化工基礎1復習化工生產過程是由一系列的______按一定的順序所組成，在這些單元中，有的主要是______作用,有的主要是_____變化。主要是__________或______________的單元可歸納為傳遞過程。化學工程中的傳遞過程包括__________、__________和___________。單元物理化學物理作用化學作用動量傳遞熱量傳遞質量傳遞2流程分析：

流體（水和煤氣）在泵（或鼓風機）、流量計以及管道中流動等，是流體動力學問題。

流體在壓差計，水封箱中的水處于靜止狀態，則是流體靜力學問題。

為了確定流體輸送管路的直徑，計算流動過程產生的阻力和輸送流體所需的動力。

據阻力與流量等參數選擇輸送設備的類型和型號，以及測定流體的流量和壓強等。

流體流動將影響過程系統中的傳熱、傳質過程等，是其他單元操作的主要基礎。流體——沒有固定形狀,能夠自由流動氣體液體動量傳遞過程第三章流體流動過程及流體輸送設備3流體的流動和輸送在化工生產中占有非常重要的地位,是必不可少的單元操作之一.4在生產中，對流體的流動與輸送需要解決的問題：①輸送流體所需管徑尺寸的選擇②流體輸送所需要的能量和設備的確定③流體性能參數的測量和控制

④研究流體的流動型態，為強化設備和操作提供理論依據

⑤了解流體輸送設備的工作原理和操作性能，正確使用流體輸送設備5教學目的：重點難點：§3.1流體的基本性質掌握流體有關的物理性質和流體靜力學方程流體的壓強流體的流速和流量流體的粘度流體靜力學方程及其應用61．密度

單位體積流體的質量。用表示。國際單位用kg/m3對于液體，壓強的變化對密度的影響很小，可以忽略，稱為不可壓縮性流體。此時，密度隨溫度而改變，在使用液體的密度時，要注意溫度條件。

對于氣體，密度隨T、P改變很大，稱為可壓縮性流體，此時，氣體的密度必須標明其狀態。7若對氣體混合物密度進行計算：當不太高,T不太低時,可按理想氣體處理由于各組分在混合前后質量不變，以1m3混合氣體為基準——氣體混合物中各組分的體積分率。——在氣體混合物的壓力下各純組分的密度，kg/m3。用體積分數來表示各組分的濃度82.比體積當混合前后體積變化不大時，以1g液體混合物為標準，其密度可由下式計算：對于液體混合物，各組分濃度以質量分數表示比體積又稱比容，是指單位質量流體所具有的體積。93.壓力壓力的定義

流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的壓強，簡稱壓強。用p表示，工程上習慣稱之為壓力。數學表達式為：

SI制單位：N/m2，即Pa。（1）壓力的單位其它常用單位有：

atm（標準大氣壓）、工程大氣壓kgf/cm2、流體柱高度（mmH2O，mmHg等）。

10壓強的單位：國際單位制

Pa物理學(cgs制)

atm、mmHg、mH2O等。工程單位制千克(力)/厘米2(kgf?cm-2)——工程大氣壓（at）工程技術上習用:8公斤蒸汽，是指8kgf?cm-2(表壓)的飽和蒸汽；反應釜有5公斤壓強，指5kgf?cm-2(表壓)的壓強。壓強的單位換算:1atm=101325Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf?cm-21mmHg=0.133kPa1mH2O=9.81kPa1kgf?cm-2=98.1kPa液柱11Ah[m液柱]Note：①h即為該流體在壓力p作用下能上升的高度；②同一p值,因不同流體的密度不同,其h值也不同，③用液柱高度表示流體的壓力時，必須注明是何種流體，必要時還應注明溫度以確定流體的密度。設容器底面積為A液柱高h，液體密度，則液體作用在底面的力為F等于液柱重量，作用在單位底面上的壓力當液體一定，、g一定為常數，所以可用高度h的大小表示壓力P的大小12（2）壓強的不同種表示方法絕對壓力：以真空為起點的壓強稱為絕對壓力（強）。表壓:以當時當地大氣壓為起點的壓強。真空度：低于當時當地大氣壓的這部分壓強。絕對零壓線當時當地大氣壓p0p1絕對壓力表壓絕對壓力真空度p2表壓強=絕對壓強-大氣壓強真空度=大氣壓強-絕對壓強當用表壓或真空度來表示壓強時，應分別注明。如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表壓）。

13例：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔頂的真空表讀數為80×103pa，在天津操作時，若要求塔內維持相同的絕對壓強，真空表的讀數應為多少？（蘭州地區的平均大氣壓強為85.3×103pa,天津地區的平均大氣壓強為101.33×103pa,）14體積流量：單位時間內通過導管任一橫截面的流體的體積，稱為體積流量，qv流量體積流量質量流量質量流量：單位時間內通過導管任一橫截面的流體的質量，稱為質量流量，qm（m3?s-1）。（kg?s-1）。qm=

qv?摩爾流量:單位時間內通過導管任一橫截面的流體的物質的量，稱為摩爾流量，qn(mol.s-1)

