第一章：流體流動
本章符號說明
英文本母：
a－加速度，m/s2；或質量分率；
a－截面積，m2；
d,de－分別為圓管直徑及非圓管的當量直徑，m；
e－渦流粘度，
e－1kg流體具有的總機械能，j/kg
f－流體的內摩擦力，n；
g－重力加速度，m/s2
g－質量速度，kg/(
h－高度，m
hf－1kg流體流動時為克服摩擦阻力而損失的能量，簡稱能量損失，j/kg
hf』－區域性能量損失，j/kg
l,le－分別為直管的長度及管件的當量長度，m；
m－質量，kg；
m－摩爾質量，kg/kmol；
n－輸送裝置的軸功率，kw；
ne－輸送裝置的有效功率，kw；
p－壓強，papf－因克服流動阻力而引起的壓強降，pa；
p－壓強，n；
r－半徑，m；
rh－水力半徑，m；
r－液柱壓差計讀數，m；或氣體滯數，j/(
re－雷諾準數，無因次；
s－兩流體層間的接觸面積，m2；
t－熱力學溫度，k；
u－速度，m/s；
umax－流動截面上的最大速度，m/s；
u－1 kg流體的內能，j/kg；
v－比容，m3/kg；
v－體積，m3；
vs－體積流量，m3/s；
ws－ 質量流量，kg/s；
we－1kg流體通過輸送裝置所獲得的能量，或輸送裝置
y－氣體的摩爾分率； 對1kg流體所作的有效功j/kg；
z－高度，m；
希臘字母：
－粘度，氣體的體積分率；
ε－絕對粗糙度，m或m阻力係數；
η－效率運動粘度，m2/s或cst；
ρ－密度，kg/ m3內摩擦應力，pa；
下標：1.2－截面序號f－摩擦力的；
s－秒的m－平均
基本要求:
了解流體流動的基本規律，要求熟練掌握流體靜力學基本方程、連續性方程、柏努利方程的內容及應用，並在此基礎上解決流體輸送的管路計算問題。
1、 1、 掌握的內容
（1） （1） 流體的密度和粘度的定義、單位、影響因素及資料的求取；
（2） （2） 壓強的定義、表示法及單位換算；
（3） （3） 流體靜力學基本方程、連續性方程、柏努利方程的內容及應用；
（4） （4） 流動型態及其判斷，雷諾準數的物理意義及計算；
（5） （5） 流體在管內流動時流動阻力（直管阻力和區域性阻力）的計算；
（6） （6） 正確使用各種資料圖表。
2、 2、 了解的內容
（1） （1） 流體的連續性和壓縮性、定態流動與非定態流動；
（2） （2） 層流與湍流的特徵；
（3） （3） 管內流體速度分布；
（4） （4） 牛頓粘性定律；
（5） （5） 層流內層的概念；
（6） （6） 簡單管路計算。
基本要求:
了解流體流動的基本規律，要求熟練掌握流體靜力學基本方程、連續性方程、柏努利方程的內容及應用，在此基礎上解決流體輸送的管路計算問題。
3、 3、 掌握的內容
（7） （7） 流體的密度和粘度的定義、單位、影響因素及資料的求取；
（8） （8） 壓強的定義、表示法及單位換算；
（9） （9） 流體靜力學基本方程、連續性方程、柏努利方程的內容及應用；
（10） （10） 流動型態及其判斷，雷諾準數的物理意義及計算；
（11） （11） 流動阻力產生的原因，流體在管內流動時流動阻力（直管阻力和區域性阻力）的計算；
（12） （12） 簡單管路的設計計算及輸送能力的核算；
（13） （13） 管路中流體的壓強、流速及流量的測量：液柱壓差計、測速管（畢託管）、孔板流量計、轉子流量計的工作原理、基本結構及計算；
（14） （14） 因次分析法的原理、依據、結果及應用。
4、 4、 熟悉的內容
（7） （7） 流體的連續性和壓縮性、定態流動與非定態流動；
（8） （8） 層流與湍流的特徵；
（9） （9） 管內流體速度分布公式及應用；
（10） （10） 哈根-泊謖葉方程式的推導；
（11） （11） 複雜管路計算要點；
（12） （12） 正確使用各種資料圖表；
（13） （13） 邊界層的概念。
3、了解的內容
（1） （1） 牛頓型流體與非牛頓型流體；
（2） （2） 層流內層與邊界層，邊界層的分離。
本結構與計
基本結構與計
基本結構與計
基本結構與計
流體是氣體與液體的總稱。流體流動是最普遍的化工單元操作之一，同時研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎。
1．連續介質假定從微觀講，流體是由大量的彼此之間有一定間隙的單個分子所組成，而且分子總是處於隨機運動狀態。但工程上，在研究流體流動時，常擺脫複雜的分子運動和分子間相互作用，從巨集觀角度出發，將流體視為由無數流體質點（或微團）組成的連續介質。所謂質點是指由大量分子構成的微團，其尺寸遠小於裝置尺寸，但卻遠大於分子自由程。
