化工基础-第二章 流体流动汇总
化工原理 第二章 流体流动.
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：
0
p p0
T0 T
0
T0 p0
p T
Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m
a1
1
a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作
化工基础2流体流动
料，以保证管道的耐腐蚀性、耐高温性、耐压性等性能。
考虑经济性
02
在满足工艺要求的前提下，应尽量选择价格低廉、易于采购的
材料，以降低生产成本。
考虑环保要求
03
对于某些有毒有害的流体，应选择无毒无害的管道材料，以减
少对环境的污染。
管道系统的安全与维护
1 2
确保安全阀和减压阀的正常工作
安全阀和减压阀是管道系统中的重要安全装置， 应定期检查、校准和维护，以确保其正常工作。
要点二
详细描述
流速是指流体在单位时间内流过的距离，是描述流体流动 快慢的物理量。流量是指单位时间内流过某一截面的流体 体积或质量，是衡量流体流动量的物理量。流场是指流体 的运动空间，描述了流体的运动状态。流线是表示流体运 动方向的曲线，流线的方向与速度方向一致。压力是指单 位面积上所承受的垂直作用力，压强是指单位面积上的压 力。
度等参数。
数据处理
对采集的数据进行整理、计算和 统计分析，提取有用的信息。
结果分析
根据数据处理结果，分析流体流 动的规律和特性，得出结论。
实验研究的应用与展望
应用领域
流体流动实验研究在化工、石油、能源等领域有广泛应用，为工业 生产提供理论支持和实践指导。
发展趋势
随着科技的不断进步，实验研究方法将更加先进和精确，实验数据 处理与分析将更加智能化和自动化。
02
流体动力学基础
流体静力学
静止流体的平衡
流体的平衡状态与受力分析，静压强 及其特性，重力场中流体的平衡，液 柱压力计。
流体静力学基本方程
静止流体中任一点上压力的性质和表 示方法，流体静力学基本方程，静止 液体中任一点上压力的量法，液柱压 力计。
化工基础 第二章 流体的流动和输送
是连通着的同一种流体，即截面 B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度 h 由上面讨论知，pA=p'A，而 pA=p'A 都可以用流体
静力学基本方程式计算，即
pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2 p'A=pa+ρ2gh 于是 pa+ρ1gh1+ρ2gh2 = pa+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得
ρ=f(p,T)，通常在温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可近似理想气
体状态方程式进行计算： ρ = pM RT
式中：ρ―流体的密度，kg·m-3；p—气体的压力，[Pa]；T—气体的绝对温度，[K]； M—气体分子的摩尔质量，[kg·mol-1]；R—气体常数，8.314[J·mol-1·K-1]。
p − p0 = h ρg
虽然静力学基本方程式是用液体进行推导的，流体的密度可视为常数，而气 体密度则随压力而改变，但考虑到气体密度随容器高低变化甚微，一般也可视为
常数，故静力学基本方程式也适用于气体。 例 3、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度 h1=0.7m、密度
ρ1=800kg·m-3，水层高度 h2=0.6m、密度 ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A 、pB=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度 h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 pA=p'A 的关系成立。因 A 与 A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一
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。
化工原理流体流动知识点总结
化工原理流体流动知识点总结化工原理中的流体流动是指在化工过程中物质（气体、液体或固体颗粒）在管道、设备或反应器中的运动过程。
了解流体流动的知识对于化工工程师来说至关重要。
下面是关于流体流动的一些重要知识点的总结。
1.流体的物理性质：-流体可以是气体、液体或固体颗粒。
气体和液体的主要区别在于分子之间的相互作用力和分子间距。
