第3讲 流体静力学基本方程式的应用ppt课件

教学目的和要求 掌握流体静力学基本方程式的物理意义及实际应用 本节教学内容 1 流体静力学方程的物理意义 2 流体静力学基本方程式的应用 教学重点 1 流体静力学基本方程式的应用2 流体静力学基本方程式的应用条件教学难点 流体静力学基本方程式的应用条件 第3讲流体静力学基本方程式的应用 3 流体静力学基本方程的物理意义 1 总势能守恒 p1 gZ1 p2 gZ2 常数 p 和gz分别表示单位质量流体所具有的静压能 J kg 和位能 J kg p gZ 总势能 在同一种静止流体中不同高度上的点其静压能和位能各不相同 但总势能保持不变 2 等压面由当容器液面上方的压强p0一定时 静止液体内部任一点的压强p与液体本身的 及该点距液面的深度h有关 因此 在静止的 连续的同一液体内 处于同一水平面上各点的压强都相等 压强相等的水平面称为等压面 3 传递定律由知 po改变时 液体内部各点的压强也以同样大小变化 即液面上方的压强能以同样大小传递到液体内部的任一点 帕斯卡原理 4 液柱高度表示压强 或压强差 大小由知 压强或压强差的大小可以用一定高度的液体柱表示 液柱压差计原理 但必须注明是何种液体 例 760mmHg 10mH2O柱 注意适用条件 静止的连通着的同一种连续流体 流体静力学原理应用非常广泛 它是连通器和液柱压差计工作原理的基础 还用于容器内液位的测量 液封装置等 解题的基本要领是正确确定等压面 1 压强或压强差的测量液柱压差计 利用流体静力学原理测量流体压强或压强差的仪器 特殊地 若差压计的一端与被测流体相连 另一端与大气相通 则显示值是测点处流体的绝对压强与大气压强之差 即为表压强或真空度 指示液要求 与被测流体密度不同 不互溶 不反应 且易于观察 常用指示液 测量液体 用Hg 13600kg m3 测量气体 用H2O 1 2 3流体静力学基本方程式的应用 普通U形管压差计U管压差计是一根U形玻璃管 内装有液体作为指示液 要求 指示液 A 被测流体 如图示 则 几种常用的压差计 得 由 特殊地 若Z1 Z2 则 若被测流体为气体 很小 则 倒置U形管压差计条件 指示液 A 被测流体 大部分直接用空气 则 若指示剂为气体 A很小 则 倾斜U形管压差计目的 当压差 p较小时 可得到较大的读数R 要求 1 扩大室内径应大于U形管内径的10倍以上 以维持两扩大室内液面等高 2 指示液要求 A C不互溶 不起化学反应 B与C亦不互溶 且A C密度差越小 R值就越大 读数精度也越高 双液体U形管压差计 微差压差计 目的 在测量微压差 p时 可得到较大的读数R 注 若两小室内液面差不可忽略时 则 式中 R R d D 2为小室的液面差 d为U管内径 D为小室内径 课堂练习 采用普通U管压差计测量某气体管路上两点的压强差 指示液为水 读数R 10mm 为了提高测量精度 改用双液体U管微压差计 指示液A为含40 乙醇的水溶液 密度 A为910kg m3 指示液C为煤油 密度 C为820kg m3 试求双液体U管微压差计的读数可以放大的倍数 已知水的密度为1000kg m3 解 用普通U管压差计测量时 其压强差为 用双液体U管微压差计测量时 其压强差为 由于两种压差计所测的压差相同 故 双液体微压差计的读数是原来读数的111 10 11 1倍 复式U形管压差计应用 适用于压差较大 而测量空间高度有限 这样 通过串联方式可以在有限高度空间范围内拓宽测量范围 分两大类 A 顺置 B 倒置 特殊地 若 则 p Ag R1 R2 Rn 推导 A 顺置 指示液 A 被测流体 则 p0 p4 g h5 h4 p4 p3 Ag h3 h4 p3 p2 g h3 h2 p2 pa Ag h1 h2 p0 pa Ag h3 h4 h1 h2 g h5 h4 h3 h2 整理 得 p0 pa Ag h3 h4 h1 h2 g h3 h4 h5 h2 Ag R2 R1 g R2 h5 h2 Pa R1 R2 4 3 2 例 水在如图示的管道内流动 在管道截面处连接一U管压差计 指示液为水银 读数R 200mm h 1000mm 当地大气压强为101 33 105Pa 试求流体在该截面的压强 如右图示 解 A A 为等压面 则 或该截面处流体的真空度为 101330 64840 36490Pa 2 液位的测量测量元件 液位计 测量目的 了解容器里物料的贮存量 或控制设备里的液面 原理 大多数液位计均遵循静止液体内部压强变化的规律 1 简单液位计 结构 如图示 于容器底部器壁及液面上方器壁处各开一小孔 用玻璃管将两孔相连接 玻璃管内所示的液面高度即为容器内的液面高度 缺点 易于破损 而且不便于远距离观测 H 2 液柱压差计 压差法测量液位 指示液的U管压差计将容器与平衡器连通起来 小室内装的液体与容器内的相同 其液面的高度维持在容器液面允许到达的最大高度处 由此可见 容器内液面越高 h越小 压差计读数R越小 当容器内的液面达到最大高度时 h为零 压差计读数R亦为零 结构 于容器或设备外边设一个称为平衡器的小室 用一装有 则 由 m A A 则可采用如右图示的远程测量装来测量其液位 由于吹气管内氮气的流速很小 其密度也很小 故近似认为 鼓泡式液位测量装置示意图 3 鼓泡式液柱测量装置 若容器离操作室较远或埋在地下 所以有 而 压缩氮气 3 液封液封 利用液柱高度封闭气体的一种装置 它是生产过程中为了防止事故发生 为了安全生产而设置的一种装置 1 安全液封在化工生产中 为了控制设备内气体压力不超过规定的数值 常常使用安全液封装置 或称水封装置 这样 当设备内压力超过规定值时 气体从液封管自动排出 确保设备安全 液封种类 解 当炉内压强超过规定值时 气体将由液封管排出 故先按炉内允许的最高压强计算液封管插入槽内水面下的深度 为安全超见 实际安装时管子插入水面下的深度应略小于1 09m 例1 8如图示 某厂为了控制乙炔发生炉a内的压强不超过10 7 103Pa 表压 需在炉外装有安全液封装置 试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 2 溢流液封 封住气体 让液体从塔内流出 防止外界空气进入而降低设备内的真空度 例1 9 真空蒸发操作中产生的水蒸气 往往送冷凝器中与冷水直接接触而冷凝 为了维持操作的真空度 冷凝器上方与真空泵相通 不时将器内的不凝性气体 空气 抽走 同时为了防止外界空气由气压管漏入 致使设备内真空度降低 因此 气压管必须插入液封槽中 水即在管内上升一定的高度h 这种措施称为液封 若真空表的读数为80 103Pa 试求气压管中水上升的高度h 解 设气压管内水面上方的绝压为p 作用于液封槽内水面的压强为大气压强p0 根据流