《绪论流体静力学》PPT课件.ppt

大家好,化工单元操作,二、化工生产过程的特点,（1）生产过程的连续性和间接性 （2）生产技术的复杂性和严密性 （3）原料、产品和工艺的多样性 （4）安全生产的极端重要性,1、单元操作,在化工生产过程中，具有共同特点，遵循共同的物理学或化学规律，所用设备相似，作用相同的基本加工过程成为单元操作或单元反应.其中具有物理变化特点的基本加工过程称为单元操作，具有化学变化特点的基本加工过程称为单元反应。,2、常用的单元操作,（ 1） 流体流动过程的单元操作 流体的输送（如各种泵、风机、压缩机）、过滤、离心分离、沉降、固体流态化 （2） 热量传递过程 单元操作如传热、蒸发等。,（3） 质量传递过程单元操作 如蒸馏、吸收、干燥等。 （4） 热力学过程单元操作 如冷冻、深度冷冻等。 （5） 机械过程 单元操作 如固体的粉碎、过筛 物料的搅拌等,项目一 流体静力学,一、流体的主要物理量,1、密度 单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度，用符号表示，即 =m/v 不同流体，密度不同。同一流体的密度随温度和压强而变化。,2、相对密度 相对密度是指某物体在一定温度下的密度与参考物体密度之比，用符号d表示。液体的相对密度，指某种液体在一定下的密度与277K、标准大气压下纯水的密度之比，表达式为： dT277=/水 纯水在277K时的密度为1000kg/m3。,工业上测定相对密度最简单的方法是用 密度计。,3、比体积 单位质量流体的体积，称为比体积。 =V/m 单位为m3/kg,4、气体的密度 气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随温度和压强有较大的变化。 在通常的温度和气压下，气体的密度也可近似地用理想状态方程式求得：,混合气体的密度，也可用式上式计算，但应以混合气体的平均摩尔质量M均代替M。M均可按下式求得：,二、压力,1、流体的压强或压力 流体垂直作用于单位面积上的力，用P表示。 P=F/A 式中：F：垂直作用于这个面积的力。 A：流体的作用面积。,2.压力的单位 在SI中，压力的单位为Pa。 实际中应用中，还用atm、at、mmHg、mH2O等。 1 atm=760mmHg=10.33mH2O =1.01325105 Pa,工业上测量压强的仪表，称为压强计或压力表。 从压强计上所测的压强数值，并不是设备内流体的真实压强，而是流体的真实压强与外界大气压强之差。 流体的真实压强称为绝对压强，简称绝压。从压强计上读出的压强值称为表压强，简称表压。绝对压强与表压强的关系为：,绝对压强=表压强+大气压强 若所测压强低于大气压强时，则用真空表进行测量。真空表上的读数称为真空度，是大气压强与流体的绝对压强之差，它们之间的关系为： 绝对压强=大气压强-真空度,由于各种化工设备、化工管路和检测仪表都处于大气压力，因此，工程上均采用表压和真空度来表示压力。 由上述关系可知，对同一压力，用表压和真空度表示时，其值大小相等，符号相反，为了避免混淆，表压和真空度要加以标注，不加说明时，工程计算上认为是绝对压力。如5MPa（表压），10kPa（真空度）等。,练习,1、某一液体的相对密度为0.791，则该液体的密度为 ，单位是 。 2、当大气压为105kPa，若某设备进口压力表读数为50 kPa，出口真空表读数为40 kPa，则设备进出口的压力差为（ ） A、10kPa B、90kPa C、155kPa D、55kPa 3、从压力表上读出的压力，就是设备的真实压力。（ ） 4、当大气压为100kPa，若压力表读数是30 kPa时，则设备真实压力为（ ） A、100kPa B、30kPa C、130kPa D、70kPa,第二节 流体静力学,一、流体静力学基本方程式,P1=P0+gh,静止液体内部压强的变化规律：,（1）静止液体内任一点的压强与液体的密度和深度有关，液体密度越大，深度越深，该点的压强越大； （2）在连通着的同一种液体内，同一水平面各点的压强相等，与容器形状无关，这个压强相等的水平面称为等压面；,（3）当液体内部任意一点的压强或液面上方的压强发生变化时， 液体内部各点的压强也发生同样大小的变化，即液体能把所受到的压强，大小不变地传递到液体内部各点。 上式虽然是由液体推导出来的，但也适用于气体，因此称为流体静力学方程式。,2、流体静力学方程式的应用,（1）测量压强 普通U形管压差计,指示液要与被测液体不互溶，不起化学反应，且要求指示液的密度大于被测液体的密度。通常采用的指示液有：着色水、油、四氯化碳、水银等。 U形管压差计在使用时，两端口与被测液体的测压点相连接。,U形管压差计不但可用来测量流体的压力差，也可测量流体在任一处的压力。,U形管压差计所测压差，只与读数R、指示液和被测液体的密度有关，而与U形管的粗细、长短、形状无关，在此基础上又产生了斜管压差计、双液柱微差计、倒U形管压差计等。