-流体的物理性质包括密度、黏度、表面张力、压力和流速等。
2.流体的运动方式：- 流体的运动可以是层流（Laminar flow）或紊流（Turbulent flow）。
-在层流中，流体以平行且有序的方式流动，分子之间的相互作用力主导着流动。
-在紊流中，流体以非线性和混乱的方式运动，分子之间的相互作用力相对较小，惯性和湍流运动主导着流动。
3.流体的流动方程：-流体流动可以通过连续性方程、动量方程和能量方程来描述。
-连续性方程（质量守恒方程）描述了流体在空间和时间上的质量守恒关系。
-动量方程描述了流体中的力平衡关系，包括压力梯度、黏度和惯性力等因素。
-能量方程描述了流体中的能量守恒关系，包括热传导、辐射和机械能转化等因素。
4.管道流动：-管道中的流体流动可以是单相（单一组分）或多相（多个组分）。
-管道流动的主要参数包括流速、压力损失和摩阻系数等。
- 常用的管道流动方程包括Bernoulli方程、Navier-Stokes方程和Darcy-Weisbach方程等。
5.流体输送：-流体输送是指将流体从一个地点输送到另一个地点的过程。
-在流体输送中，常用的设备和装置包括泵、压缩机、阀门、流量计和管道系统等。
-输送过程中要考虑流体的性质、流速、压力损失以及设备的选型和操作条件等因素。
6.流体混合与分离：-流体混合和分离是化工过程中常见的操作。
-混合可以通过搅拌、喷淋、气体分散等方法实现。
-分离可以通过过滤、沉淀、蒸馏、萃取和膜分离等方法实现。
7.流体力学实验：-流体力学实验是研究流体流动和相应现象的方法之一-常用的流体力学实验包括流速测量、压力测量、流动可视化和摩擦系数测定等。
化工基础第二章第一节流体的主要性质
举例
例1-2 已知干空气的组成为：O221%、
N279%(均为体积%)。试求干空气在压 力为101.3Pa、温度为20℃时的密度。
作业
1 已知干空气的组成为：O221%、
N279%(均为体积%)。试求干空气在压 力为101.3KPa、温度为30℃时的密度。
解：p＝Pa－p真
=101.3-80 =21.3Kpa
三．流量与流速
(一）流量 什么是体积流量、质量流量？各用什么符号表示？ 单位是什么？ （二）流速 1、平均流速 、质量流速的概念、符号、单位？ 2、各种流量与流速间的关系 （体积流量与流速、 质量流量与体积流量、质量流速与质量流量与流 速的关系、圆形管道中流速与体积流量的关系 ）
3、气体的密度
气体的密度随压力和温度的变化较大。
当压力不太高、温度不太低时，气体的密度
可近似地按理想气体状态方程式计算：
m v
pM RT
(1-3)
式中 p —— 气体的压力，kN/m2或kPa； T —— 气体的绝对温度，K； M —— 气体的分子量，kg/kmol； R —— 通用气体常数，8.314kJ/kmol· K。
1、什么是流体？
我们体内的血液是不是流体？
水是不是流体？ 空气是不是流体？
2、流体如何输送？
体内的血液是如何输送到全身的？
自来水是如何输送到每家每户的？
流体：具有流动性的物体 包括气体和液体两大类。
流体如何输送？
流体是用管路来输送的
输送管路是由管子、阀门、输送机械（泵、 通风机等）流量计等部分机械组成
（完整版）化工原理各章节知识点总结
（完整版）化工原理各章节知识点总结第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u 、压强p 不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
化工原理流体流动总结
化工原理流体流动总结1. 引言流体流动是化工过程中一个非常重要的基本行为，对于化工工程师来说，了解流体的流动规律和特性是非常关键的。
本文将对化工原理中流体流动的一些基本原理进行总结和概述。
2. 流体的基本性质在研究流体流动之前，我们首先需要了解流体的基本性质。
流体是一种物质状态，具有两个基本特征：能够流动和没有固定形状。
流体可以分为液体和气体两种，液体的分子之间存在着较强的分子间吸引力，而气体的分子间距离较大，分子间作用力相对较弱。
3. 流动的基本原理流动涉及到流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理。
3.1 流量和流速流量是指单位时间内流体通过某一横截面的体积或质量的多少，通常用符号Q表示。
流速是指单位时间内流体通过一个给定横截面的速度，通常用符号v表示。
流量和流速之间的关系可以用以下公式表示：Q = Av其中，A表示横截面积。
3.2 流体的连续性方程流体的连续性方程是质量守恒的基本原理，它表明流体在任意给定的流管截面上，流入该截面的质量等于流出该截面的质量。
连续性方程可以用以下公式表示：ρ1A1v1 = ρ2A2v2其中，ρ是流体的密度，A是截面积，v是流速。
