流體的物理性質(zhì)

1、流體的物理性質(zhì)    流體流動(dòng)與輸送過程中，流體的狀態(tài)與規(guī)律都與流體的物理性質(zhì)有關(guān)。因此，首先要了解流體的常見物理和化學(xué)性質(zhì)，包括密度、壓力、黏度、揮發(fā)性、燃燒爆炸極限、閃點(diǎn)、最小引燃能量、燃燒熱等。    一、? 密度與相對(duì)密度    密度是用夾比較相同體積不同物質(zhì)的質(zhì)量的一個(gè)非常重要的物理量，對(duì)化工生產(chǎn)的操作、控制、計(jì)算等，特別是對(duì)質(zhì)量與體積的換算，具有十分重要的意義。    流體的密度是指單位體積的流體所具有的質(zhì)量，用符號(hào)表示，在

2、國(guó)際單位制中，其單位是kem3。            ?        式中? m流體的質(zhì)量，kg；    y流體的體積，m3。    任何流體的密度都與溫度和壓力有關(guān)，但壓力的變化對(duì)液體密度的影響很小(壓力極高時(shí)除外)，故稱液體是不可壓縮的流體。工程上，常忽略壓力對(duì)液體的影響，認(rèn)為液體的密度只是溫度的函數(shù)。例如，純

3、水在277K時(shí)的密度為1000kgm3，在293K時(shí)的密度為9982kgm3，在373時(shí)的密度為9584kgms。因此，在檢索和使用密度時(shí)，需要知道液體的溫度。對(duì)大多數(shù)液體而言，溫度升高，其密度下降。    液體純凈物的密度通常可以從物理化學(xué)手冊(cè)或化學(xué)工程手冊(cè)等查取。液體?昆合物的密度通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，例如比重瓶法、韋氏天平法及波美度比重計(jì)法等。其中，前兩者用于精確測(cè)量，多用于實(shí)驗(yàn)室中，后者用于快速測(cè)量，在工業(yè)上廣泛使用。    在工程計(jì)算中，當(dāng)混合前后的體積變化不大時(shí)，液體混合物的密度也可由下式計(jì)算，即： 

4、;           ?        式中液體混合物的密度，kgms；    1、2、i、n構(gòu)成混合物的各純組分的密度，ksm3；    w1、w2、wi、wn混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。    氣體具有明顯的可壓縮性及熱膨脹性，當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，其密度將發(fā)生較大的變化。常見氣體的

5、密度也可從物理化學(xué)手冊(cè)或化學(xué)工程手冊(cè)中查取。在工程計(jì)算中，如查壓力不太高、溫度不太低，均可把氣體(或氣體混合物)視作理想氣體，并由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算其密度。    由理想氣體狀態(tài)方程式            ?        式中氣體在溫度丁、壓力的條件下的密度，kgm3；    V氣體的體積，ITl3； 

6、   戶氣體的壓力，kPa；    T一氣體的溫度，K；    m-氣體的質(zhì)量，kg；    M氣體的摩爾質(zhì)量，kgkmol；    R通用氣體常數(shù)，在SI制中，R8314kJ(km01K)。    如果是氣體混合物，式中的M用氣體混合物的平均摩爾質(zhì)量Mm代替。平均摩爾質(zhì)量由下式計(jì)算：       

7、     ?                        式中? M1、M2、Mi、Mn構(gòu)成氣體混合物的各純組分的摩爾質(zhì)量，kgkm0l；?            ?  

8、;      式中的上標(biāo)“”表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即273K、101325kPa。?    由于lkmol理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積是224m3，所以理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為            ?        當(dāng)混合物中各純組分的密度已知時(shí)，還可以根據(jù)混合前后質(zhì)量不變的原則，用下式計(jì)算混合物的密度

9、。            ?        流體的密度是流體的重要物性，涉及許多安全問題，流體密度的計(jì)算是生產(chǎn)過程中化學(xué)爆炸、物理爆炸計(jì)算過程的重要數(shù)據(jù)。    用圓柱形貯槽貯存8的NaOH水溶液，已知貯槽的底面直徑是6m，現(xiàn)因工藝需要，需將30t該堿液從貯槽打到指定設(shè)備內(nèi)，問貯槽的液位計(jì)讀數(shù)將下降多少?已知在當(dāng)時(shí)條件下，該堿液的密度是1061kgms。&#

10、160;           ?        在用儀器測(cè)量液體的密度時(shí)，在很多檢索密度數(shù)據(jù)的過程中，常常會(huì)遇到相對(duì)密度(過去稱比重)和比體積的概念，例如用波美度比重計(jì)測(cè)出的就是被測(cè)液體的相對(duì)密度。    相對(duì)密度是一種流體的密度相對(duì)于另一種標(biāo)準(zhǔn)流體的密度的大小，是一個(gè)無因次的量。對(duì)液體來說，常選277K的純水作為標(biāo)準(zhǔn)液體(此時(shí)水的密度為1000kgm3)，其定義式為

11、            ?        二、? 壓力    力的作用效果不僅取決于力的大小，還取決于力的作用面積。工程上，常常使用單位面積上的力(應(yīng)力)來表示力的作用強(qiáng)度，在流體力學(xué)中也是如此。    流體垂直作用在單位面積上的壓力(壓應(yīng)力)，稱為流體的壓力強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)，也稱靜壓強(qiáng)，工程上常常稱為壓力。 

