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化工原理第一章流体流动优秀课件
牛顿型流体、非牛顿型流体
2、流体的特征
(1)流动性; (2)无固定形状,随容器形状而变化 (3)受外力作用时内部产生相对运动。
(二)、连续介质假定
(1)流体质点:由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设 备尺寸,但却远大于分子自由程。
(2)连续介质:质点在流体内部紧紧相连,彼此间没有间 隙,即流体充满所占空间。
10.33mH2O 1.0133bar 1.0133105 Pa
1工程大气压 1kgf / cm2 735.6mmHg
10mH2O 0.9807bar 9.807104 Pa
2、压强的表示方法 流体体系的真实压强称为绝对压强。
1)绝对压强(绝压):(以真空为基准)。
2)表压 强(表压):压力上读取的压强值称为表压。 (以大气压力为基准)
g
cm.s
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 1000CP 10P
实验证明,气体及水、溶济、甘油等液体服从牛顿粘性定律 ,此类流体统称为牛顿型流体
不服从牛顿粘性定律的流体,称非牛顿型流体,如泥浆等
第一章 流 体 流 动及
输送
1.3.1 流体的压力 1.3.2 流体静力学方程 1.3.3 流体静力学方程的应用
(3)在研究流体流动时,常摆脱复杂的分子运动 和分子 间相互作用,从宏观角度出发,将流体视为由无数流体质 点(或微团)组成的连续介质。
(三)作用在流体上的力
任取一微元体积流体作为研究对象,进行受力分析,它受 到的力有质量力(体积力)和表面力两类。 (1)质量力(体积力) 与流体的质量成正比,质量力对于均质流体也称为 体积力。如 重力和离心力
p2 p0 gh (1-5b)
上三式统称为流体静力学基本方程式。
2、方程的讨论
1)液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的,即:
P f P0 , h
2)当容器液面上方压强P0一定时,静止液体内部的
压强P仅与垂直距离h有关,即: P h
处于同一水平面上各点的压强相等。
3)当液面上方的压强改变时,液体内部的压强也随之 改变,即:液面上所受的压强能以同样大小传递到 液体内部的任一点。
du
dy
——牛顿粘性定 律
式中:
du :速度梯度 dy
:比例系数,它的值随流体的不同而不同,流
体的粘性愈大,其值愈大,称为粘性系数或动力粘度,简
称粘度。
2、流体的粘度
1)物理意义
du
dy
促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。 粘度总是与速度梯度相联系,只有在运动时才显现出来
2)粘度与温度、压强的关系
(2)表面力 表面力与作用的表面积成正比。单 位面积上的表面力称之为应力。
①垂直于表面的力F,称为压力(法向力)。 单位面积上所受的压力称为压强p。
② 平行于表面的力F,称为剪力(切力)。 单位面积上所受的剪力称为剪应力τ。
1.2 流体的物理性质 1.2.1、流体的密度
1. 密度定义
单位体积的流体所具有的质量,ρ; SI单位kg/m3。
例:图中开口的容器内盛有油和水,油层高度h1=0.7m,
vV 1
m
SI单位 m3 / kg
1.2.3流体的粘度
1. 牛顿粘性定律
流体的内摩擦力:运动着的流体内部相邻两流体层间的作 用力。又称为粘滞力或粘性摩擦力。
——流体阻力产生的依据
F u S y
F u S
y
剪应力:单位面积上的内摩擦力,以τ表示。
F u 适用于u与y成直线关系
S y
m
V
2. 影响ρ的主要因素
f t, p
液体: f t ——不可压缩性流体
气体: f t, p ——可压缩性流体
3.气体密度的计算
理想气体在标况下的密度为:0
Байду номын сангаас
M 22.4
例如:标况下的空气,
0
M 22.4
29 22.4
1.29kg
/
m3
操作条件下(T, P)下的密度:
0
p p0
T0 T
1.2.2、流体的比容
1.3.2、流体静力学基本方程式推导
在图1-4中的两个垂直位置2 和 1 之间对上式作定积分
pp21
dp
-z1 gdz
z2
J/k 由于 和 g 是常数,故
g
z1g
p1
z2g
p2
(1-5)
p 2p 1g (z1z2)(1-5a) 图1-4 静止液体内压力的分布
P a 若将图1-4中的点1移至液面上(压强为p0),则式1-5a变为:
4)从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的
连通着的同一种流体的内部,对于间断的并非单一
流体的内部则不满足这一关系。
5)P
P0 gh可以改写成
P P0
g
h
压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示,这就
是液体压强计的根据,在使用液柱高度来表示压强
或压强差时,需指明何种液体。
6)方程是以不可压缩流体推导出来的,对于可压缩性的 气体,只适用于压强变化不大的情况。
化工原理第一章流体流动
第一节 流体的概述
(一)、流体的分类和特征
1、分类 气体(含蒸汽)和液体统称流体
(1)按状态:气体、液体和超临界流体 (2)按可压缩性:不可压缩性流体、可压缩性流体 (3)按是否可忽略分子间作用力: 理想流体、
粘性(实 际)流体 (4)按流变特性(剪力与速度梯度之间的关系):
1.3 流体静力学
1.3.1 流体的静压强
1、压强的定义
流体的单位表面积上所受的压力,称为流体的静压强,
简称压强。
p P A
SI制单位:N/m2,即Pa。 其它常用单位有:
atm(标准大气压)、工程大气压kgf/cm2、bar;流体柱高
度(mmH2O,mmHg等)。
换算关系为: 1atm 1.033kgf / cm2 760mmHg
表压强=绝对压强-大气压强
3)真空度:
真空表上读取的压强值称为真空度。 (以大气压力为基准)
真空度=大气压强-绝对压强=-表压
绝对压强、真空度、表压强的关系为
A 表
压
强 大气压强线
真空度
绝 对
B
压
绝对压强
强
绝对零压线
当用表压或真空度来表示压强时,应分别注明。
如:4×103Pa(真空度)、200KPa(表压)。
a) 液体的粘度随温度升高而减小,压强变化时,液体的粘度
基本不变。
b)气体的粘度随温度升高而增大,随压强增加而增加的很少。
3)粘度的单位
在SI制中:
du /
dy
N / m2 (m / s)
N .S m2
Pa.S
m
在物理单位制中,
du /
dy
dyn / cm2 cm s
dyn.s cm2