3.3 流体的动量方程流体的动量方程描述了流体内部压力、速度和力的关系。
动量方程可以用以下公式表示：Δp + ρgΔh + 1/2ρv1^2 - 1/2ρv2^2 = ∑F其中，Δp是压力变化，ρ是流体的密度，g是重力加速度，Δh是高度变化，v1和v2是流体在不同位置的速度，∑F表示所有外力的合力。
3.4 流体的能量方程流体的能量方程描述了流体内部压力、速度和能量的关系。
能量方程可以用以下公式表示：Δp + ρgΔh + 1/2ρv1^2 + P1 - 1/2ρv2^2 - P2 = ∑H其中，P是流体单位体积的压力，Δp是压力变化，ρ是流体的密度，g是重力加速度，Δh是高度变化，v1和v2是流体在不同位置的速度，∑H表示所有外力对流体做的工作。
化工——第二章_2(流动基本概念)
Re 9 10 5 2000 1 整理得： u 1.14( m s ) d 0.158
燃料油在管中作层流时的临界速度为1.14m· s-1。
2-7 流速分布
层流
如上图所示，流体在圆形直管内作定态层流流动。在圆管内， 以管轴为中心，取半径为r、长度为l的流体柱作为研究对象。
粘性是流体流动时产生的阻碍流体流动的内摩擦力。 粘度是衡量流体粘性大小的物理量。
u F A y
u F A y
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。
F u A y
适用于u与y成直线关系
du dy
式中：
——牛顿粘性定律
du 速度梯度 ： dy
比例系数，它的值随流体的不同而不同，流 ：
P (泊）
cm
SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：
1Pa s 1000 cP 10 P
5）运动粘度
v
单位： SI制：m2/s； 物理单位制：cm2/s，用St表示。
1 St 100 cSt 10 4 m 2 / s
思考：
（1）气体在一定直径的圆管中流动，如果qm不变，
第二章 流体流动与输送
闽南师范大学 化学与环境科学系 主讲：张婷
第二节
流体流动
一、流量与流速
二、定态流动与非定态流动 三、流动形态 四、牛顿黏性定律 五、边界层及边界层分离 六、流体在管内的速度分布
§2 流体流动
2-1 流体的流量和流速 • 流量
单位时间内通过导管任一截面的流体量称为流量(或流率)。
d u 流体的流动类型用雷诺数Re判断： Re
Re的量纲：
L M ( L) 3 du T L [Re] [ ] L0 M 0T 0 1 M ( L )(T )
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Elementary Chemical Engineering
第二章 流体流动与输送
❖ 化工生产中的物料大多数是流体，经常需要将流 体从一个设备输送到另一个设备。
❖ 化工生产中的传热、传质过程以及化学反应过程 大部分是在流体流动状态下进行的。
❖ 流体流量的测量也与流体流动有关。 ❖ 流体流动的基本原理是本门课程的重要基础。
d 1 2
在一般情况下是以水作参照物，其值相当于比重
d
,
4 C水
4C水 1000kg / m3
3. 比体积（比容）：是指单位质量流体所具有的体积,是密度 的倒数。单位为m3/kg。
V 1 m
二. 流体的静压强
1.压强的定义：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流
体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压
（2）理想流体：假设流体是一种无粘性，在流动中不产生
摩擦阻力的流体。理想流体是一种假设的概念,是对实际流
体在某些条件下的简化处理。实际流体：具有粘性，流动时
产生摩擦阻力。 理想气体可用状态方程：
pV nRT m RT M
理想液体符合拉乌尔定律
（3）定态流动：（稳定流动，定常流动）空间各点的状态不随 时间而变化，该流动称为定态流动。
A 表 压 强 大气压强线
绝 对 压 强
绝对零压线
当用表压或真空Βιβλιοθήκη 来表示压强时，应分别注明。如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。
例题：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表
读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多 少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地 区为101.33kPa。
解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压，根
据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 解: 绝压=大气压 - 真空度
= 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
三.流体静力学基本方程
方程的推导：
在1-1’截面受到垂直向下的压力： F1 p1 A
在2-2’截面受到垂直向上的压力： F2 p2 A
液柱本身所受的重力：
W mg Vg Az1 z2 g
因为小液柱处于静止状态，
F 0
F2 F1 Az1 z1g 0
两边同时除A：
F2 A
F1 A
gz1
z2
0
p2 p1 gz1 z2 0
p2 p1 gz1 z2
ux,uy,yz,p,……＝f(x,y,z) 与t 无关
§1.1 流体静力学
一. 流体的密度
1.流体的密度：单位体积流体所具有的质量。属于物性。
m
V
◇对于液体，压强的变化对密度的影响很小，可以忽略，
称为不可压缩性流体。此时，密度仅随温度而变， f t
故在使用液体的密度时，要注意温度条件。
◇对于气体，密度随T、P改变很大，称为可压缩性流体，此
分析：
①流体在管道、泵（风机）、流量计 中流动，是流体动力学问题。 ②流体在压差计、水封箱中的水处于 静止状态，是流体静力学问题。 ③要确定流体输送管路的直径，需计 算流动过程产生的阻力和输送流体所 需的动力。 ④选用多大的水泵或风机呢？要根据 阻力与流量等参数来选择输送设备的 类型和型号。 ⑤要测量、监控流体的流量和压强。 ⑥流体流动将影响过程系统中的传热、 传质过程等，是其他单元操作的重要 基础。
力。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。
其它常用单位： atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2 、
换算关系为： 1a流tm体(柱标高准度大（气m压m)=H12.O01，3m×1m0H5 gP等a ）=7。60
mmHg =10.33 mH2O =1.033公斤(力)/厘
2.压强的基准和米表2示形式
其中 式中 Mi——混合气体中各组分的摩尔质量，kg/mol；
yi——混合气体中各组分的摩尔分率。
或 (1m3)混合气体的质量等于各组分的质量之和。即
式中 i——混合气体中各组分的密度，kg/m3； xvi——混合气体中各组分的体积分率。
2.相对密度：是指在共同的特定条件下，一个物质的密度
与另一个物质的密度之比值，用 d 表示。
1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强称为绝对压强。 它是以真空为起点的压力
2）表压强（表压）：以当时当地的大气压为起点的压力称为 表压。即绝对压强与大气压强之差。
表压强=绝对压强-大气压强
3）真空度：真空表的读数，绝对压强低于大气压强的数值
真空度=大气压强-绝对压强
三者的关系：
真空度 B
绝对压强
时： f t, p 故气体的密度必须标明其状态。
当压强不太高，温度不太低时，可按理想气体来处理。
获得方法：（1）查物性数据手册 （2）公式计算：
由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度
PV
nRT
m V
PM RT
对理想混合液体，(1kg)混合液体的体积等于各组分单独 存在时的体积之和，即
对低压混合气体
令 z1 z2 h 则得： p2 p1 gh
研究流体时的三大假设
(1)连续性假设：考察流体质点的宏观运动时，可以取大量流 体分子组成的流体微团作为运动质点，并以此质点为研究对 象，其尺寸大小与容器、管道相比微不足道，但又比分子运 动的自由程大得多。于是就可以假定流体是由大量质点组成 的、彼此间没有间隙的、完全充满所占空间的连续介质—— 这就是连续性假设。 目的：摆脱复杂的分子运动（随机的、混乱的），从宏观的 角度，用统计的方法来研究流体的流动规律。同时，流体的 物理性质及运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续 函数的数学工具（微积分）加以描述，从而大大提高运算速 度和效率。
流体流动的考察方法
❖ 气体和液体统称为流体。流体的特性：流动性和可压缩性， 即没有固定形状，受到外力作用时内部产生相对运动；任何 流体皆可压缩。
❖ 流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。
❖ 不同的考察方法对流体流动情况的理解也不同。在物理化学 中（气体分子运动论）是考察单个分子的微观运动，分子的 运动是随机的、不规则的混乱运动，在某一方向上有时有分 子通过，有时没有。因此这种考察方法认为流体是不连续的 介质，所面对的运动是一种随机的运动，随机性导致问题。