葡萄酒工程学02流体流动

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1、第二章流体流动概述气体和液体统称为流体。在葡萄酒生产中处理的物料主要是液体。生产需要将这些流体按照生产程序从一个设备输送到另一个设备。生产中的传热、传质过程大都在流动下进行。流体流动状态对单元操作有很大影响。流体流动是连续的。流体作为一个整体运动的同时，内部有相对运动。流体内部无数质点运动的总和形成流体流动。流体有不可压缩流体和可压缩流体。不可压缩流体的体积（密度）不随压力及温度变化可压缩流体的体积（密度）随压力及温度变化§1流体静力学基本方程式流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡规律，研究流体在外力作用下处于静止或相对静止的规律。流体

2、静力学的基本原理在生产中有着广泛的应用，如压力、液面的测量等。本节主要讨论流体静力学的基本原理及其应用。一、流体的压力流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的压强。作用于整个面上的力称为总压力。在静止流体中，从各方向作用于某一点的压力大小均相等。压力单位是N/m2，以Pa表示。压力有不同的单位：标准大气压atm、流体的液柱高度m、巴bar或kgf/cm2等。换算关系为：1(atm)=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg压力可有不同的计量基准，如以绝对真空(即零大气压)为基准，

3、称为绝对压力（absolutepressure）。如以当地大气压为基准，则称为表压(gaugepressure)。它与绝对压力的关系，可用下式表示表压＝绝对压力－大气压力当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压的数值称为真空度（vacuum）真空度＝大气压力－绝对压力此处的大气压力均应指当地大气压。绝对压力、表压和真空度的关系如图。例：某离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及1.7kgf/cm2(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的绝对压力各为多少Pa。解：泵进口绝对压力P1=760-220=540m

4、mHg=7.2×10000Pa泵出口绝对压力P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm2=2.68×100000Pa二、流体的密度与比容（一）密度1．单位体积流体的质量称为密度。Kg/m3（SI）；ρ=m/v2．对任何一种流体，其密度随其所具有的压力和温度而变化,ρ=f(P.T)3．理想气体的密度：①标准状态下(1atm，oc)，22.4m3/kmol②理想气体定律PV=m/M·RT;ρ=m/v=PM/RT,ρ=ρo·ToP/TPo③混合物平均分子量Mm=M1y1+M2y2+…M1、M2：气体混合物各组分的分子量y1、y2…气体混合

5、物各组分的摩尔分率。④若用ф表示混合气体的体积分率，气体平均密度：ρm=ρ1φ1+ρ2φ2+…单位质量流体的体积称为流体的比容v，单位为m3/kg，流体的比容是密度的倒数。（二）比容二、流体静力学基本方程式从静止液体中任意划出一垂直液柱，其横截面积为A，液体密度为ρ，若以容器器底为基准水平面，则液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别为Z1和Z2，以p1与p2分别表示高度为Z1及Z2处的压力。在垂直方向上作用于液柱的力有：1.下底面所受之向上总压力为p2A；2.上底面所受之向下总压力为p1A；3.整个液柱之G＝ρgA(Z1-Z2)。在静

6、止液体中，上述三力之合力应为零，即p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝0在静止液体中，上述三力之合力应为零，即p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝0式中向上的力为正，向下的力为负，化简得p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)如将液柱的上底面取在液面上，设液面上方的压力为p0，液柱Z1-Z2＝h，则p2＝p0＋ρgh上各式称为静力学基本方程式。三、流体静力学基本方程式的应用一、压力测量1、U形管液位压差计2、斜管压差计3、微差压差计二、液面测定三、确定液封高度生产中为了控制设备内气体压力不超过规定的数值，常装有图示的安全液封（或称为水封）装置。

7、其作用是当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。若设备要求压力不超过P1（表压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深度h为一、流量与流速（一）流量1.体积流量单位时间内流体流经管道任一截面的体积称体积流量V（volumetricflowrate），单位为m3/s。2.质量流量单位时间内流体流经管道任一截面的质量称质量流量(massflowrate)，以G表示，其单位为kg/s。体积流量与质量流量之间的关系为G=ρV§2流体流动（二）流速1、平均流速流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。流量

8、与流速关系为u＝V/AG=ρV=ρAu2、质量流速单位时间内流体流经管道单位截面的质量称为质量流速（massvelocity），以ω表示，单位为kg/m2·s。它与流速及流量的关系为ω＝G/A