化工原理天大柴誠敬-4學時

1、1 第一章 流體流動1.2 流體靜力學2 流體靜力學 流體靜力學主要研究流體靜止時流體內部各種物理量的變化規(guī)律，特別是在重力場作用下，靜止流體內部的壓力變化規(guī)律 3 第一章 流體流動1.2 流體靜力學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，電流通過流體產生的電磁力等均為體積力。 本書只涉及重力： 設流體密度為，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 切向應力切向應力 法向應力法向應力單位面積上的表面力稱為表面應力。表面應力9 第一章 流體流動1.2 流體靜力學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 靜止的流體內部沒有剪應力，只有法線方向的應力，通常將該法向應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 流體靜力學方程13流體靜力學方程 圖1-3 流體靜力學方程的推導 微元立方流體邊長:dx、dy、dz密度:14流體靜力學方程 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 流體靜力學方程 171212ppgzgz或或 0ppgh當流體不可壓縮（= 常數(shù)）時，積分可得 流體靜力學方程 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 流體靜力學方程 (1-15)19不可壓縮流體的靜力學基本方程式1212ppgzgz0ppghpgz常數(shù)21pphg反映重力場作業(yè)下，靜止流體內部壓力的變化規(guī)律流體靜力學方程 20 應注意，

5、液柱高度表示壓差大小時必須指明是何種液體。圖1-4 靜止液體內部的壓力分布流體靜力學方程 21流體靜力學方程 靜力學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 流體靜力學方程1.2.4 流體靜力學方程的應用23一、壓力與壓力差的測量1.U管壓差計（U-tube manometer） 圖1-5 U管壓差計動畫0424根據(jù)流體靜力學基本方程式可得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（two-liquid manometer）圖1-6 雙液U管微壓計一、壓力與壓力差的測量27如果雙液壓差計小室內液面差不可忽略時， 12()ACCppRgRg式中 為小室的液面差； d U管內徑； D 小室內徑。R一、壓力與壓力差的測量2dRRD2812()ACppgR如果雙液壓差計小室內液面差可忽略，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、液封高度的計算設備的液封也是過程工業(yè)中經常遇到的問題，設備內操作條件不同，采用液封的目的也就不同。流體靜力學原理可用于確定設備的液封