流體靜力學(xué)（蒼柏書屋）

1、 第一章第一章 流體流動流體流動 （Fluid Flow) 1 1 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)2 2 流體在管內(nèi)的流動流體在管內(nèi)的流動3 3 流體的流動現(xiàn)象流體的流動現(xiàn)象4 4 流體在管內(nèi)的流動阻力流體在管內(nèi)的流動阻力5 5 管路計算管路計算6 6 流量測量流量測量12流體的特性流體的特性 流體是氣體與液體的總稱。(但是超臨界流體既不是氣體也不是液體）。流體的特征流體的特征：（1）具有流動性； （2）無固定形狀，隨容器形狀而變化； （3）受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運動。不可壓縮不可壓縮（incompressible）流體流體：體積（密度）不隨壓強變化，如液體；可壓縮可壓縮（compressible）流

2、體流體：體積（密度）隨壓強變化，如氣體。3連續(xù)介質(zhì)假定連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質(zhì)點（或微團）所組成的連續(xù)介質(zhì)。 質(zhì)點：是由大量分子構(gòu)成的微團，其尺寸遠小于設(shè)備尺寸、遠大于分子自由程。 假定的工程意義：可以利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究流體，不必考慮微觀的分子狀態(tài)。注注：極低壓強（極高真空）下的氣體不符合上述假定。41 1 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) (Fluid Statics）研究靜止流體的基本規(guī)律靜力學(xué)方程一.流體的密度二.流體的靜壓強三.流體靜力學(xué)基本方程四.流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用重點：靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用重點：靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用5一、流體的

3、密度（一、流體的密度（densitydensity）1. 1. 定義定義: 單位體積流體的質(zhì)量。Vmkg/m3 2. 2. 單組分單組分( (純物質(zhì)純物質(zhì)) )的密度的密度:是壓力和溫度的函數(shù)，即),(Tpf（1 1）液體的密度）液體的密度：液體可近似看成不可壓縮流體，其密度僅隨溫度變，可從有關(guān)手冊中查得。 水在20時 9981000 kg/m3 6（2） 氣體的密度：氣體的密度： 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時，可按理想氣體狀態(tài)方程計算： RTpMP 是壓力 （kPa），T 是絕對溫度 （K），M 是摩爾分子量（kg/kmol),R 是氣體常數(shù)，R8.315 kJ/(kmolK)。注意注意：若p

4、為 Pa，則R8.315103 J/(kmolK)。 空氣在20、1 atm 時的1.2 kg/m3 kg/m3 73. 3. 混合物的密度混合物的密度（1)1)混合氣體混合氣體 以1m3氣體為基準(zhǔn)，各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 nnm2211氣體混合物中各組分的體積(摩爾)分率。 n21,或RTpMmmmM混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 nnmyMyMyMM2211nyyy21,氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。 8(1)(1)混合液體混合液體 以1kg液體為基準(zhǔn)，假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 nnmaaa22111naaa21,液體混合物中各組分的質(zhì)量分率。 4. 4. 比容比容指單位

5、質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。1mVvm3/kg 9 二、流體的靜壓強二、流體的靜壓強 1.1.定義定義： 垂直作用于流體單位面積上的力，簡稱為 壓強，工業(yè)上習(xí)慣稱為壓力。 2. 2. 單位單位 SI制：N/m2 或 Pa(帕斯卡或帕）習(xí)慣上有：atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）也有以流體柱高度h 表示 ：ghp還有工程大氣壓即 kgf/cm2換算關(guān)系： 1atm =101.33103 Pa =760 mmHg =10.33 m H2O1.033 kgf/cm2(g9.81m/s2)10表壓=絕對壓大氣壓真空度=大氣壓絕對壓=表壓 絕對壓絕對壓 絕對壓絕對壓 絕對真空絕對真空 表壓表壓 真空度真空度 1

6、p2p大氣壓大氣壓 (1)(1)絕對壓強絕對壓強 以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓強。 (2)(2)表壓或真空度表壓或真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測得的壓強。3. 3. 壓強的表示方法壓強的表示方法 11壓強測量（1 1）U U形壓差計形壓差計（2 2）機械式壓力表）機械式壓力表 （3 3）數(shù)字式壓力表）數(shù)字式壓力表p1pa12三、三、流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 設(shè)流體不可壓縮，為常數(shù)，在重力場中對液柱（截面積為A）進行受力分析：（1）上端面所受總壓力 ApP11方向向下（2）下端面所受總壓力 ApP22方向向上（3）液柱的重力)(21zzgAG方向向下p0p2p1z1z2G13液柱處于靜止時，上

