流體力學(xué)與應(yīng)用

1、流體力學(xué)與應(yīng)用第1頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四流體流動是本課程的基礎(chǔ)（1）很多單元操作，例如流體輸送、混合、攪拌、非均相物系的分離及兩相流等，都涉及流體流動的基本規(guī)律。本課程依據(jù)流體流動規(guī)律來進(jìn)行管路設(shè)計、輸送機(jī)械的選擇和能量(或功率)消耗的計算等 。（2）流體流動與傳熱、傳質(zhì)乃至反應(yīng)過程是不可分割的，或者說化工中的傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)過程大多是在流動條件下進(jìn)行的，因此流體流動的內(nèi)部特征是研究傳熱和傳質(zhì)過程的重要基礎(chǔ) 。（3）流體流動規(guī)律和傳熱、傳質(zhì)的規(guī)律有類似性，解決這些過程的方法和手段也是相類似的 。第2頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四本

2、章重點內(nèi)容流體靜力學(xué)方程及應(yīng)用質(zhì)量衡算和連續(xù)性方程能量衡算和柏努利方程流動阻力與能量損失管路計算第3頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四1.1 流體基本性質(zhì)1.1.1 連續(xù)介質(zhì)假定1.1.2 流體的可壓縮性1.1.3 作用在流體上的力1.1.5 壓強(qiáng)1.1.4 質(zhì)量力與密度1.1.6 剪切力與粘度第4頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四 連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點：由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備 尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。 工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究 流

3、體。1.1 流體基本性質(zhì) 流體：液體、氣體、固體顆粒懸浮于液體或氣體中 第5頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四 流體的可壓縮性 不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變 化，如液體； 可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化， 如氣體。第6頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四 表面力：通過直接接觸而作用于流體表面的力， 其大小與流體的表面積成正比。 壓 力：垂直于表面的法向力；剪切力：平行于表面的切向力。壓力剪切力1.1.3 作用在流體上的力 質(zhì)量力: 作用于流體每個質(zhì)點上的力，其大小與流 體的質(zhì)量成正比，如重力、離心力等。第7頁，共20頁，202

4、2年，5月20日，10點55分，星期四 質(zhì)量力與密度一、密度 單位體積流體的質(zhì)量。kg/m3 二、單組分密度 液體 密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變 化關(guān)系可從手冊中查得。第8頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四 氣體 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，可按理想 氣體狀態(tài)方程計算： 注意：手冊中查得的氣體密度均為一定壓力與溫度 下之值，若條件不同，則需進(jìn)行換算。第9頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四三、混合物的密度 混合氣體 各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。 或混合氣體的平均摩爾質(zhì)量； 氣體混合物中各組分的摩爾(體積)

5、分?jǐn)?shù)。 第10頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四 混合液體 假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 四、比容單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。m3/kg 第11頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四 壓強(qiáng) 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)。 一、壓強(qiáng)的單位 SI制：N/m2或Pa；或以流體柱高度表示 ：注意：用液柱高度表示壓強(qiáng)時，必須指明流體的種類， 如600mmHg，10mH2O等。 第12頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四二、 壓強(qiáng)的表示方法 絕對壓強(qiáng) 以絕對真空為基準(zhǔn)測得的真

6、實壓強(qiáng)值。 表壓或真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測得的相對壓強(qiáng)值。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的換算關(guān)系：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O第13頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四表 壓 = 絕對壓 大氣壓真空度 = 大氣壓 絕對壓絕對壓 絕對壓 絕對真空 表壓 真空度 大氣壓 第14頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四一、 牛頓粘性定律 或Fuududy式中：F內(nèi)摩擦力，N； 剪應(yīng)力，Pa； 法向速度梯度，1/s； 比例系數(shù)，稱為流體的粘度，Pas 。 1.1.6 剪切力與粘度第15頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55

7、分，星期四流體與固體的力學(xué)特性兩個不同點不同之一：固體表面的剪應(yīng)力剪切變形d;流體內(nèi)部的剪應(yīng)力剪切變形速率 dydu+duu不同之二： 靜止流體不能承受剪應(yīng)力（哪怕是非常微小的剪應(yīng)力）和抵抗剪切變形。固體可以承受很大的剪應(yīng)力和抵抗剪切變形。第16頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四流體的剪應(yīng)力與動量傳遞根據(jù)牛頓粘性定律，對一定， 流動的流體內(nèi)部相鄰的速度不同的兩流體層間存在相互作用力，即速度快的流體層有著拖動與之相鄰的速度慢的流體層向前運(yùn)動的力，而同時速度慢的流體層有著阻礙與之相鄰的速度快的流體層向前運(yùn)動的力流體內(nèi)部速度不同的相鄰兩流體層之間的這種相互作用力就稱為流體的內(nèi)摩擦力或粘性力F，單位面積上的F即為 第17頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體，如水、空氣非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體，如 血液、牙膏 二、流體的粘度 1.粘度的物理意義 流體流動時在與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生 單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。第18頁，共20頁，2022年，5月20日，10點55分，星期四液體 :T 氣體 : 一般T 超高壓p 粘度的物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運(yùn)動與碰撞。2. 粘度的單位SI制：Pas 或 kg/(ms)物理制：cP(厘泊）換算關(guān)系1cP10-3 Pas第