化工原理 上册 天津大学柴诚敬 03－04学时.ppt

1,第一章 流体流动,1.2 流体静力学,2,流体静力学,流体静力学主要研究流体静止时流体内部各种物理量的变化规律，特别是在重力场作用下，静止流体内部的压力变化规律,3,第一章 流体流动,1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力,4,外界作用于流体上的力,体积力 表面力,5,一、体积力,体积力(body force)又称为场力，质量力，是一种非接触力。地球引力，带电流体所受的静电力，电流通过流体产生的电磁力等均为体积力。 本书只涉及重力：,设流体密度为，体积为V，则其所受的重力为,体积力,6,表面力,（又称接触力或机械力）,与流体元相接触的环境流体（有时可能是固体壁面）施加于该流体元上的力。表面力又称为机械力，与力所作用的面积成正比。,二、表面力,7,图1-2 作用在流体上的力,二、表面力,8,二、表面力,切向应力,法向应力,单位面积上的表面力称为表面应力。,表面应力,9,第一章 流体流动,1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力,1.2.2 静止流体的压力特性,10,静止流体的压力特性,静止的流体内部没有剪应力，只有法线方向的应力，通常将该法向应力称为流体的静压力，以p表示。,流体的静压力,11,静止流体的压力特性,在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其他单位还有：1atm101300 N/m2101.3kPa1.033kgf/cm210.33mH2O760mmHg,不同基准压力之间的换算,压力的单位,表压力 = 绝对压力大气压力 真空度 = 大气压力绝对压力 真空度 = -表压力,12,第一章 流体流动,1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性,1.2.3 流体静力学方程,13,流体静力学方程,图1-3 流体静力学方程的推导,微元立方流体 边长:dx、dy、dz 密度:,14,流体静力学方程,z方向上的力（向上为正）仅为重力和静压力,（2）作用整个微元体的重力为,（1）作用于微元体上、下底面的表面力（压力）分别为,15,流体静力学方程,则z方向上力的平衡式为,化简得,静止流体的欧拉(Euler)方程,16,同理，在x，y方向上：,y 轴,x 轴,流体静力学方程,17,或,当流体不可压缩（= 常数）时，积分可得,流体静力学方程,或,(1-11),(1-12),(1-14),总势能守恒,等压面,18,静力学基本方程式可改写为,因此，压差的大小可用一定的液柱高度来表示,流体静力学方程,(1-15),19,不可压缩流体的静 力学基本方程式,反映重力场作业下，静止流体内部压力的变化规律,流体静力学方程,20,应注意，液柱高度表示压差大小时必须指明是何种液体。,图1-4 静止液体内部的压力分布,流体静力学方程,21,流体静力学方程,静力学方程式仅适用于连通着的同一种连续的不可压缩静止流体。,22,第一章 流体流动,1.2 流体静力学 1.2.1 流体的受力 1.2.2 静止流体的压力特性 1.2.3 流体静力学方程,1.2.4 流体静力学方程的应用,23,一、压力与压力差的测量,1.U管压差计（U-tube manometer）,图1-5 U管压差计,动画04,24,根据流体静力学基本方程式可得,于是,一、压力与压力差的测量,25,上式化简，得,若被测流体为气体，由于气体的密度比指示液的密度小得多，气体的密度可以忽略，于是,若U管的一端与被测流体连接，另一端与大气相通，此时读数反映的是被测流体的表压力。,一、压力与压力差的测量,26,2.双液U管微压差计 （two-liquid manometer）,图1-6 双液U管微压计,一、压力与压力差的测量,27,如果双液压差计小室内液面差不可忽略时，,式中 为小室的液面差； d U管内径； D 小室内径。,一、压力与压力差的测量,28,如果双液压差计小室内液面差可忽略，则,(1-17),一、压力与压力差的测量,29,二、液位的测量,图1-7 压差法测量液位,动画29,30,例1-5 附 图,二、液位的测量,动画30,31,三、液封高度的计算,设备的液封也是过程工业中经常遇到的问题，设备内操作条件不同，采用液封的目的也就不同。流体静力学原理可用于确定设备的液封高度。具体见例1-6,32,例1-