這些質點在流體內部緊緊相連，彼此間沒有間隙，即流體充滿所佔空間，為連續介質。把流體模化為連續介質，並非符合所有的情況，如高真空度下的氣體就是例外。
2．流體主要特徵具有流動性；無固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時內部產生相對運動。
3．流體種類如果流體的體積不隨壓強變化而變化，受熱時體積膨脹不顯著，該流體稱為不可壓縮性流體；若體積隨壓強和溫度發生顯著變化，則稱為可壓縮性流體。一般液體的體積隨壓強和溫度變化很小，可視為不可壓縮性流體；而對於氣體，當壓強和溫度變化時，體積會有較大的變化，常視為可壓縮性流體，但如果壓強和溫度的變化率不大時，該氣體也可近似地按不可壓縮性流體處理。
1－1 流體靜力學
本節重點：流體靜力學基本方程式及其應用。
難點：u形壓差計的測量。
1.1.1 密度
單位體積流體的質量，稱為流體的密度，表示式為
1-1）
式中 ρ——流體的密度，kg/m3；
m——流體的質量，kg；
v——流體的體積，m3。
對一定的流體，其密度是壓強和溫度的函式，即
一．液體密度通常液體可視為不可壓縮流體，其密度僅隨溫度略有變化（極高壓強除外），其變化關係可由手冊中查得。在工程計算中，常將液體密度視為常數。
二．氣體密度對於氣體，當壓強不太高、溫度不太低時，可按理想氣體狀態方程計算
或1-2）
式中 p——氣體的絕對壓強，pa；
m——氣體的摩爾質量，kg/mol；
t——絕對溫度，k；
r——氣體常數，其值為8.314 j/（mol·k）。
下標0表示由手冊中查得的條件。
一般在手冊中查得的氣體密度都是在一定壓強與溫度下的，若條件不同，則密度需進行換算。
化工生產中遇到的流體，大多為幾種組分構成的混合物，而通常手冊中查得的是純組分的密度，混合物的平均密度ρm可以通過純組分的密度進行計算。
三．液體混合物的密度對於液體混合物，其組成通常用質量分率表示。假設各組分在混合前後其體積不變，以1kg混合液為基準，則有
1-3）
式中 ——液體混合物中各組分的質量分率；
——各純組分的密度，kg/m3。
四．氣體混合物的密度對於氣體混合物，其組成通常用體積分率表示。現以1m3混合氣體為基準，若各組分在混合前後質量不變，以1kg混合液為基準，混合液的平均密度可近似用下式計算：
1-4）
式中 ——氣體混合物中各組分的體積分率。
氣體混合物的平均密度也可利用式（1-2）計算，但式中的摩爾質量m應用混合氣體的平均摩爾質量mm代替，即
1-5）
而1-6）
式中 ——各純組分的摩爾質量，kg/kmol；
——氣體混合物中各組分的摩爾分率。
對於理想氣體，其摩爾分率y與體積分率φ相同。
比容單位質量流體具有的體積，是密度的倒數，單位為m3/kg。
［例題1－1］：已知某工廠煉焦煤氣的組成為：co2 1.
8%,c2h4 2%,o2 0.7%,co 6.5%,ch4 24%,n2 7%,h2 58%(均為體積率)。
求該煤氣在1.04×105pa及250c時的密度。
分析：本題可用兩種方法求算。
解法一：先求出該煤氣在標準狀態下的平均密度ρ0m，再換算為題給條件下的平均密度ρm。
解法二：當氣體壓強不太高、溫度不太低時，可按理想氣體處理。此時，其摩爾分率＝壓強分率＝體積分率，從而可求出該煤氣的平均摩爾質量mm，由mm再求出ρm。
解法一：由手冊查出在標準狀態下，個組分氣體的密度分別為：ρ0 co2=1.
976 kg /m3, ρ0 c2h4＝1.261 kg/m3, ρ0 o2＝1.429kg/m3，ρ0 co＝1.
250 kg/m3，ρ0 ch4＝0.717 kg /m3，ρ0 h2＝0.0899 kg/m3，ρ0 n2＝1.
251 kg/m3，
於是可求得該煤氣在標準狀態下平均密度ρ0m。
ρ0m＝1.976×1.8％+1.
261×2％+1.429×0.7％+1.
250×6.5％+0.717×24％+0.
0899×58％+1.251×7％＝0.464 kg/m3。
再可求得在題給條件下的平均密度：
ρm＝ ＝0.464×1.04×105/1.0133×105×273/（273+25）＝0.436 kg/m3。
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