摩爾流量4.流量和流速定義：單位時間內流體流經管道任一截面的流體量。（1）流量15（2）流速定義：單位時間內流體在流動方向上流過的距離。※平均流速：u=qv/s（m?s-1）=4qv/d2※質量流速:單位時間內流體流經管路單位截面積的質量，kg.s-1.m-2以u表示，單位為m/s。16管徑的計算∴qV是由生產任務決定的ud材料費用設備費用阻力能量消耗操作費用優化：兩者之和最小——管道直徑的計算式17

在管路設計中，適宜的流速的選擇十分重要。

若流速選得太大，流體流過管路時的阻力增大

，操作費用增加

；若流速選得太小，管徑增大，管路的基建費增加。

應在操作費與基建費之間通過經濟權衡來確定適宜的流速

一般來說，液體的流速取0.5～3.0m/s，氣體則為10～30m/s管材有一定的規格，用公稱直徑Dg表示，18流體在一般管路中的流速范圍流動介質流速(m?s-1)液體自然流動粘性流體（油類、硫酸等）一般液體0.1～1.00.5~1.00.5～2.5氣體自然流動不大的壓強下(鼓風機管路)壓縮氣體2～48～1515~25蒸汽常壓和略高于常壓的飽和蒸汽0.1～0.5MPa(表壓)飽和水蒸汽15～2520～4019管徑的計算水管、煤氣管的規格公稱口徑Dg外徑mm普通管壁厚mm加厚管壁厚mmmm英寸1015202532801251503/8??11?1?561721.2526.7533.542.2588.51401652.252.752.753.253.254.04.54.52.753.253.5444.255.55.520例:安裝一根輸水量為30m3/h的管道,試選擇合適的管道。普通無縫鋼管①外徑=88.5mm壁厚=4mm即φ88.5×4的管子內徑為d=80.5mm≈0.081m實際流速為:解：選擇管內水的經驗流速v=1.8m/s21由于流體本身粘性及其與管壁間存在摩擦力，使流體在管道截面上形成流速分布。流體在圓管內的流動，可以看成分割成無數極薄的圓筒層，其中一層套著一層，各層以不同的速度向前流動

5.粘度22即流體層之間存在速度差異，發生相對運動。速度較快的流體層對與其相鄰速度較慢的一層有牽引的作用力；速度較慢的流體層對其上層則有著一個阻力。

二力大小相等方向相反流動的流體內部相鄰兩流體層間的相互作用力，稱為流體的內摩擦力，它是流體粘性的表現。流體流動時，必須克服粘性阻力而作功，從而造成能量損失。23流體流動時產生內摩擦力的性質，稱為粘性。流體粘性越大，其流動性就越小。從桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，這是因為甘油流動時內摩擦力比水大的緣故。

（1）牛頓粘性定律⊿⊿現象說明：(1)

板間流體可看成許多流體層，且其間存在相對運動(速度差)。(2)相鄰流體層之間存在摩擦力，稱為內摩擦力或粘滯力。（否則流體靜止）

24實驗證明，對于一定的液體，內摩擦力F與兩流體層的速度差

成正比，與兩層之間的垂直距離dy成反比，兩層間的接觸面積A成比。

單位面積上的內摩擦力稱為內摩擦應力或剪應力，以τ表示。流體在圓管中流動，u和y的變化不是直線關系，而是曲線關系，故應寫為——牛頓粘性定律25式中：

速度梯度,即在流體流動方向相垂直的y方向上流體速度的變化率

粘度系數，簡稱為粘度。它的值隨流體的不同而不同，流體的粘性愈大，其值愈大，（2）粘度的物理意義在一般的工程計算中可以予以忽略，只有在極低的壓強下，才需考慮壓強對氣體粘度的影響。液體的粘度:

受壓力影響很小，隨溫度的升高而顯著降低。氣體的粘度：隨溫度升高而增大，隨壓力升高而增加的很少。由牛頓粘性定律可見，粘度的物理意義是指當速度梯度為1時，因流體粘性而產生的剪應力。26（3）粘度的單位：國際單位制：Pa?s物理學單位制：泊(poise，p)或厘泊(cp)

由牛頓粘性定律得

運動粘度:

流體的粘度與密度的比值在CGS制中運動粘度的單位為cm2.s-1，稱為

沲(stoke，st)1st=100cst=10-4m2.s-127混合物的粘度：對常壓氣體混合物對分子不締合液體混合物√工業上常常遇到各種流體的混合物，它們的粘度一般應用實驗的方法測定其數值，或選用適當的經驗公式進行估算。注：√粘度不僅與分子間的吸引力有關，還與分子熱運動有關。28（4）理想流體和實際流體

理想流體：不具有粘性，在流動過程中不產生摩擦阻力；實際流體：具有粘性，流動時產生摩擦阻力。理想流體是一種假設的概念,是對實際流體在某些條件下的簡化處理。29如圖所示：容器中盛有密度為的靜止液體。現從液體內部任意劃出一底面積為A的垂直液柱。若以容器底部為基準水平面，液柱的上、下底面與基準水平面的垂直距離分別為z1和z2，以p1和p2分別表示高度為z1和z2處的壓力，液面上方的壓力為p0。（5）流體靜力學基本方程30方程的推導在1-1’截面受到垂直向下的壓力：在2-2’截面受到垂直向上的壓力：

液柱本身所受的重力：

因為小液柱處于靜止狀態，31兩邊同時除A