粘度的物理意义:它是促使流体流动产生单位速度梯度的剪切力,也就是说粘度是速度梯度为1时,在单位面积上由于流体粘性所产生的内摩擦力大小。
粘度的单位可通过式(1-12b)导出,即
(1-12b)
从有关手册中可查到某些流体的粘度,本书附录中也列出了某些流体的粘度数据,但查到的的粘度数据常用物理单位制(CGS)表示,而本课程主要采有国际单位制(即SI制),有些计算中也可能还用到工程单位制。因此,要注意不同单位制单位的换算。在CGS制中,粘度单位为:
由于泊的单位太大,使用不方便,所以通常采用cP(厘泊)作为粘度的单位,lcP=0.01P,CP与Pa·s的换算关系为
或 1
=1000CP
粘度以工程单位制表示的单位为kgf·s/m2,其换算关系为
在流体力学中,还经常把流体的粘度μ与密度示,即ν=μ/
之比称为运动粘度,用ν表
运动粘度的SI制单位和工程单位制单位均为m2/s,而CGS制单位为cm2/s,称为斯托克斯,习惯上称为沲,以符号St表示,同样有1St=100cSt(厘沲)=10-4m2/s。
3.混合物的粘度
对于分子不缔合的液体混合物,可用下式进行估算,即
式中
──-液体混合物的粘度;
──液体混合物中i组分的摩尔分率; ──与液体混合物同温度下的i组分的粘度。
对于常压下气体混合物,可采用下式估算,即
式中
──常压下混合气体的粘度;
──混合气体中i组分的摩尔分率;
──与气体混合物同温度下的i组分的粘度; --气体混合物中i组分的相对分子质量。
石油馏份及各种油品属复杂混合物,其粘度要根据温度和油品的某些特性参数查取
第二节 流体静力学
一、流体的压力
流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,简称压强,习惯上称为压力,常用
表示,即
在SI制中,压力的单位是N/m2,称为帕斯卡,以Pa表示。但在石油加工和石油化工生产中所用的压力单位是多种多样的,除了用N/m2计量外,还常用标准大气压(atm)、工程大气压(at)、某流体柱高度如米水柱(mH2O)和毫米汞柱(mmHg)等来计量。它们之间的换算关系为:
1atm=1.013×105Pa=10.33mH2O=760mmHg
同时还有
1at=1kgf/cm2=9.807×104
显然
1atm=1.033at
此外,压力还可以以不同的基准来表示和计量,如以绝对真空(即零大气压)为基准计量的压力称为绝对压力,是流体的真实压力;以当地大气压为基准计量的压力称为表压力或真空度。当被测流体的绝对压力大于外界大气压力时,所用的测压仪表叫做压力表。压力表上的读数表示被测流体的绝对压力高出当地大气压力的数值,称为表压力。表压力与绝对压力的关系为:
表压力=绝对压力-大气压力
或 绝对压力=大气压力+表压力
当被测流体的绝对压力小于外界大气压力时,所用的测压仪表叫做真空表。真空表上的读数表示被测流体的绝对压力低于当地大气压力的数值,称为真空度,它与绝对压力的关系为:
真空度=大气压力-绝对压力 绝对压力=大气压力-真空度
显然,设备内流体的绝对压力愈低,则其真空度就愈高。
=10mH2O=735.6mmHg
注意,大气压力的数值不是固定的,它是随大气温度、湿度和所在地区的海拔高度而变化,其数值应从当时当地气压计上读得。另外,为了区分绝对压力、表压力和真空度,应对表压力和真空度加以注明
二、流体静力学基本方程式
前已述及,流体静力学实际上是研究静止状态下流体内部压力的变化规律。那么描述这一规律的数学表达式,称为流体静力学基本方程式。此方程式可通过下面的方法进行推导。
在静止流体中取出一个边长各为dx、dy、dz的微元平行六面体,其体积为dV=dxdydz,如下图所示,设微元平行六面体中心点为O,该点的流体压力为p0。由于静止流体内的压力是空间坐标的连续函数,作用在微元平行六面体各个面上的压力如图所示。设流体的密度为ρ,则微元平行六面体的重量
。由于微元平行六面体的流体处于静止状态,则根据平衡条件,
作用在x,y,z各个方向上的力的总和应等于零。
对z轴方向的平衡方程(取向上的力为正)
经整理,则得
对x轴方向: