化工原理流体
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(iii) 传递定律 上方的压强大小相等地传遍整个液体。
18
【例】
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／m3，水层高度h2=0.6m、密度 ρ=1000kg／m3。
气体与液体的区别：
①密度：气体变化；液体变化不明显。 ②压缩性：气体可压缩。液体不可压缩。
流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因是：
1、各种流体输送问题，管路的设计，输送机械的选择以及所需功率的计算, 需要研究流体的流动规律。 2、流体的流动对传热、传质以及反应过程有着重要的影响。过程进行的好坏， 动力的消耗及设备的投资都与流体的流动状况密切相关。
➢ 基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.1013MPa =1.033Kgf/cm2 =10.33mH2O =760mmHg 1bar=105 Pa
12
计算基准
绝压 ---以绝对零压作为基准
压强大小的两种表征方法
表压
---以当地大气压为基准
表
压真 表
压 空
强 度
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强
9
u
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。
连续介质模型
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，彼此没有间隙，表征 液体运动的各物理量（密度、速度、压强等）在空间 和时间上是连续分布和变化的。
化工原理
之流体部分
引子
➢ 源远流长之水文化 ➢ 工程流体力学的发展简史
2
（1）源远流长之水文化
➢ 诗经： “关关雎鸠，在河之洲”
“所谓伊人，在水一方”
➢ 老子：“上善若水。水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道”
➢ 论语：“仁者乐山，智者乐水”
➢ 诗：“登高望远天地间，大江茫茫去不还”
➢ 词：“汴水流，泗水流，流到瓜州古渡口”
江山如画，一时多少豪杰！
6
➢ 二十世纪初的重要突破是普朗特的边界层理论，它把无粘性理论和粘 性理论在边界层概念的基础上联系起来。
➢ 二十世纪蓬勃发展的经济建设提出了越来越复杂的流体力学问题： 高浓度泥沙河流的治理； 高水头水力发电的开发； 输油干管的敷设； 采油平台的建造； 河流湖泊海港污染的防治等。
水利、海洋、大气、航空、环境、化工、机械
7
第一章 流体流动
➢ 第一节 流体静力学 ➢ 第二节 管内流体流动的基本方程式 ➢ 第三节 管内流体流动现象 ➢ 第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失 ➢ 第五节 管路计算 ➢ 第六节 流量的测定
8
液态或气态下的物料称为流体
流体的特征：
易流动，抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化； 在外力的作用下其内部发生相对运动。
10
第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
11
一、流体的压强
定义： pP/ A
特性： ①垂直作用于器壁 ②同一流体不同作用平面通过同一 点上各方向的压强相同
p
pp p p p
单位：
Pa； atm； 某流体柱高度； bar(巴) ； kgf／cm2 等
5
➢ 十八世纪初叶，经典流体动力学有迅速的发展.欧拉和伯努利是这 一领域中杰出的先驱者。
➢ 十八世纪末和整个十九世纪，形成了两个相互独立的研究方向： 一是运用数学分析的理论流体动力学；一是依靠实验的应用水力 学。 开尔文、瑞利、斯托克斯、兰姆等人的工作使理论水平 达到相当的高度，而谢才、达西、曼宁等人则在应用水力学方面 进行了大量的实验研究，提出了各种实用的经验公式。
至此水静力学已初具雏形。
4
流体动力学的发展是与水利工程兴建相联系的。 ➢ 公元前三世纪末，Baidu Nhomakorabea国秦代修建规模巨大的都江堰、灵渠
和郑国渠。 ➢ 汉初利用山溪水流作动力。此后在历代防洪及航运工程上
积累了丰富的经验。 ➢ 但是液体流动的知识，在中国相当长的时间内，在欧洲直
至15世纪以前，都被认为是一种技艺，而未发展为一门科 学。
➢ 人际关系：“君子之交淡如水”，水“之水利至害清，则自无古鱼”而然
➢ 音乐：高山流水
禹疏沟洫，随山浚川
——《史记》
3
