化工原理上冊天津大學(xué)柴誠敬03－04學(xué)時

1、1 第一章 流體流動1.2 流體靜力學(xué)2 流體靜力學(xué) 流體靜力學(xué)主要研究流體靜止時流體內(nèi)部各種物理量的變化規(guī)律，特別是在重力場作用下，靜止流體內(nèi)部的壓力變化規(guī)律 3 第一章 流體流動1.2 流體靜力學(xué)1.2.1 流體的受力4 外界作用于流體上的力外界作用于流體上的力體積力表面力5一、體積力 ggfvv 體積力(body force)又稱為場力，質(zhì)量力，是一種非接觸力。地球引力，帶電流體所受的靜電力，電流通過流體產(chǎn)生的電磁力等均為體積力。 本書只涉及重力： 設(shè)流體密度為，體積為v，則其所受的重力為體積力6表面力（又稱接觸力或機(jī)械力） 與流體元相接觸的環(huán)境流體（有時可能是固體壁面）施加于該流體元上

2、的力。表面力又稱為機(jī)械力，與力所作用的面積成正比。二、表面力 7圖1-2 作用在流體上的力 二、表面力 8二、表面力 ttdfdavrnndfdavr 切向應(yīng)力切向應(yīng)力 法向應(yīng)力法向應(yīng)力單位面積上的表面力稱為表面應(yīng)力。表面應(yīng)力9 第一章 流體流動1.2 流體靜力學(xué)1.2.1 流體的受力1.2.2 靜止流體的壓力特性10靜止流體的壓力特性 靜止的流體內(nèi)部沒有剪應(yīng)力，只有法線方向的應(yīng)力，通常將該法向應(yīng)力稱為流體的靜壓力，以p表示。 ppa流體的靜壓力11靜止流體的壓力特性 在si單位制中，壓力單位是n/m2或pa。其他單位還有：1atm101300 n/m2101.3kpa1.033kgf/cm2

3、10.33mh2o760mmhg不同基準(zhǔn)壓力之間的換算壓力的單位表壓力 = 絕對壓力大氣壓力真空度 = 大氣壓力絕對壓力真空度 = -表壓力12 第一章 流體流動1.2 流體靜力學(xué)1.2.1 流體的受力1.2.2 靜止流體的壓力特性1.2.3 流體靜力學(xué)方程13流體靜力學(xué)方程 圖1-3 流體靜力學(xué)方程的推導(dǎo) 微元立方流體邊長:dx、dy、dz密度:14流體靜力學(xué)方程 z方向上的力（向上為正）僅為重力和靜壓力() ppdz dxdypdxdyz與（2）作用整個微元體的重力為gdxdydz （1）作用于微元體上、下底面的表面力（壓力）分別為15流體靜力學(xué)方程 則z方向上力的平衡式為()0ppdxd

4、ypdz dxdygdxdydzz化簡得 0pgz靜止流體的歐拉(euler)方程 16 同理，在x，y方向上： 0px y 軸軸 0pyx 軸軸 流體靜力學(xué)方程 171212ppgzgz或或 0ppgh當(dāng)流體不可壓縮（= 常數(shù)）時，積分可得 流體靜力學(xué)方程 pgz常數(shù)或或 (1-11)(1-12)(1-14)總勢能守恒等壓面1821pphg靜力學(xué)基本方程式可改寫為 因此，壓差的大小可用一定的液柱高度來表示 流體靜力學(xué)方程 (1-15)19不可壓縮流體的靜力學(xué)基本方程式1212ppgzgz0ppghpgz常數(shù)21pphg反映重力場作業(yè)下，靜止流體內(nèi)部壓力的變化規(guī)律流體靜力學(xué)方程 20 應(yīng)注意，

5、液柱高度表示壓差大小時必須指明是何種液體。圖1-4 靜止液體內(nèi)部的壓力分布流體靜力學(xué)方程 21流體靜力學(xué)方程 靜力學(xué)方程式僅適用于連通著的同一種連續(xù)的不可壓縮靜止流體。 22 第一章 流體流動1.2 流體靜力學(xué)1.2.1 流體的受力1.2.2 靜止流體的壓力特性1.2.3 流體靜力學(xué)方程1.2.4 流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用23一、壓力與壓力差的測量1.u管壓差計(jì)（u-tube manometer） 圖1-5 u管壓差計(jì)動畫0424根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式可得1()abppg mr2abappgmgr 于是 12()bbapg mrpgmgr一、壓力與壓力差的測量25上式化簡，得12()abppgr

6、 若被測流體為氣體，由于氣體的密度比指示液的密度小得多，氣體的密度可以忽略，于是12appgr 若u管的一端與被測流體連接，另一端與大氣相通，此時讀數(shù)反映的是被測流體的表壓力。一、壓力與壓力差的測量262.雙液u管微壓差計(jì)（two-liquid manometer）圖1-6 雙液u管微壓計(jì)一、壓力與壓力差的測量27如果雙液壓差計(jì)小室內(nèi)液面差不可忽略時， 12()accpprgrg式中 為小室的液面差； d u管內(nèi)徑； d 小室內(nèi)徑。r一、壓力與壓力差的測量2drrd2812()acppgr如果雙液壓差計(jì)小室內(nèi)液面差可忽略，則 (1-17) 一、壓力與壓力差的測量29二、液位的測量圖1-7 壓差法測量液位動畫2930例1-5 附 圖二、液位的測量動畫3031三、液封高度的計(jì)算設(shè)備的液封也是過程工業(yè)中經(jīng)常遇到的問題，設(shè)備內(nèi)操作條件不同，采用液封的目的也就不同。流體靜力學(xué)原理可用于確定設(shè)備的液封