第一章 流动力学 1.1概述 1.1.1 流体流动是各单元操作的基础 化工生产中，经常应用流体流动的基本原理及其流动规律： 流体的输送
压强、流速和流量的测定
为强化设备提供适宜的流动条件 图1.1.1）煤气洗涤装置流程说明 流程分析：
流体（水和煤气）在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中流动等，是流体动力学问题。 流体在压差计，水封箱中的水处于静止状态，则是流体静力学问题。 为了确定流体输送管路的直径，需要计算流体流动过程产生的阻力和输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数选择输送设备的类型和型号，以及测定流体的流量和压强等。 流体流动将影响系统中的传热、传质过程等，是其他单元操作的主要基础
1.1.2 连续介质假定 连续性假定：研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流体视为由无数质点组成的连续介质。所谓流体质点是指含有大量分子的极小单元或微团。 1.1.3 流体流动中的作用力
在流体中任取一微元体积作为研究对象，进行受力分析，它受到的力有表面力和质量力两类。
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。 通常可以将表面力分解为法向分力与切向分力，如图1.1.2所示。 法向应力总是垂直且指向流体微元之任一表面。 单位面积上的法向力又称之为压强。
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单位面积上的切向力称之为剪切应力 。
静止流体不能承受任何剪切力，所以，只有法向力。 质量力对于均质流体也称为体积力。
流体在重力场中所受到的重力和在离心力场中所受到的离心力,都是质量力或体积力。 重力和离心力均是场力。
举例分析:如图 单位质量力在 轴上的分量分别为 Z = - g 式中 负号表示自由落体加速度
与坐标轴 的方向相反。
1.1.2 连续介质假定 连续性假定：研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流体视为由无数质点组成的连续介质。所谓流体质点是指含有大量分子的极小单元或微团。 1.1.3 流体流动中的作用力
在流体中任取一微元体积作为研究对象，进行受力分析，它受到的力有表面力和质量力两类。
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。 通常可以将表面力分解为法向分力与切向分力，如图1.1.2所示。 法向应力总是垂直且指向流体微元之任一表面。 单位面积上的法向力又称之为压强。 单位面积上的切向力称之为剪切应力
。
静止流体不能承受任何剪切力，所以，只有法向力。 质量力对于均质流体也称为体积力。
流体在重力场中所受到的重力和在离心力场中所受到的离心力,都是质量力或体积力。 重力和离心力均是场力。
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举例分析:如图 单位质量力在
轴上的分量分别为
Z = - g
与坐标轴 的方向相反。
式中 负号表示自由落体加速度
1.1.4 流体的特征和密度及其压缩性 流体:液体和气体统称为流体。流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。 密度是流体的物理性质。
液体的密度几乎不随压强而变化，但温度对液体密度有一定影响。 液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方法获取。 气体的密度随温度和压强而变化，而且比液体显著得多，因此要根据温度及压强条件来确定气体的密度。
当气体的压强不太高、温度不太低时，气体密度可按\理想气体状态方程来计算，当温度较低，压强较高时，气体的密度应采用真实气体状态方程进行计算。 混合物密度可用一定的混合规律及相应的公式来计算。 在外部压力的作用下，流体分子间的距离会发生一定的改变，表现为其体积大小的变化。当作用在流体上的外力增大时，其体积要减小,这种特征称为流体的可压缩性。
1.2 流体静力学 流体静力学主要研究流体在静止状态下所受的各种力之间的关系，实质上是讨论流体静止时其内部压强变化的规律。 1.2.1 流体的压强及其特性
工程上，习惯上常常将压强称之为压力，流体的压力除了用不同的单位来计量外，还可以用如图所示的不同的计量基准来表示: 绝对压力、表压、真空度 表压 = 绝对压力 - 大气压力 真空度 = 大气压力 - 绝对压力
值得注意的是，表示压力时，要注意压力的基准和单位。如绝对压力和表压就是基准不同的两种压力。表压值是以当地大气压为基准的压力，可用压力表直接测得、真空度也是以大气压为基准的，亦可由真空表直接测量。熟悉压力的各种计量单位与基准及换算关系，对于以后的学习和实际工程计算是十分重要的。 流体压力具有以下两个重要特性：
①流体压力处处与它的作用面垂直，并且总是指向流体的作用面； ②流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在空间的方位无关。 计算示例
绝压是以绝对零压作基准表示的压力。 1.2.2 流体静力学基本方程式(1) 为推导流体微元平衡微分方程，同时也是力平衡状态，静止的流体中任取一微元立方体如图。作用在微元体上的力有表面力和质量力，由于流体微元处于静止状态，所以作用其上的合力等于零。对于 、y、z轴，即欧拉平衡方程：
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由图1.2.4建立力平衡微分方程，
若流体所受的质量力仅为重力，水平方向应力分力为零，故单位质量仅受重力，则
（1.2.4）
将式（1.2.4）带入欧拉平衡方程得
由于 ，与 无关，故：该式表明，静止流体中任一点的压
力为流体密度和垂直位置深度的函数。
1.2.3静力学基本方程式的应用
本节介绍它在测量液体的压力和确定液封高度，以及浸没于液体中的物体所受浮力等方面的应用。
1.2.3.1 压力的测量
液柱压差计可测量流体中某点的压力，亦可测量两点之间的压力差。 这类仪器结构简单，使用方便，是广泛应用的测压装置。 常见的液柱压差计有以下几种。 a.U形压差计 U形压差计结构：
前面介绍煤气洗涤塔流程时曾提到过U形压差计。 在U形压差计中，由指示剂与工作介质共同完成。 在正U形管中要求指示剂密度
。
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大于工作介质密度，在倒U形管中，则要求
图1.2.5
U形压差计使用：
如图1.2.5所示当测量管道中1－1与2－2两截面处流体的压力差时，可将U形管的两端分别与l－l与2－2两截面相连通。若两截面的中心点处的压力分别为
，为了简便
起见，取压差计左臂的水银柱液面0－0，作为基准面，在基准面左、右两臂的1、2两点上，列静力 学方程式，可得 对于01点 对于02点
由静力学基本方程式所获得的概念可知：1点与2点的压力相等，即： 或 即 故： 式中
——指示剂密度 ——工作介质密度
R——U形压差计指示高度
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