化工原理-1.流体静力学.ppt

第一章流体流动,1.应用*测定压强、流速、流量*流体输送(机械能衡算)*流动阻力*管路计算*为强化设备提供适宜的流动条件2.理论基础流体静力学、流体动力学、动量传递,本章主要内容,1.1概述1.1.1流体及其特性1、定义：2、特征：,液体、气体,运动过程中，具有流动性。,流体运动规律，与流体流动性密切相关。,流体质点含大量分子的流体微团，具有流体宏观特性分子自由程流体质点尺寸设备宏观尺寸,流体的连续性假设假设流体宏观上，由大量质点组成、彼此没有空隙、完全充满所占空间的连续介质微观上，微观粒子组成的不连续介质,优点：局限性：例：,不连续、一个一个分子流过管道。,流体物性及运动参数连续变化，可用连续函数，解决流体力学问题。,压力很低的条件下，该假设不成立。,在10-1mmHg、15时，空气平均自由程48.6mm若管道直径小于48.6mm，则空气流动方式：,例：流体流动中，1）各质点相对运动内摩擦力流动阻力（流体粘度）,流体运动规律，与流体流动性密切相关,2）流体质点相互碰撞加速流体传递动量、质量、热量,3、分类压缩性流动阻力粘度类型,可压缩流体-气体（一般）不可压缩流体-液体（一般）理想流体（无阻力，理想简化）真实流体（有阻力，所有流体）牛顿型流体非牛顿型流体,4、流动状态层流、过渡流、湍流明确：流动状态，对传递过程影响很大。,1.1.3流体的密度1、点密度,2、平均密度,3、几种变形比体积*相对密度,4、影响因素1）液体校正2）气体,理想气体适用：,5、流体混合物的密度液体混合物气体混合物适用：另：,混合效应忽略不计。,压力不太高，温度不太低的气体。否则，应采用真实气体状态方程。,6、流体的压缩性体积压缩性系数,结论：压缩性系数表明流体压缩性的大小V越大，流体越容易被压缩不可压缩流体，V=0，如液体可压缩流体，V0，如气体,1、表面力指：在流体表面上作用的力分解：切向力（粘滞力）法向力（压力）特点：接触力，大小与接触面积成正比。,2、质量力（体积力）指：作用于流体全部质点上的力。包括：重力、离心力、惯性力特点：非接触力，大小与流体质量成正比。,1.2.1作用于流体上的力分为：表面力和质量力,1-2流体静力学,1.2.2流体的压强及其表示法1、流体的压强p（压力）指：垂直作用于流体单位面积上的力平均压力点压力,2、特点1）方向：作用面的内法向方向；2）点压力：与测压方位无关；3）影响因素：,3、单位制的使用,要求：使用国际单位制（SI）掌握：CGS(物理单位制)工程单位制(重力单位制)掌握：单位换算,压力单位1）SI单位Pa(N/m2)、MPa、KPa2）常用单位at(kgf/cm2)、mmHg、mH2O、atm、bar(105Pa),单位换算,4、压力的表示方法1）绝对压力（绝压）基准：绝对0压2）表压基准：当地大气压3）真空度（负表压）压力低于大气压的数值,相互间的关系表压=绝对压力-当地大气压真空度=当地大气压-绝对压力,1、压力表、真空表各测何种压力2、表压0.2Mpa，问绝压?atm3、真空度分别为20、40mmHg，比较绝压大小4、各种表示法的使用场合注意：使用表压、真空度时，必须注明,提出问题?,1.2.3流体静力学方程式描述：静止流体内部，压力分布规律。形式：,研究内容：1、方程的导出2、方程的意义3、方程的应用,1、方程的导出依据：动量守恒定律1）微元体(控制体)选取2）受力分析,设：微元体中心的压强为pX方向上，表面力：左侧右侧质量力：合力(X方向)：,化简，得：(欧拉方程)整理：因此，重力场中，因此，积分：,3）流体具有的能量形式内能机械能动能势能位能静压能,设流体不可压缩，流体静力学方程式：其它形式：,*流体静力学方程式(三种形式),流体静力学方程表明,*静止流体具有两种形式的势能-静压能和位能*在不同截面上，静压能和位能之和(总势能)保持不变。*各截面上，两种形式的能量可相互转化。,2、关于静力学方程的几点讨论,1）方程的适用条件重力场中，静止的、连续的、不可压缩的同一种流体。,问题1：液体、气体是否都能用静力学方程液体：不可压缩，一般可用气体：可压缩，仅用于压力变化不大的场合问题2：存在几种不互溶流体时，如何应用应分段应用静力学方程,问题3：连续流体流体需处于相同的相态。,2）等压面,等压面事例,静止、连续的均质流体，压力相等的各点连接所组成的面，称为等压面。,重力场中,等压面是各个水平面。,重力场中，分析1-1截面上的两点1、管道中，水静止2、静止管道中混有气泡3、管道中，水流动4、改为离心力场,提出问题?,3)静止流体内部，各不同截面上的静压能和位能两者之和为常数。P=P0+ghP0=P1-g(Z0-Z1)P0=P2-g(Z0-Z2)P1+gZ1=P2+gZ2,P0一定，p仅随P0变某一数值，p改变同样的数值压力的可传性、h有关。P=P0+gh,2、测压管表压绝压,一、压力测量,1-2-3静力学方程的应用,1、气压计,适用：液体，压力高于大气压,(指示液),3、U形压差计目的：求点1、2间压力差方法：选截面列静力学方程,（1）如何测点压力，与简单测压管的区别,提出问题?,（2）垂直、倾斜管道，思考测压公式,问题：垂直、倾斜管道，测压公式,读数R：*直接反映两点总势能差*位能相等时,直接反映静压能差,0,势能=静压能+位能,4、倒U形压差计适用：,或为减小读数误差（放大读数R）选取等压面：,5、微差压差计、倾斜液柱压差计（自学）公式：目的：适用：,放大读数R，减小误差。,测量微小压差,小结：U型压差计测压公式：减小测压误差的方法：,放大读数R，具体有：*指示液与被测液体密度相近*倾斜液