7、述三項力的合力為零:0)(2112zzgAApAp)(2112zzgpp從而得靜力學(xué)基本方程： 或 設(shè)液面上方的壓強為po ,距液面h處的壓強為p，則有 ghppogzpgzp221114靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程討論：討論：（1）適用于重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體（液體），在高度變化不大時也可近似地用于氣體。（2）在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點的壓強相等。（3）壓強具有傳遞性：液面上方壓強變化時，液體內(nèi)部各點的壓強也將發(fā)生相應(yīng)的變化。（4）壓強或壓強差可用液柱高度表示即 hgppo15（5）靜力學(xué)基本方程的能量形式：gzpgzp2211 上式中左邊第一項為單位質(zhì)

8、量流體的靜壓能,第二項為單位質(zhì)量流體的位能. 因此靜力學(xué)方程的物理意義：在靜止的流體內(nèi)部，任一點的靜壓能和位能之和為常數(shù)，兩者互相轉(zhuǎn)換。16四、四、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 1. 1. 壓強及壓強降的測量壓強及壓強降的測量 （1 1）U U形壓差計形壓差計 A與A面為等壓面，即AApp)(1RmgppAgRgmppAA2而p1p2mRAA設(shè)指示液的密度為A被測流體的密度為17所以gRgmpRmgpA21)(ARgpp21)(21ARgpp整理得若被測流體是氣體，則有 指示液的選?。?1）應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇；（2）指示液與被測流體不互溶、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（3）其

9、密度要大于被測流體密度。18 若U形壓差計安裝在傾斜管路中，則壓強差公式變?yōu)?)()(1221zzggRppAp1p2z2RAAz119 當(dāng)將U形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時，可測得流體的表壓或真空度； 測表壓測真空度p1pap1pa20（2 2）微差（雙液體）微差（雙液體U U管）壓差計管）壓差計 擴大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10 。 壓強差公式：)(CA密度接近但不互溶的兩種指示 液A和C ；適用于壓差較小的場合。)(21CARgpp21（3 3） 倒倒U U形壓差計形壓差計 )(21ARgpp 指示劑密度小于被測流體密度，適用于壓差較小的情況。 壓強差公式：Rgpp21如用空

10、氣作為指示劑 ,則22P17 例1-2 天津和蘭州的大氣壓強分別為101.33 kPa，和 85.3 kPa，苯乙烯真空精餾塔的塔頂要求維持5.3kPa的絕對壓強，試計算兩地真空表的讀數(shù)（即真空度）。解：真空度=大氣壓強-絕對壓強 天津: 真空度=101.33-5.3=96.03 kPa 蘭州: 真空度=85.3-5.3=80 kPa23P19 例1-3 本題附圖所示的開口容器內(nèi)盛有油和水。油層高度h1=0.8m，密度1=800 kg/m3，水層高度h2=0.6m、密度2= 1000 kg/m3。 （1）判斷下列關(guān)系是否成立， PA=PA PB=PB（2）計算水在玻璃管內(nèi)的高度h。24P21

11、例1-5 在本題附圖所示的密閉容器A與B內(nèi)，分別盛有水和密度為810 kg/m3的某溶液，A、B間由一水銀U管壓差計相連。(1)當(dāng)pA=29103 Pa（表壓）時，U管壓差計讀數(shù)R=0.25m，h=0.8 m。試求容器B內(nèi)的壓強pB。(2)當(dāng)容器A液面上方的壓強減小至 pA=20103 Pa （表壓），而pB 不變時，U形管壓差計的讀數(shù)為若干？252. 2. 液位測量液位測量 （1 1）近距離液位測量裝置）近距離液位測量裝置 壓差計讀數(shù)R反映出容器內(nèi)的液面高度。 RhA 液面越高，h 越小，壓差計讀數(shù)R越??；當(dāng)液面達到最大高度時，h 為零，R 亦為零。26（2 2）遠距離液位測量裝置）遠距離液位測量裝置( (p23 p23 例例1 17 7） BApp 管道中充滿氮氣，其密度較小，近似認為 ghppaAgRppAaBRhA而所以 AB273. 液封高度的計算液封高度的計算( (p24 p24 例例1 18 8） 液封作用：（1）確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體從液封管排出；（2）防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。gph)(表液封高度：28P24 例1-9