流体输送过程工艺参数的确定 流体静力学方程及其应用

项目二流体输送过程工艺参数的确定

项目二流体输送过程工艺参数的确定

分项目一：认识流体的物性参数分项目二：流体静力学方程及其应用分项目三：确定管路规格分项目四：伯努利方程及其应用分项目五：确定管路阻力分项目六：管路分析预习任务

1、分四组：第一组完成用流体静力学原理测量设备内的压力；第二组完成用流体静力学原理测量管路两点的压差；第三组完成用流体静力学原理测量设备内的液位；第四组完成用流体静力学原理对设备内的界面进行测量和控制。2、各组预习压力的基本概念、单位及基准、流体静力学基本方程。分项目二、流体静力学方程及其应用

（一）压强的定义与单位

流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强（工程上习惯称为压力）。设压强为p（N/m2即Pa），作用在流体表面上的力为F（N），流体的表面积为A（m2），表达式为

工程上常用的压强计量单位有三种，应力单位、液柱单位和大气压单位。一、流体的压强

1、应力单位：在SI制中用N/m2即Pa（帕），kPa，MPa或bar（巴，1bar=105Pa）。重力单位制中用kgf/cm2。

2、液柱单位：mH2O，mmH2O或mmHg。流体柱高度h与压强之间的关系或

注意：若用流体柱高度h表示压强p大小时，必须指明流体的种类。

3、大气压单位：标准大气压（物理大气压）atm和工程大气压at。常见压强单位之间的关系如下：

1atm=101.325kPa=760mmHg=1.033kgf/cm2=10.33mH2O1at=1kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg=98.07kPa（二）压强的基准以没有气体分子存在的绝对真空作为基准量得的压强称为绝对压强（绝压）；以当地大气压强为基准量得的压强称为相对压强。绝对压强永远为正值，而相对压强则可能为正值，也可能为负值。被测流体的绝对压强高出当地大气压的数值，称为表压强（表压）。它与绝对压强之间的关系为

表压强=绝对压强-当地大气压力被测流体的绝对压强低于当地大气压力的数值，称为真空度。它与绝对压强之间的关系为

真空度=当地大气压力-绝对压强真空度与表压之间的关系

真空度=-表压绝对压强、表压和真空度之间的关系可用下图来表示绝对零压线大气压线绝对压强表压真空度

绝对压强、表压与真空度的关系绝对压强BApA表pA绝pB绝pB真注意：①为了避免相互混淆，当压强以表压或真空度表示时，应用括号注明，如未注明，则视为绝对压力；②压强计算时基准要一致。③大气压强以当时、当地气压表的读数为准。假设在容器侧壁上开三个小孔，容器内灌满水，然后把三个小孔的塞头打开，这时可以看到水流分别从三个小孔喷射出来，孔口愈低，水喷射愈急。这个现象说明水对容器侧壁不同深处的压强是不一样的，即压强随着水深的增加而增大，如果在容器侧壁同一深度处开几个小孔，则我们可以看到从各孔口喷射出来的水流都一样，这说明水对容器侧壁同一深度处的压强相等。

二、流体静力学基本方程式

（一）公式的推导

对液柱垂直方向进行受力分析作用于上端面的压力为P1P1=p1A

方向向下作用于下端面的压力为P2

P2=p2A

方向向上液柱处于静止状态，根据牛顿第二定律，在垂直方向上合力为零，即液柱所受到的重力为G或为（a）（b）两式均称为流体静力学基本方程式。式中

又称为总势能，说明同一种连续静止流体总势能处处相等。（二）流体静力学基本方程式的讨论（1）流体内部任一处的静压强与流体的密度有关及所处的深度有关。连续静止的同一种流体内部，在同一个水平面上压强处处相等。压强相等的面为等压面。（2）若取1断面在液面上，则p1=p0，且取p2=p，液柱的垂直高度为z1-z2

=h，流体静力学基本方程式又可写为：p=p0+

gh。可得：当液面上方压强p0改变时，液体内部各处的压强p也发生同样大小的改变。（3）压强差的大小也可以用液柱高度来表示。（4）方程适用于重力场中静止、不可压缩流体。对气体若压强变化不大，可近似的采用，但其密度要取压强范围内的平均值。

（一）压强与压强差的测量

1、测压管

如图所示，这是一种简单的液柱式压强计。它是一根玻璃管，为减少毛细管现象引起的测量误差，玻璃管内径不小于5mm，管下端与测量压强的地方相连接，管上端与大气相通，该容器中液体的密度为ρ，当地大气压为pa，可得M点处得绝压为：容器液面上的绝压P为：三、流体静力学基本方程式2、U形测压管与U形压差计U形测压管与U形压差计是在U形玻璃管内装有某种液体作为指示剂，指示剂与被测流体不互溶且不发生化学反应，其密度

i大于被测流体密度，常用的指示剂有水，水银以及四氯化碳等。常用于测量压强或压强差较小的情况。

如图一U形测压管，确定C点处的压强。根据等压面的条件，有，可得C点的绝压为

一管路系统如图，用一U形压差计测量1、2两断面上的压强差。

A、B两点为等压面，压强相同，即pA=pB当U形管内指示剂密度小于被测流体密度时，U形管安装形式如图，称为倒U形压差计，往往U形压差计所使用指示剂为气体，被测流体为液体，其压差为：3、微差压差计图为微差压差计，压差计内装有两种密度相近且不互溶的指示液A和C。在U形管压差计两侧顶部分别装有扩大室，两扩大室内指示液C液面维持等高。由于扩大室的截面积远大于U形管截面积，U形管内R值发生变化时，两扩大室内的液面能维持基本不变，压强差可用下式计算

若容器或设备的位置离操作室较远时。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2中有少许气泡逸出。用U形