12、           ?        式中? P流體的壓力，Pa；    F? 垂直作用在面積A上的力，N；                    A流體的作用面積，m

13、z。    可以證明，在靜止流體中，任一點(diǎn)的壓力方向都與作用面相垂直，并在各個(gè)方面上都具有相同的數(shù)值。    在化工生產(chǎn)中，壓力是一個(gè)非常重要的控制參數(shù)，為了知道操作條件下壓力的大小，以控制過程的壓力，常常在設(shè)備或管道上安裝測(cè)壓儀表。新型的測(cè)壓儀表通常是自動(dòng)的并可以由自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)；傳統(tǒng)的測(cè)壓儀表主要有兩種，一種叫壓力表，一種叫真空表，至今仍在化工生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但它們的讀數(shù)都不是系統(tǒng)內(nèi)的真實(shí)壓力(絕對(duì)壓力)。壓力表的讀數(shù)叫表壓，它所反映的是容器設(shè)備內(nèi)的真實(shí)壓力比大氣壓高出的數(shù)值，即  

14、60; 表壓絕對(duì)壓力一大氣壓    真空表的讀數(shù)叫真空度，它所反映的是容器設(shè)備內(nèi)的真實(shí)壓力低于大氣壓的數(shù)值，即    真空度二大氣壓一絕對(duì)壓力    顯然，同一壓力，用表壓和真空度表示時(shí)，其值大小相等而符號(hào)相反。通常，把壓力高于大氣壓的系統(tǒng)叫正壓系統(tǒng)，壓力低于大氣壓的系統(tǒng)叫負(fù)壓系統(tǒng)。為了使用時(shí)不至于混淆，壓力用絕對(duì)壓力表示時(shí)可以不加說明，但用表壓和真空度表示時(shí)必須注明。例如，500kPa表示絕對(duì)壓力；5MPa(表壓)表示系統(tǒng)的表壓，絕對(duì)壓力等于該值加上大氣壓；10P

15、a(真空度)表示系統(tǒng)的真空度，絕對(duì)壓力等于大氣壓減去該值。    壓力的單位有很多種，在工程上、文獻(xiàn)中都會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，因此要能夠進(jìn)行Pa與其他壓力單位(非法定計(jì)量單位)的換算。常見換算關(guān)系如下：    latm1013kPa1033at760mmHg1033mH20    latlkgfcm29807kPa7356mmHg10mHzO    流體或系統(tǒng)壓力的大小不僅關(guān)系反應(yīng)速度和流動(dòng)速度，而且可以標(biāo)志危險(xiǎn)性的大小，事故損失的狀況和后果。&

16、#160;   要求某精餾塔塔頂壓力維持在35kPa，若操作條件下，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽閘OOkPa，問：塔頂應(yīng)該安裝壓力表還是真空表?其讀數(shù)是多少?    解? 由題意可知，塔頂壓力比當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?，因此?yīng)該安裝真空表。真空表的讀數(shù)為? 10035=965kPa安裝在某生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)、出口處的真空表的讀數(shù)是35kPa、壓力表的讀數(shù)為765kPa，試求該設(shè)備進(jìn)出口的壓力差。    設(shè)備進(jìn)出口的壓力差出口壓力一進(jìn)口壓力(大氣壓+表壓)一(大氣壓一真空度)表壓+真空度=765+3580OkPa 

17、;   三、? 黏度    流體黏度影響流體的流動(dòng)狀況和狀態(tài)，決定在一定動(dòng)力或流速狀態(tài)下，流體與管壁之間的摩擦，黏度大的流體容易粘壁，結(jié)垢而導(dǎo)致管道堵塞或結(jié)焦，影響安全生產(chǎn)。    不同流體的黏性是不一樣的，從桶里把油倒出來要比把水從桶里倒出來需要更長(zhǎng)時(shí)間，這說明油的黏性比水大。表示流體黏性大小的物理量稱為動(dòng)力黏度或絕對(duì)黏度，簡(jiǎn)稱黏度，用表示，在SI制中，其單位是Pa?s。在工程上或文獻(xiàn)中常常使用泊(P)或厘泊(cP)。它們之間的關(guān)系是    1

18、Pa?s=10P=1000cP    黏度是流體的重要物理性質(zhì)之一，其大小反映了在同樣條件下，流體內(nèi)摩擦力的大小。顯然，在其他條件相同的情況下，黏度越大，流體的內(nèi)摩擦力越大。    流體的黏度是流體種類及狀態(tài)(溫度、壓力)的函數(shù)，氣體的黏度比液體的黏度小得多。例如，常溫常壓下，空氣的黏度約為o0184mPa?s，而水的黏度約為lmpa?s。液體的黏度隨溫度的升高而減少，氣體的黏度則隨溫度的升高而增加。例如，冬天倒洗發(fā)精要比夏天倒洗發(fā)精難得多。壓力改變對(duì)液體黏度的影響很小，可以忽略；除非壓力很高，壓力對(duì)氣體黏度的影響也是可以忽略不計(jì)的。    流體的黏度通常是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，比如涂四杯法、毛細(xì)管法和落球