化工原理-第一二-靜力學(xué)教材課件

§1.1概述§1.2流體靜力學(xué)§1.3流體動(dòng)力學(xué)§1.4流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力§1.5管路計(jì)算§1.6流量測(cè)量第一章流體流動(dòng)1一、研究流體流動(dòng)問(wèn)題的重要性

流體流動(dòng)是最普遍的化工單元操作之一；研究流體流動(dòng)問(wèn)題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)?！?.1概述234二、流體流體液體氣體5三、流體的特征具有流動(dòng)性；無(wú)固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？蓧嚎s性（是否）工程上：流體

可壓縮流體

不可壓縮流體6β

值越大，流體越容易被壓縮?？蓧嚎s流體β≠0的流體為可壓縮流體不可壓縮流體β=0的流體為不可壓縮流體氣體在一般情況下是可壓縮流體大多數(shù)液體可視為不可壓縮流體。7四、連續(xù)性假設(shè)把流體視為由無(wú)數(shù)個(gè)流體微團(tuán)（或流體質(zhì)點(diǎn)）所組成，這些流體微團(tuán)緊密接觸，彼此沒(méi)有間隙。表征流體物理性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的物理量在空間和時(shí)間上是連續(xù)的分布函數(shù)。8五、流體的物理性質(zhì)1.密度(1)定義：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量，kg/m3

[kgm-3]，屬于物性影響因素：氣體----------種類(lèi)、壓力、溫度、濃度

液體---------種類(lèi)、溫度、濃度9

2、純物質(zhì)的密度包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工原理電子課件液體：基本不隨壓力變化（極高壓力除外），隨溫度略有變化。（查表）氣體：密度隨溫度、壓力改變。低壓下可按照理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算10液體混合物，混合前后體積不變組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.混合物的密度11或——混合氣體的平均摩爾質(zhì)量

——?dú)怏w混合物中各組分的摩爾(體積)分率。

氣體混合物，混合前后質(zhì)量不變組分的體積分?jǐn)?shù)12定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體所占的體積。

υ=1/ρ

單位：[m3/kg]

4.流體的比體積（比容）13一、流體靜力學(xué)

流體靜力學(xué)主要研究流體靜止時(shí)流體內(nèi)部各種物理量的變化規(guī)律，特別是在重力場(chǎng)作用下，靜止流體內(nèi)部的壓力變化規(guī)律

§1.2流體靜力學(xué)141.定義：流體垂直作用于單位面積上的力，簡(jiǎn)稱(chēng)壓強(qiáng)，習(xí)慣上稱(chēng)為壓力。式中p──壓力，N/m2即Pa(帕斯卡)；

F──垂直作用在面積A上的力，N；

A──作用面積，m2。一、流體靜壓強(qiáng)152.壓力單位N/m2=Pa帕斯卡=760mmHg=10.33mH2O=1.033at=1.013bar（巴）=1.033kgfcm-21atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）=1.013×105Pa（工程大氣壓）16

3.壓強(qiáng)的表示方法

1）絕對(duì)壓強(qiáng)（絕壓）：流體體系的真實(shí)壓強(qiáng)2）表壓

強(qiáng)（表壓）：壓力表的讀數(shù)表壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)-大氣壓強(qiáng)

3）真空度：真空表的讀數(shù)

真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓強(qiáng)=-表壓17絕對(duì)壓強(qiáng)、真空度、表壓強(qiáng)的關(guān)系為

絕對(duì)零壓線大氣壓強(qiáng)線A絕對(duì)壓強(qiáng)表壓強(qiáng)B絕對(duì)壓強(qiáng)真空度

Note:1)當(dāng)用絕壓或真空度來(lái)表示壓強(qiáng)時(shí)，應(yīng)分別注明。如：4×103Pa（真空）、200KPa（絕壓）

