第一章流体流动(1节)..ppt

2020/6/13,第一章,流体,流动,2020/6/13,第一章流体流动,流体的种类及在化工生产中的重要意义,流体在实际应用过程中要解决的问题:,贮存：静止流体的基本规律流体静力学方程输送：流体流动的基本规律流体动力学方程解决的问题：怎样完成液体、气体的输送？流体在管路中的流速怎样选取？管路中压强怎样分布流动阻力怎样计算？等等,流体分类,气体:,例:蒸气、煤气、化工气体等,液体,牛顿型液体:,大多数的无机溶液及有机溶液等。,非牛顿型液体:,高分子溶液、泥浆等等。,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(1),一、流体的基本物理性质,1、流体的密度:,的定义式：=m/V的单位：SI制：kgm-3的数据来源：查阅文献值(多为纯组分)；计算值：多为混合物的值；实验测量,流体静力学：研究流体在外力(包括重力)作用下，达到静止或相对平衡状态下的规律。,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(2),气体的,对于气体混合物：各组分的浓度常用体积分率或摩尔分率表示。以1m3混合气体为例，其混合气体的密度为：,液体的,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(3),流体的压缩性问题：,液体与气体可压缩性差别很大，液体可以认为是不被压缩的流体，而气体是易被压缩的。因此，当压力改变时，液体的密度是常数，而气体的密度是改变的。对气体而言压强变化较小时，即：,与密度有关的其他物理量:,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(4),1、流体的压强(静压强)定义：习惯上称压力。,垂直地作用在流体单位面积上的作用力。,定义式：,F-垂直作用力；S-面积,2、单位：SI制：N/m2=Pa工程制：kgf/m2，习惯上用kgf/cm2；习惯用法：大气压atm，液柱高，mmHg，mH2O；,1物理大气压=1atm=101325Pa=101.3103Pa=1.033kgf/cm2(工程大气压)=760mmHg=10.33mH2O,二、流体的压强,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(5),压强的基准：,以绝对零压为基准(起点)，得到的压强值叫绝对压强(绝压)，是流体的实际压强。,以大气压为基准(起点)，用测量压强仪表测得到的压强值称(1)表压：被测流体的压强大于大气压值，绝压高出大气压部分。测量的仪表称压力表。,(2)真空度：被测流体的压强小于大气压值，绝压低于大气压部分。测量的仪表称真空表。,3、流体压强数据的表示方法,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(6),大气压、绝压、表压、真空度的关系：,表压=绝压大气压真空度=大气压绝压,2020/6/13,举例：,测量一设备(真空罐)为200mmHg,实际压强(罐内)即绝压为760-200560mmHg。注意：在压强值后必须标明：绝压或表压或真空度字样。,例：在兰州市操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶的真空表度数为80103Pa，在天津操作时，要求塔内维持与兰州相同的绝压，真空表度数？已知：兰州当地大气压为85.3103Pa,天津地区平均大气压为1.013105Pa。,在兰州的操作绝压为：绝压=大气压-真空度绝压=85.3103-80103=5.3103Pa在天津操作的真空度=大气压-绝压=101.3103-5.3103Pa=96103Pa；注意：关键是操作的绝压相同。,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(7),1流体受力分析,2静力学方程,推导过程p2-p1=g(Z1-Z2)Pap=p0+gh,h=(p1-p2)/gm(其中：Z1-Z2=h)以上均为流体静力学方程,三、流体静力学方程式,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(8),3静力学方程的意义,4静力学方程的其他形式,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(9),5静力学方程学习要点:,(1)静力学方程表示，在重力场中,静止流体内部能量守恒关系，即流体内任一点静压强的大小,与该点所在的垂直位置h值及流体密度有关,与该点所在的水平位置及容器形状无关。,(2)在连续、静止、同一流体内，同一水平面上(即：等高度)的各点，流体在压强都相等，Z1=Z2，则p1=p2此各点压强相等的水平面，称等压面。(连通器原理)。(3)在等压面上列静力学方程。,2020/6/13,等压面练习：,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(10),(一)压力及压差的测量：,利用静力学基本原理可以测量流体的压力、容器中液位及计算液封高度等。,1、简单测压管：,确定等压面、列静力学方程：,p=pA=pA=p0+Rg(绝)p-p0=Rg(表),2、U形管压差计：,结构特点：内装指示液与被测液不互溶、不反应;其密度大于被测液的密度。,应用：读数R与管路两点压差(p1-p2)=p之间的关系。,四、流体静力学方程的应用,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(11),结论:p=(A-B)gR；p只与R和流体密度有关；与安装位置高度及U形管的直径无关。,推导过程：,关键：等压面的选取，a与b是等压面:pa=pb;而pa=p1+(R+m)Bg,pb=p2+RAg+B(z+m)p1+Bg(z+m)+AgR=p2+Bg(z+m)+AgR(p1-p2)=Rg(A-B)+zAg,若AB，则：p=(p1-p2)=AgR,当水平管：则：p=(p1-p2)=(A-B)gR,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(12),3、微差压差计(双液体压差计),结构特点：,1)两种指示液A、C不反应、不相溶；且两种指示液的密度差较小(即密度差相近)；2)扩大室内液体高度差较小;且直径相差较大。其中B仍为被测液,C为指示液。,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(13),推导过程：,关键：等压面的选取，A与A是等压面pA=pA;而pA=p1+Rcg,pA=p2+RAg,则(p1-p2)=pA-pA+Rg(A-c)=Rg(A-c)(p1-p2)=Rg(A-c),若A与c接近，则：R度数可以放大。,因为(p1-p2)一定，(A-C)值减小则度数R值增大。结论：两种指示液的密度相近为好。,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(14),此时，R与R的关系为：,4、斜液柱管压差计：,式中为倾斜角，其值越小，则读数放大倍数越大。,当所测量的流体压力差较小时，可将压差计倾斜放置，即为斜管压差计，用以放大读数，提高测量精度，其中为倾斜角，其值越小，则读数放大倍数越大。,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(15),5、倒U型压差计：,教材练习：例1-4、1-5,若被测流体为液体，也可选用比其密度小的流体(液体或气体)作为指示剂，采用如图的倒U形压差计形式。最常用的倒U形压差计是以空气作为指示剂，此时:,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(16),如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A、B-B截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R=150mm。试计算A-A、B-B截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600kg/m3。,压差计算练习2：,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(17),解：图中，1-1-1面、2-2面为等压面，即,教材练习：例1-6,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(18),(二)液位的测量：,图1-7所示，利用U形压差计进行近距离液位测量装置。,液面高度维持在容器中液面允许到达的最高位置。用一装有指示剂A(A)的U形压差计3,把容器和平衡室连通起来，压差计读数R即可指示出容器内的液面高度h，关系为:,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(19),若容器或设备的位置离操作室较远时，可采用图1-8所示的远距离液位测量装置。,在管内通入压缩氮气，用阀1调节其流量，测量时控制流量使在观察器中有少许气泡逸出。用U形压差计测量吹气管内的压力，其读数R的大小，即可反映出容器内的液位高度，关系为:,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(20),找等压面,因为:A-A与B-B为等压面；结论：,2020/6/13,第一节流体静力学基本方程(21),(三)液封高度的计算：,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，使之安全操作，常常使用安全液封(或称水封