,单管压差计,单管压差计,U形管压力计的标尺分格值是1mm，读数时读左右两侧的玻璃管高度的差值，产生的误差是1mm，为了减小读数误差和进行一次读数，采用单管压差计，它是将U形管压力计进行了变形。将U形管压差计的一侧玻璃管连接在一个大直径的扩大室，并装入指示液，使用时将扩大室与高压压力端相连接。,单管压差计,由于扩大室的截面积较玻璃管的截面积大得多，故当压力计两端与测压口连通时，扩大室端连接的为较高压力流体时，指示液在玻璃管中的上升高度对扩大室内液面高度影响很小，可以忽略不计，因此，当扩大室内指示液密度一定时，玻璃管内液面上升高度就可以表示被测压力（表压）的大小。,倾斜液柱压差计,倾斜液柱压差计,用U形管压差计或单管压差计来测量微小压差时，因为液柱高度变化很小，读数困难，为了提高测量精度，减小读数误差，可将单管压差计的玻璃管制成与扩大室底部有一定倾斜角的斜管压差计,双液柱微差压差计,利用倾斜液柱压差计测量，所显示的读数也仍然很小时，可采用双液柱微差压差计。在U形管两侧臂的上端装有扩大室，其直径与U形管直径之比大于10。当测压管中两指示剂分配位置改变时，扩大室内指示剂可维持在同水平面上。,双液柱微差压差计,双液柱微差压差计,双液柱微差压差计,扩大室及U形管内装有互不相溶的两种指示液C和A，为了将读数放大，应尽可能使两种指示液的密度相接近。因，所测的压差就可用下式计算：,双液柱微差压差计,可见，当 压差一定时，R与 密度差值成反比，与指示剂密度愈接近，读数 R 愈大。 对指示液A与C的要求：指示液A与C互不相溶、不发生化学反应：指示液C与被测流体不互溶、无化学反应。,倒U形管压差计,复式压差计,由于玻璃管的强度差、易破碎，只适用于低压工作环境； 测量范围小（擦量范围一般在100-1500mm液柱，允许测量的压力差通常不高于0.2MPa。,以上各种液柱式压差计，结构简单、价格低廉、测量方便，但由于多为玻璃制品，强度差、易破碎、测量范围小、允许测量压力较低等缺点，使用时有一定的局限性，特别在现代化的生产过程中，自动控制已越来越重要，压力的自动测量多数使用的是通过弹性测量元件的机械变形转换为各种电信号进行自动控制的测压仪表。,2.液位测量,在化工生产过程中，通常要了解高位槽、贮槽、塔器及埋于地面以下容器内液位的高度，以正确测知容器或设备内储藏物料的多少，它不仅是物料消耗量、产量、收率等经济技术指标计量的参数，也是保证连续生产和设备安全的重要参数。,（2）液位的测量,玻璃液位计,压差法测量液位,远程测量液位,3.水封高度的计算,在化工生产中 为了保证安全、维持正常生产，经常要用液柱产生的压力将气体封闭在设备内，以防止气体泄漏、倒流或有毒气体逸出而污染环境，有时则是为了防止压力过高而起到泄压作用，保护设备。往往需要采用液封的附属装置。通常使用的液体是水，因此常常称为水封。根据水封的作用不同，大体可分为以下三类：,（3）液封高度的测量 安全水封,安全水封,从气体主管道上引出一根垂直支管，插到充满水的液封槽内，在操作过程中，由于不正常现象的产生，系统内气体压力突然升高时，气体便可由此冲破水封装置而起到泄压的作用，以保证设备的安全，使生产得以正常进行，同时还能排除气体中的凝液。,安全水封,切断水封,切断水封,有些常压可燃气体贮罐前后安装切断水封来代替笨重而又易漏的截止阀。如图左所示。正常操作时，水封不充水，当遇到检修、停车时，关闭气体进口阀，往水箱内注入一定高度的水，切断气体通道，防止气体倒流。有些水封在槽内加一隔板，右图所示，正常生产时，气体可绕过隔板出入贮罐，隔板在水中的深度应大于水封两侧用液柱高度表示的最大可能的压差值。,溢流水封,在洗气塔液体溢流排放口设置防气体带出设备的液封。,溢流水封,化工生产中广泛使用气流接触设备，如吸收塔、精馏塔等。为了使气液两相接触后能及时分开，常常采用形装置，也称溢流水封，管顶部与塔内气相空间有一细管连通，这样即保证了液体不断流入的同时，还能不断的排出，又能有效的阻止气体从液体通道流出来。,（4）确定静止分离器重液出口管的安装高度,气柜,当钟形顶盖的位置一定时,气柜内的压强p也一定。 其中pa为当地大气压强，单位为kPa，A为钟形顶盖的面积，m2， mz为钟形顶盖的质量，kg。 为确保钟形顶盖的自由升降同时不会发生煤气泄漏，需要用水封装置。 水封高度,练习,6、水封有哪些种类？ 7、请叙述静止流体内部压强变化规律。 8、说明流体静力学方程式的应用。,静止流体的第三个物理量-黏度,流体在流动时，由于分子间存在的吸引力，使流体内部存在一种影响流体流动的阻力，这种阻力称为内摩擦力。流体在流动时产生内摩擦力的这种性质，称为流体的粘性。把衡量流体粘性大小的物理量称为粘度，用符号表示。 流体粘度大，流动时内摩擦力大，即流体阻力大，输送也较困难。,黏度的影响因素,流体的粘度与流体的性质和温度有关。 对于气