化工原理流体静力学

化工原理流体静力学第一页，共三十六页，2022年，8月28日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、动量传递煤气洗涤塔FICPi1Pi23--32--201-10-0本章主要内容第二页，共三十六页，2022年，8月28日

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第三页，共三十六页，2022年，8月28日优点：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：第四页，共三十六页，2022年，8月28日例：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、热量第五页，共三十六页，2022年，8月28日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。第六页，共三十六页，2022年，8月28日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）气体第七页，共三十六页，2022年，8月28日

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。第八页，共三十六页，2022年，8月28日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

εV越大，流体越容易被压缩不可压缩流体，εV=0，如液体可压缩流体，εV≠0，如气体第九页，共三十六页，2022年，8月28日

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流体静力学第十页，共三十六页，2022年，8月28日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：第十一页，共三十六页，2022年，8月28日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：单位换算第十二页，共三十六页，2022年，8月28日压力单位

1）SI单位

Pa(N/m2)、MPa、KPa

2）常用单位at(kgf/cm2)、mmHg、mH2O、atm、bar(105Pa)单位换算第十三页，共三十六页，2022年，8月28日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-绝对压力第十四页，共三十六页，2022年，8月28日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?第十五页，共三十六页，2022年，8月28日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、方程的应用第十六页，共三十六页，2022年，8月28日1、方程的导出依据：动量守恒定律1）微元体(控制体)选取2）受力分析第十七页，共三十六页，2022年，8月28日设：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)：第十八页，共三十六页，2022年，8月28日化简，得：(欧拉方程)

整理：

因此，重力场中，因此，积分：第十九页，共三十六页，2022年，8月28日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：第二十页，共三十六页，2022年，8月28日*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。第二十一页，共三十六页，2022年，8月28日4332、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。第二十二页，共三十六页，2022年，8月28日2）等压面等压面事例1132244535P1P2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。p81234567第二十三页，共三十六页，2022年，8月28日重力场中，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3-31-14-42-2提出问题?第二十四页，共三十六页，2022年，8月28日P0z0h012P1P2z2z1图1-5重力场中的压力分布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+ρghP0=P1-ρg(Z0-Z1)P0=P2-ρg(Z0-Z2)P1+ρgZ1=P2+ρgZ2

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ρ、h有关。P=P0+ρgh第二十五页，共三十六页，2022年，8月28日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，压力高于大气压第二十六页，共三十六页，2022年，8月28日(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第二十七页，共三十六页，2022年，8月28日（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，

思考测压公式第二十八页，共三十六页，2022年，8月28日问题：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+位能第二十九页，共三十六页，2022年，8月28日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：第三十页，共三十六页，2022年，8月28日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P2P1RρcρA图1-8微差压差计R1RaP1P2图1-7倾斜液柱压差计第三十一页，共三十六页，2022年，8月28日

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*倾斜液柱压差计*微差压差计注意：压差的计算，均从等压面入手。第三十二页，共三十六页，2022年，8月28日P00水气体h06、液封目的：（1）恒定设备内的压力，防止超压；（2）密封，防止气体泄漏；液封高度计算：

P=Pa+ρghh0P溢流水00图1-9安全液封气、液气第三十三页，