《食品工程原理》教案 (第2-3次课4学时) 一、授课题目 第一章流体力学基础 第一节概述 第二节流体静力学 二、教学目的和要求 学习本次内容，要求学生掌握与流体力学相关的基本概念，并能灵活地将其应用于流 体状态的分析及判断：学握牛顿粘性定律及其相关内容。 三、教学重点和难点 重点：1、流体静力学基本方程及其应用：2、牛顿粘性定律 难点：牛顿粘性定律 四、教学过程 第1贞共61贞（第一章流体力学基础）
第一章流体力学基础 内容提要： 1.流体静力学 2。流体在管内的流动 3.流体的流动现象 4.流动阻力 5.管路计算 6。流昂测景米 7.习题 第一节概述 1、流体的定义 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如气体和液体。 2、流体的特征 具有流动性。即： 口抗剪和抗张的能力很小： 口无固定形状，随容器的形状而变化： 口在外力作用下其内部发生相对运动， 3、流体的研究意义 (1)流体的输送：根据生产要求，往往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，从而完成流体输送的任务，实现生产的连续化。 (2)压强、流速和流量的测量：以便更好的掌握生产状况。 (3)为强化设备提供适宜的流动条件：除了流体输送外，化工生产中的传热、传质过 程以及化学反应大都是在流体流动下进行的，以便降低传递阻力，减小设备尺寸。流体流动 状态对这些单元操作有较大影响。 4、流体的研究方法 第2负共61贞（第一章流体力学基础）
在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。 流体微团或流体质点：它的大小与答器或管道相比是微不足道的，但是比起分子自由程长度 却要大得多，它包含足够多的分子，能够用统计平均的方法来求出宏观的参数（如压力、温 度)，从而使我们可以观察这些参数的变化情况。 连速性的假设： >流体介质是由连续的质点组成的： >质点运动过程的连续性 5、流体的压缩性 不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变化，这种流体称为不可压箱流体。 可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，则称为可压缩流体。 实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可压缩流体：气体应当属于可压缩流休 但是，如果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流体处理。 第二节流体静力学 流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。 作用在流体上的力有质量力和表面力。 √质量力：作用于流体每个质点上的力，与流体的质量成正比，如：重力和离心力： √表面力：作用于流体质点表面的力，其大小与表面积成正比，如：压力和剪力。 一、流体的物理学性质 1质量力与流体的密度、比容 1.1密度p 单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为：P一： 式中p一流体的密度，kgm:m一流体的质量，kg: 流体的体积，m。 不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力和温度T的函数，可用下式表 示：pf(p,T) 第3贞共61（第一章流体力学基础）
液体的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），可忽略不计，但具随温度稍有改变。 气体的密度随压力和温度的变化较大。 (1)当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算： P== RT 式中：p一气体的压力，kN/m或kPa: T一气体的绝对温度，K: M一气体的分子量，kg/kmol: R一通用气体常数，8.314 kJ/kmol-K。 气体密度他可按下式计算：P=A,兴 式中：po=MW22.4kgm3为标准状态（即T273K及p133.3Pa)下气体的密度。 在气体压力较高、温度较低时，气体的密度需要采用真实气体状态方程式计算。 (2)气体混合物：当气体混合物的温度、压力接近理想气体时，仍可用式(13)计算气体的 密度。 Mm Miy+M2y+...+May'n 式中：M,M.…M。一气体混合物各组分的分子量： 1、2、…一气体混合物各组分的摩尔分率。 注：气体混合物的组成通常以体积分率表示：对于理想气体，体积分率与摩尔分率、压 力分率是相等的。 (3)液体混合物：液体混合时，体积往往有所改变。若混合前后体积不变，则1kg混合液 的体积等于各组分单独存在时的体积之和，则可由下式求出混合液体的密度P =4++Λ+ Pm P Pn 式中：a1、a2、…,0m 液体混合物中各组分的质量分率： P1,P2、,Pm—液体混合物中各组分的密度，kgm Pm 一波体混合物的平均密度，kgm。 1.2比容v 一岳县流体的体积，称为流体的比容，用符号v表示，单位为mkg,则 V== m一，亦即流体的比容是密度的倒数。 例：己知硫酸与水的密度分别为1830kgm3与998kgm,试求含硫酸为60%（质量）的硫酸 第4负共61贞（第一章流体力学基础）
水溶液的密度。 解：应用混合液体密度公式，则有 士=丹+÷=胎+骗=7.285×104 p =1370 kg m 例：已知干空气的组成为：021%、N278%和Ar1%(均为体积%)。试求干空气在压力为9.81 ×10Pa、温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文： 100℃=273+100-373K 求干空气的平均分子量：Mm=My+M2+…+M Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 -28.96 气体的平均密度为： p=器×器×=0.70 p=P。 2压力与静压强 2.1概念 垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体的压强，简称压强。习惯上称为压力。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。 2.2压力的单位 帕斯卡，Pa,Nm2(法定单位)：标准大气压，atm:某流体在柱高度：bar(巴)或kgf/cm2 换算关系：1标准大气压(atm-101300Pa=10330 kgf/m2-1.033 kgf/cm2bar,巴) =10.33mH20=760 mmHg 第5贞共61贞（第一章流体力学基础）