第一章 流体流动(课件)《化工原理第四版》同步教学（化学工业出版社）

化工原理 第一章 流体流动 2024.1.5 绪 论 自然科学→工程科学 例如：物理课中，炮弹运动轨迹的解析解 一、本课程的产生和发展 最早对象：化学工艺学 如聚氯乙烯生产： 温度,压力,催化剂 CH≡CH+HCl→CH2=CHCl→-[CH2-CHCl]n- 单体 聚合物 副反应 →CHCl-CHCl 取走反应热 20世纪初(1900)：各行各业互不相关 20世纪20年代提出单元操作—第一次抽象 主要有： 流体输送,搅拌,过滤,沉降,流态化 动量传递 换热，蒸发 热量传递 吸收，精馏，萃取，干燥 结晶，吸附，膜分离 质量传递 第二次抽象 传递过程 二、本课程的主要内容和任务 内容：化工单元操作(以传递过程为主线) 任务：认识过程和设备的规律 应用于化工设计,生产调节,优化操作 1．选择合理的过程,设备 2．强化化工过程,设备 3．将实验室成果放大到工业规模 4．发展新技术,新设备 三、基本的研究方法 1．数学分析法 2. 量纲分析实验研究法 3. 数学模型实验研究法 要能“由小见大”，“由此及彼” 以前：简单问题,严格处理 现在：复杂问题,简化处理 4. 工程问题处理方法 四、若干工程观点 1．衡算观点： 输入+生成=输出+积累 2. 平衡观点：热力学平衡指四大平衡 力平衡：高压--→低压，极限P相等 热平衡：高温--→低温，极限T相等 相平衡：高逸度相--→低逸度相，极限f相等 化学平衡：化学反应工程研究，此略 3.速率观点： 1 概述 1.1 流体流动的考察方法 1.1.1 连续性假定 固体力学：考察对象--单个固体，离散介质 流体力学：考察对象--无数质点，连续介质 例如点压强的考察 p (正压力/面积) 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、远大于分子平均自由程 连续性假定---流体是由无数质点组成的，彼此 间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质 目的：可用微积分 1.1.2 考察方法 拉格朗日法---选定质点，跟踪观察描述参数 欧拉法---选定空间位置，考察流体运动参数 轨线与流线的区别 同一流体质点在不同时刻所占空间位置的连线 同一瞬时不同流体质点的速度方向连线 控制体---考察对象 流线演示 1.2 流体受力 1.2.1 体积力：作用于体积中的各个部位， 力的大小与体积（质量）有关。 如：重力，惯性力，离心力 1.2.2 表面力： 分解成--垂直于作用面--压力 --平行于作用面--剪切力，剪应力τ 1.2.3 压强p ：单位面积所受压力，N/m2=Pa 1.2.4 流体密度ρ 液体---不可压缩流体，与压强无关 气体---可压缩流体，与压强有关 厂里用 标m3/h(Nm3/h)表示气体流量 1kmol=22.4Nm3 标准状态下： 换算： 1.2.5 流体黏性 黏性的物理本质--- 分子间引力和分子热运动、碰撞 牛顿黏性定律 表明①流体受剪切力必运动 ②牛顿型流体与非牛顿型流体的区别 μ=f(物性，温度) t↑, μ气↑，μ液↓ 理想流体: 假定μ=0 流体黏性 1.2.6 液体表面张力 毛细管压、表面浸润、 吸附、沸腾过热、结晶熟化、 干燥降速等重要现象的原因 表面张力 1.3 流体流动的机械能 为单位质量流体的动能 gz 为单位质量流体的位能 为单位质量流体的压强能 2 流体静力学 2.1 静止流体的压强分布 2.1.1 静压强的特性 ①任意界面上只受到大小相等方向相反的压力 ②作用于任意点不同方位的静压强数值相等 ③压强各向传递 2.1.2 取控制体作力衡算 欧拉平衡方程： , 同样 , 2.1.3 结合本过程特点解微分方程 重力场得 X=0, Y=0, Z=-g 因 , ,则 积分得 p+ρgz=常数 或 静力学方程 等高等压，等压面 分析方法（数学分析法） ①取控制体 ②作力衡算 ③结合本过程的特点，解微分方程 2.1.4 静力学方程应用条件 ①同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用) ②静止(或等速直线流动的横截面---均匀流) ③重力