（2）工程流体力学的发展历史
水力学作为学科而诞生始于水静力学： 公元前400余年，中国墨翟在《墨经》中，已有了浮力与排液体积之间关 系的设想。 公元前250年，阿基米德在《论浮体》中，阐明了浮体和潜体的有效重力 计算方法。 1586年德国数学家斯蒂文提出水静力学方程。 17世纪中叶，法国帕斯卡提出液压等值传递的帕斯卡原理。
16
三、流体静力学方程式
流体静压强特点： 同一水平面上各点的流体静压强相等
p1
？ 但：不同高低位置，p却不一样
p+dp
力的平衡
dz
p A p dA p gA 0dz
p ρgAdz
z z1
dpgdz0
p2 z2
p g zCons.t
A
p2p1gz1z2 p 2 p 1 g z 1 z 2
17
讨论：
(i) 总势能守恒 在同一种静止流体中不同高度上的微元其静压能
和位能各不相同，但其总势能保持不变。 (ii) 等压面 在静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平
面上各点的静压强相等---等压面（静压强仅与垂直高 度有关，与水平位置无关）。要正确确定等压面。
静止液体内任意点处的压强与该点距液面的距离 呈线性关系，也正比于液面上方的压强。
绝压/表压/真空度的关系
PA（表）
PA,绝
P大气压
大气压线 P（真空度）
PB,绝 绝对零压线
13
第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
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二、流体的密度和比体积
密度
m V
kg/m3
fp,T
恒密度流体和变密度流体
气体 pm pM
nRT RT
以1m3混合物为 基准
气体混合物
y 11 y 22 y n以n 1kyg基i混—准合摩物尔为分数
液体混合物
1w1 w2 wn
1 2
n
wi—质量分数
1
比体积：υ=
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第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
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【例】
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／m3，水层高度h2=0.6m、密度 ρ=1000kg／m3。
气体与液体的区别：
①密度：气体变化；液体变化不明显。 ②压缩性：气体可压缩。液体不可压缩。
流体流动规律是本门课程的重要基础，主要原因是：
1、各种流体输送问题，管路的设计，输送机械的选择以及所需功率的计算, 需要研究流体的流动规律。 2、流体的流动对传热、传质以及反应过程有着重要的影响。过程进行的好坏， 动力的消耗及设备的投资都与流体的流动状况密切相关。
➢ 基本关系： 1atm=101325 Pa=101.3kPa=0.1013MPa =1.033Kgf/cm2 =10.33mH2O =760mmHg 1bar=105 Pa
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计算基准
绝压 ---以绝对零压作为基准
压强大小的两种表征方法
表压
---以当地大气压为基准
表
压真 表
压 空
强 度
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强
9
u
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。
连续介质模型
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，彼此没有间隙，表征 液体运动的各物理量（密度、速度、压强等）在空间 和时间上是连续分布和变化的。
化工原理
之流体部分
引子
➢ 源远流长之水文化 ➢ 工程流体力学的发展简史
2
（1）源远流长之水文化
➢ 诗经： “关关雎鸠，在河之洲”
“所谓伊人，在水一方”
➢ 老子：“上善若水。水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道”
➢ 论语：“仁者乐山，智者乐水”
➢ 诗：“登高望远天地间，大江茫茫去不还”
➢ 词：“汴水流，泗水流，流到瓜州古渡口”
江山如画，一时多少豪杰！
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➢ 二十世纪初的重要突破是普朗特的边界层理论，它把无粘性理论和粘 性理论在边界层概念的基础上联系起来。