18例1.某水泵進(jìn)口管處真空表的讀數(shù)為650mmHg，出口管處壓力表的讀數(shù)為2.5at，則該水泵前后水的壓差為

kPa。例2.已知某高原地區(qū)大氣壓為680mmHg，問(wèn)真空泵的真空度能否達(dá)到0.95kgf/cm2?194.靜力學(xué)方程的推導(dǎo)在1-1’截面受到垂直向下的壓力:在2-2’截面受到垂直向上的壓力：小液柱本身所受的重力：

因?yàn)樾∫褐幱陟o止?fàn)顟B(tài)，p0p2p1z1z2G11’22’20令

則得：

或——流體的靜力學(xué)方程

p0p2p1z1z2G11’22’應(yīng)用范圍：流體為不可壓縮流體，即密度為常數(shù)21靜力學(xué)方程的討論：（1）

適用場(chǎng)合：絕對(duì)靜止、連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮（2）物理意義：——單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；——單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg。

在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其總和保持不變。22（3）等壓面為水平面

在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱(chēng)為等壓面。（4）壓力可傳遞

壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。23

例：圖中開(kāi)口的容器內(nèi)盛有油和水，油層高度h1=0.7m，，水層高度h2=0.6m，密度為

1）判斷下列兩關(guān)系是否成立

PA＝PA’，PB＝P’B。

2）計(jì)算玻璃管內(nèi)水的高度h。24解：（1）

（2）(關(guān)鍵找等壓面）

等壓面：靜止、連通著的同一連續(xù)流體，在同一水平面上255.靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

1.壓力及壓力差的測(cè)量

（1）U形壓差計(jì)

設(shè)指示液的密度為，被測(cè)流體的密度為。

A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’26所以整理得若被測(cè)流體是氣體，，則有p1p2mRAA’27討論：（1）U形壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)表壓真空度p1pap1pa讀數(shù)R就反映了被測(cè)流體的表壓或真空度。

28（2）指示液的選?。褐甘疽号c被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；其密度要大于被測(cè)流體密度。應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類(lèi)及壓差的大小選擇指示液。

常用指示液:汞,四氯化碳,水,液體石蠟29思考：若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時(shí)讀數(shù)

R反映了什么？p1p2z2RAA’z1（動(dòng)畫(huà)1）30（2）傾斜U管壓差計(jì)

假設(shè)垂直方向上的高度為R，讀數(shù)為R’，與水平傾斜角度α

放大倍數(shù)為式中α為傾斜角，其值越小，R’值越大。31（3）倒U形壓差計(jì)

指示劑密度小于被測(cè)流體密度，如空氣作為指示劑

32（5）微差壓差計(jì)（雙液體U管壓差計(jì)）

擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10。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(chǎng)合。（動(dòng)畫(huà)2）33(6)多U型管壓差計(jì)34例如附圖所示，水在水平管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體在某截面處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù)

R＝250mm，m＝900mm。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，水的密度1000kg/m3，水銀的密度13600kg/m3。試計(jì)算該截面處的壓力。

35例如附圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復(fù)式壓力計(jì)，指示液為水銀，兩U形壓差計(jì)間充滿(mǎn)水。相對(duì)于某一基準(zhǔn)面，各指示液界面高度分別為

Z0=2.1m,Z2=0.9m,Z4=2.0m,Z6=0.7m,Z7=2.5m。

試計(jì)算鍋爐內(nèi)水面上方的蒸汽壓力。36

2、液位的測(cè)定

a

液位計(jì)的原理——遵循靜止液體內(nèi)部壓強(qiáng)變化的規(guī)律,

是靜力學(xué)基本方程的一種應(yīng)用。

化工廠中經(jīng)常要了解容器里物料的貯存量，或要控制設(shè)備里的液面，因此要進(jìn)行液位的測(cè)量。37b近距離液位測(cè)量裝置

壓差計(jì)讀數(shù)R反映出容器內(nèi)的液面高度。

液面越高，h越小，壓差計(jì)讀數(shù)R越?。划?dāng)液面達(dá)到最高時(shí)，h為零，