第二节 流体静力学.doc

第二节 流体静力学 流体静力学是研究流体在外力作用下处于平衡的规律。 本节只讨论流体在重力和压力作用下的平衡规律。1.2.1、流体的密度和比容1、流体的密度：单位体积的流体所具有的质量。 定义： ，单位： 流体中某点密度： 一般流体的密度都是随压强和温度的变化而变化的。对于液体，压强的变化对其密度的影响很小，可以忽略不计，流体的特性称为不可压缩性。液体被视为不可压缩流体，其密度只与温度有关，即： 不可压缩流体 气体是可压缩流体。它的密度随温度和压强的不同而出现较大的差别。一般在压强不太高。温度不太低的情况下，可以按理想气体处理。即：可压缩流体 ，理想气体 化工生产中经常遇到各种混合物，混合物的密度通常按理想溶液各组分混合前后体积不变，即混合物体积等于各组分单独时体积的加和的原则进行计算。对于液体，混合物组成常用组分的质量分数表示，对于气体，混合物组成常用体积分数表示。因此混合液 其中 xi组分i的质量分率i组分i的密度理想混合气体 或其中yi组分i的摩尔分率2、流体的比容：密度的倒数，即单位质量流体所具有的体积。 定义：，单位： 3、比重d：定义：4、 重度：定义： 重度和密度的比较：两者的区别就是质量和重量的区别同一种流体在工程制单位中表示的重度和SI制单位中表示的密度数值上相等。1.2.2、流体静压强1、定义：流体垂直作用于单位面积上的静压力。单位 或2、压强的单位 SI制：Pa 习惯使用单位： ,液柱高度换算关系：压强的基准：如图 基 准：绝对真空(零压)和大气压强绝对压强：以绝对真空(零压)为基准量得的压强。相对压强：以大气压强为基准量得的压强，表示为表压或真空度。表压=绝对压强大气压强真空度=大气压强绝对压强=-表压 大气压随着大气温度和所在地的海拔高度而改变，所以，绝对压强是唯一的，相对压强是会变化的。见例11.2.3 流体静力学基本方程式的推导： 如图所示，设容器S中盛有密度为的静止流体。现在液体内部任取以底面积为A的立方形流体微元，并对其作受力分析： 1作用于整个液柱的重力W=gA(Z1Z2),方向向下；2作用于上底面积的压力P1,方向向下；3作用于下底面积的压力P2,方向向上；由于液柱静止，故： 上述为流体静力学的基本方程式，且方程标明在重力作用下静止液体内部压强的变化规律。 说明： 上式仅适用于重力场中静止的不可压缩流体。但对于气体若压强变化不大，密度可近似取平均值而视为常数，则上式亦可使用。静止流体内部静压强仅与垂直位置有关，而与水平位置无关。水越深压强越大，天空越高气压越低。等压面：静止的，连续的同种流体内处于同一水平面上的各点压强处处相等。位置若令 ，为虚拟压强则 ，静止流体中虚拟压强处处相等 见例21.2.4 流体静力学基本方程式的应用：1、压强与压强差的测量:1)、简单测压管：适用于高于大气压的液体压强的测定，不适用于气体，当pA过大，R很大，就不方便。而pA过于接近pa，R读数很小，测量误差增大。2)、U形压差管：指示液密度为 。指示液必须与被测液体不发生化学反应且不互溶， 必须大于流体的密度。一般对液体，指示液为Hg，对于气体，指示液为水。没有简单管的限制，但pA亦不能过大或过小。3)、U形压差计：指示液面的高度差R反映了A，B两截面间的压强差pA-pB。2、液位的测量: 化工厂经常要了解容器内液体的贮存量，或要控制设备里的液面，故要进行液位的测量。测定液位的仪表叫液