➢ 二十世纪蓬勃发展的经济建设提出了越来越复杂的流体力学问题： 高浓度泥沙河流的治理； 高水头水力发电的开发； 输油干管的敷设； 采油平台的建造； 河流湖泊海港污染的防治等。
水利、海洋、大气、航空、环境、化工、机械
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第一章 流体流动
➢ 第一节 流体静力学 ➢ 第二节 管内流体流动的基本方程式 ➢ 第三节 管内流体流动现象 ➢ 第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失 ➢ 第五节 管路计算 ➢ 第六节 流量的测定
8
液态或气态下的物料称为流体
流体的特征：
易流动，抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化； 在外力的作用下其内部发生相对运动。
10
第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
11
一、流体的压强
定义： pP/ A
特性： ①垂直作用于器壁 ②同一流体不同作用平面通过同一 点上各方向的压强相同
p
pp p p p
单位：
Pa； atm； 某流体柱高度； bar(巴) ； kgf／cm2 等
5
➢ 十八世纪初叶，经典流体动力学有迅速的发展.欧拉和伯努利是这 一领域中杰出的先驱者。
➢ 十八世纪末和整个十九世纪，形成了两个相互独立的研究方向： 一是运用数学分析的理论流体动力学；一是依靠实验的应用水力 学。 开尔文、瑞利、斯托克斯、兰姆等人的工作使理论水平 达到相当的高度，而谢才、达西、曼宁等人则在应用水力学方面 进行了大量的实验研究，提出了各种实用的经验公式。
至此水静力学已初具雏形。
4
流体动力学的发展是与水利工程兴建相联系的。 ➢ 公元前三世纪末，Baidu Nhomakorabea国秦代修建规模巨大的都江堰、灵渠
和郑国渠。 ➢ 汉初利用山溪水流作动力。此后在历代防洪及航运工程上
积累了丰富的经验。 ➢ 但是液体流动的知识，在中国相当长的时间内，在欧洲直
至15世纪以前，都被认为是一种技艺，而未发展为一门科 学。
➢ 人际关系：“君子之交淡如水”，水“之水利至害清，则自无古鱼”而然
➢ 音乐：高山流水
禹疏沟洫，随山浚川
——《史记》
3
（2）工程流体力学的发展历史
水力学作为学科而诞生始于水静力学： 公元前400余年，中国墨翟在《墨经》中，已有了浮力与排液体积之间关 系的设想。 公元前250年，阿基米德在《论浮体》中，阐明了浮体和潜体的有效重力 计算方法。 1586年德国数学家斯蒂文提出水静力学方程。 17世纪中叶，法国帕斯卡提出液压等值传递的帕斯卡原理。
16
三、流体静力学方程式
流体静压强特点： 同一水平面上各点的流体静压强相等
p1
？ 但：不同高低位置，p却不一样
p+dp
力的平衡
dz
p A p dA p gA 0dz
p ρgAdz
z z1
dpgdz0
p2 z2
p g zCons.t
A
p2p1gz1z2 p 2 p 1 g z 1 z 2
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讨论：
(i) 总势能守恒 在同一种静止流体中不同高度上的微元其静压能
和位能各不相同，但其总势能保持不变。 (ii) 等压面 在静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平
面上各点的静压强相等---等压面（静压强仅与垂直高 度有关，与水平位置无关）。要正确确定等压面。
静止液体内任意点处的压强与该点距液面的距离 呈线性关系，也正比于液面上方的压强。
绝压/表压/真空度的关系
PA（表）
PA,绝
P大气压
大气压线 P（真空度）
PB,绝 绝对零压线
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第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用
14
二、流体的密度和比体积
密度
m V
kg/m3
fp,T
恒密度流体和变密度流体
气体 pm pM
nRT RT
以1m3混合物为 基准
气体混合物
y 11 y 22 y n以n 1kyg基i混—准合摩物尔为分数
液体混合物
1w1 w2 wn
1 2
n
wi—质量分数
1
比体积：υ=
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第一节 流体静力学
➢ 一 流体的压强 ➢ 二 流体的密度和比体积 ➢ 三 流体静力学基本方程式 ➢ 四 流体静力学基本方程式的应用