概述和流体静力学PPT学习教案

1、会计学1概述和流体静力学概述和流体静力学第1页/共39页第2页/共39页2 . 连续介质假定连续介质假定 假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。 工程意义工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究 流体。高真空稀薄气体是否适合连续性假定 ？第3页/共39页自由程自由程 (free path) 在热动平衡态下，一个气体分子在任意连续两次碰撞之间所经过的直线路程。由于分子运动的无序性，分子各段自由程长度不同。平均自由程（平均自由程（mean free path） 在一定的条件下，

2、一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值。 第4页/共39页3. 流体的特征流体的特征 具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。不可压缩流体不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；可压缩性流体：可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。第5页/共39页第一节第一节 流体静力学流体静力学第6页/共39页第7页/共39页 1.1.压力压力 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强静压强，习惯上又称为压力压力。 1.1 压力的特性压力的特性 流体压力与作用面垂直，并指向该作用面； 任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相

3、反； 作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。1.2 压力的单位压力的单位 SI制：N/m2或Pa；第8页/共39页或以流体柱高度表示 ：ghp注意注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类， 如600mmHg，10mH2O等。 标准大气压的换算关系：1atm = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O1工程大气压=1at=1kgf/cm2=735.6mmHg =10m H2O= 9.81104Pa第9页/共39页表 压 = 绝对压力 大气压力真空度 = 大气压力 绝对压力=负的表压绝 对 压绝 对 压力力 绝 对 压绝 对 压力力 绝对真空绝对真空 表压表压

4、真空度真空度 1p2p大气压大气压 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。 表压或真空度表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。1.3 压力的表示方法压力的表示方法 第10页/共39页例例1-1 若已知某地的大气压力为750 mmHg，而设备A内压力为1000 mmHg，则PA表= _ mmHg = _ Pa。若设备B的真空度为300 mmHg，则PB（绝）= _mmHg。第11页/共39页2.2.密度密度2.1定义 单位体积流体的质量，称为流体的密度。Vmkg/m3 2.2单组分密度),(Tpf 液体液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。第12页/共39

5、页 气体气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想 气体状态方程计算： RTpM注意：注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度 下之值，若条件不同，则密度需进行换算。相对密度：相对密度：液体密度与4水的密度之比值。水在4（实为3.98）时密度最大（定为1 g/cm3）。第13页/共39页2.3混合物的密度混合物的密度 混合气体混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有 nnm2211气体混合物中各组分的体积分率。 n21,或RTpMmmmM混合气体的平均摩尔质量 nnmyMyMyMM2211nyyy21,气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。 第14页/共39页 混合液体混合液体 假设各组

6、分在混合前后体积不变，则有 nnmaaa22111naaa21,液体混合物中各组分的质量分率。 2.4比容比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。1mVvm3/kg 第15页/共39页3.3.流体静力学平衡方程流体静力学平衡方程 3.13.1静力学基本方程静力学基本方程 重力场中对液柱进行受力分析：ApP11（1）上端面所受总压力 ApP22（2）下端面所受总压力 （3）液柱的重力)(21zzgAG设流体不可压缩，.Constp0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下第16页/共39页液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:0)(2112zzgAApAp)(2112zzgppgzpgzp2

7、211静力学基本方程静力学基本方程 压力形式(引伸)能量形式第17页/共39页讨论：讨论：（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；（2）物理意义：物理意义：zg单位质量流体所具有的位能，J/kg；p单位质量流体所具有的静压能，J/kg。 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变 。第18页/共39页（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等等压面压面。例子：连通器。（4）压力具有传递性压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。 hgpp12说明压力或压力差可

8、用液柱高度表示，此为前面介绍压力的单位可用液柱高度表示的依据，但需注明液体的种类。 第19页/共39页3.2静力学基本方程的应用静力学基本方程的应用 a. 压力及压力差的测量压力及压力差的测量 （1）压力计）压力计 单管压力计单管压力计gRpppa )(11表表第20页/共39页 U形形压力计压力计ghgRppa 01设指示液的密度为 ，被测流体的密度为 。 0第21页/共39页（3）U形压差计形压差计 设指示液的密度为 ，被测流体的密度为 。 0A与A面 为等压面，即AApp)(1RmgppAgRgmppA02而p1p2mRAA第22页/共39页所以gRgmpRmgp021)(整理得gRpp

9、)(021若被测流体是气体， ，则有0021Rgpp第23页/共39页讨论讨论：（1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时。 表压真空度p1pap1pa第24页/共39页（2）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。 第25页/共39页思考：思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数 R反映了什么？)()()()()(0210221102211RgRggzpgzpgRRzgpgzpp1p2z2RAAz1R并不是真正的压差，并不是真正的压差，而是虚拟压强之差。而

10、是虚拟压强之差。第26页/共39页（4）双液体双液体U管压差计管压差计 扩大室内径与U管内径之比应大于10 。)(CA 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ；适用于压差较小的场合。)(21CARgpp第27页/共39页（5） 倒倒U形压差计形压差计 RgRgpp)(021 指示剂就是被测流体本身，假如空气的密度为0第28页/共39页 p1 R p2 R 0 倾斜式压差计倾斜式压差计适用于压差较小的情况。适用于压差较小的情况。 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 。高压端设有扩张室 （6） 斜管斜管压差计压差计第29页/共39页例例1-2

11、 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压力，直接在该处连接一U形压差计， 指示液为水银，读数 R250mm，m900mm。已知当地大气压为101.3kPa，水的密度1000kg/m3，水银的密度13600kg/m3。试计算该截面处的绝对压力。 第30页/共39页例例1-3 如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两U形压差计间充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为 Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m。 试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。第31页/共39页b. 液位测量液位测量 （1 1）近距离液位测量装置

12、）近距离液位测量装置 压差计读数R反映出容器内的液面高度。 Rh0 液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦为零。第32页/共39页（2 2）远距离液位测量装置）远距离液位测量装置 BApp 管道中充满氮气，其密度较小，近似认为 ghppaAgRppaB0Rh0而所以 AB第33页/共39页c. 液封高度的计算液封高度的计算 液封作用： 确保设备安全：当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出； 防止气柜内气体泄漏。gph)(表液封高度：第34页/共39页D第35页/共39页E第36页/共39页例例1-4 远距离液位测定远距离液位测定 为测量腐性液体贮槽中的存为测量腐性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置测量时通入压缩空气，控液量，采用图示的装置测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶今测得制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶今测得U形压差计读数为形压差计读数为R130mm，通气管距贮槽底面，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为，贮槽直径为2m，液体密度为，液体密度为980kgm3，试 求 贮 槽 内 液 体 的 储 存 量 为 多 少 吨试 求 贮 槽 内 液 体 的 储 存 量 为