的空间在、相比是微不足道的，但比分子自由程要大得多。
这样可以设想在流体的内部各个质点相互紧挨着，它们之间没有任何空隙而成为连续体。
用这种处理方法就可以不研究分子间的相互作用以及复杂的分子运动，主要研究流体的宏观运动规律，而把流体模化为连续介质，但不是所有情况都是如此的，高真空度下的气体就不能视为连续介质了。
液体和气体统称为流体。
流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。
化工生产的原料及产品大多数是流体。
在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1) 管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2) 压强、流速和流量的测量；(3) 传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。
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三、 压力的表示方法
• 绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。 • 表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。
应注意： 1）外界大气压随大气的温度、湿度和所在地区的海拔
高度而改变。 2）为了避免绝压、表压、真空度三者相互混淆，在以
后的讨论中规定，对绝压和真空度均加以标注， 如：2×105Pa（绝压），4×103Pa（真空度）等。
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
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。
标准大气压及工程大气压的换算关系： 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O
=1.033kgf/cm2(工程单位制)
1at(工程大气压)=1 kgf/cm2 1at =9.807×104Pa =735.6mmHg =10mH2O
1-1 密度
一、定义
单位体积流体的质量，称为流体的密度。
m
V
kg/m3
二、单组分密度
f ( p,T )
液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变
化关系可从手册中查得。
6
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气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想
气体状态方程计算：
pM
RT
0
P P0
T0 T
注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度 下之值，若条件不同，则密度需进行换算。
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p2 m R
A’
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所以 整理得
p1 g(m R) p2 gm 0gR p1 p2 (0 )gR
若被测流体是气体， 0 ，则有 p1 p2 Rg0
20
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讨论： （1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形 管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，也可测 得流体的表压或真空度；
8
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混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有
1 a1 a2 an
m 1 2
n
a1 , a2 an ——液体混合物中各组分的质量分率。
四、比容
单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。
vV 1
m
m3/kg
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五 比重
指流体的密度对水的密度之比
d
H 2O
4C
4C 1g / cm3kg / m3
10
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1-2 压力
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的 静压强，习惯上又称为压力。
一、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。
二、压力的单位
SI制：N/m2或Pa；
11
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或以流体柱高度表示 ： p gh
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性 流体；
（2）物理意义：
zg ——单位质量流体所具有的位能，J/kg；
p ——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位
能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和
保持不变 。
17
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（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平 面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压 面。
7
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三、混合物的密度
混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有
m 11 22 nn
1,2 n ——气体混合物中各组分的体积分率。
或
m
pM m RT
M m ——混合气体的平均摩尔质量
M m M1 y1 M 2 y2 M n yn
y1, y2 yn ——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。
(0 )gR
R
A A’
23
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（2）双液体U管压差计 适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ( A C ) ； 扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
p1 p2 Rg ( A C )
24
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（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
13
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表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
p1
表压
绝对压力
真空度
p2
绝对压力
大气压
绝对真空
14
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1-3 流体静力学平衡方程
一、静力学基本方程
设流体不可压缩， Const.
重力场中对液柱进行受力分析：
（1）上端面所受总压力 P1 p1 A 方向向下
（2）下端面所受总压力 P2 p2 A 方向向上
第一章 流体流动
1. 研究流体流动问题的重要性 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； 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
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2
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3
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2 . 连续介质假定
假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有
间隙的流体质点（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
（3）液柱的重力 G gA(z1 z2 ) 方向向下
15
p0 p1 G
z1 p2 z2
返回
液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:
p2 A p1 A gA(z1 z2 ) 0
p2 p1 g(z1 z2 )
p1
z1g
p2
z2g
压力形式 能量形式
——静力学基本方程
16
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讨论：
（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体 内部各点的压力也将发生相应的变化。
18
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二、静力学基本方程的应用
1. 压力及压力差的测量
（1）U形压差计
设指示液的密度为 0 ，
p1
被测流体的密度为 。
A与A′面 为等压面，即 p A p A'
而
pA p1 g(m R)
A
p A' p2 gm 0 gR
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
流体。
4
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3. 流体的特征
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。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，
如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，
如气体。
5
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第一节 流体静力学基本方程
p1
p1
pa
pa
表压
21
真空度
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（2）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
22
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思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反映了什么？p1 z1
z2 (0 )gR (z2 z1)g 即( p1 gz1) ( p2 gz2 )