陈敏恒化工原理第五版教材讲义划重点

陈敏恒《化工原理》（第5版）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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陈敏恒《化工原理》（第5版）教材知识点讲义

第1章 流体流动
【知识框架】

【重点归纳】
一、概述
1运动的描述方法
主要包括：拉格朗日法、欧拉法。
2流体流动中的作用力
①体积力（质量力）：与流体的质量成正比。
②表面力：与表面积成正比。表面力可分压力和剪力（或切力）。
3流体流动中的机械能
①流体所含的能量：内能和机械能。
②固体质点运动时所含的机械能：位能和动能。
③流动流体所含的机械能：位能、动能和压强能。
二、流体静力学
1静压强空间分布
（1）静压强
在静止流体中，作用于某一点不同方向上的压强在数值上是相等的。
（2）流体微元的受力平衡
如图1-1-1所示。作用于流体微元上的力有表面力与体积力两种。

图1-1-1 流体微元的受力平衡
（3）欧拉平衡方程

【注意】等式左方为单位质量流体所受的体积力和压力。
（4）静力学方程

【注意】本公式适用于在重力场中静止的不可压缩流体。
【物理意义】静力学方程表示在同种静止流体中不同位置的微元位能和压强能之和，即总势能保持不变。（gz项代表位能，p/ρ项代表压强能，位能和压强能均为势能）

2压强的静力学测量方法
（1）简单测压管
最简单的测压管如图1-1-2所示。用静力学原理得：pA＝pa＋Rρg。
A点的表压为：pA－pa＝Rρg。

图1-1-2 简单测压管
（2）U形测压管
如图1-1-3表示。

图1-1-3 U形测压管
由静力学方程可知A点的压强为：pA＝pa＋ρigR－ρgh1。
A点的表压为：pA－pa＝ρigR－ρgh1。
若容器内为气体，可忽略气柱h1造成的静压强，有：pA－pa＝ρigR。
此时，R表示A点压强与大气压之差，R读数即为A点的表压。
【注意】指示液（图中黑色部分）必须与被测流体不会发生化学反应且不互溶，其密度ρi大于被测流体的密度ρ。
（3）U形压差计
如图1-1-4所示。

图1-1-4 虚拟压强差
当U形管内的指示液处于静止状态时，同一水平面1、2两点的压强相等，则有
（pA＋ρgzA）－（pB＋ρgzB）＝Rg（ρA－ρ）或
【注意】只有当zA＝zB时，
才能直接测得真正的压差，否则是虚拟压强差。
三、流体流动中的守恒原理
1质量守恒
质量守恒方程：ρ1u1A1＝ρ2u2A2。
对不可压缩流体，ρ为常数，则有
【注意】流体在均匀直管内作定态流动时，u一定，不受内摩擦影响。
2机械能守恒
（1）伯努利方程（沿流线的机械能守恒）

【注意】该公式适用于重力场不可压缩的理想流体作定态流动的情况。
【物理意义】该方程表示在流动的流体中存在位能、压强能和动能，这三种机械能可相互转换，总和保持不变。
（2）理想流体管流的机械能守恒

（3）实际流体管流的机械能守恒

其中表示某截面上单位质量流体动能的平均值；he表示两截面间外界对单位质量流体做的机械能；hf表示单位质量流体两截面间损失的机械能，即阻力损失。
（4）伯努利方程的几何意义
伯努利方程可变形为
式中z称为位头； 称为压头； 称为速度头。由上式公式可知伯努利方程的几何意义为位头、压头、速度头的和是一个常数。
3动量守恒
作用于控制体内流体上的合外力＝（单位时间内流出控制体的动量）－（单位时间内进入控制体的动量）＋（单位时间内控制体中流体动量的累积量）

……

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