化工原理少课时版第一章第一节.ppt

1、2020/8/25,第 一 章 流 体 流 动,一、流体的压强 二、流体的密度 三、流体静力学方程 四、流体静力学方程的应用,第 一 节 流体静力学,2020/8/25,一、流体的压力,1、压强的定义 流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强。,SI制单位：N/m2，即Pa。,2020/8/25,2、压强的表示方法,1）绝对压强（绝压）：,流体体系的真实压强称为绝对压强。,2）表压 强（表压）：,压力上读取的压强值称为表压。,表压强=绝对压强-大气压强,3）真空度：,真空表的读数,真空度=大气压强-绝对压强= -表压,2020/8/25,绝对压强、真空度、表压强的关系为,绝对零

2、压线,大气压强线,绝对压强,表压强,绝对压强,真空度,当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。 如：4103Pa（真空度）、200KPa（表压）。,2020/8/25,2020/8/25,二、流体的密度,密度定义 单位体积的流体所具有的质量，; SI单位kg/m3。,2. 影响的主要因素,（温度、压强）,2020/8/25,液体：,不可压缩性流体,气体：,可压缩性流体,3.气体密度的计算,理想气体在标况下的密度为：,例如：标况下的空气，,操作条件下（T, P）下的密度：,2020/8/25,由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度,4.混合物的密度 1）液体混合物的密度m 取1kg液体

3、，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:,假设混合后总体积不变，,（1-3）,2020/8/25,液体混合物密度计算式,2)气体混合物的密度 取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为:xvA,xvB,xVn, 其中:,i =1, 2, ., n,（1-7）,2020/8/25,混合物中各组分的质量为：,当V总=1m3时，,若混合前后,气体的质量不变，,当V总=1m3时,气体混合物密度计算式,当混合物气体可视为理想气体时,理想气体混合物密度计算式,（1-6）,2020/8/25,5.与密度相关的几个物理量 1）比容（比体积）：单位质量的流体所具有的体积，用表示，单位为m3/kg。,2）比重(

4、相对密度)：某物质的密度与4下的水的密度的比 值，用 d 表示。,在数值上:,2020/8/25,三、流体静力学方程,1、方程的推导,在1-1截面受到垂直向下的压力,在2-2 截面受到垂直向上的压力：,小液柱本身所受的重力：,因为小液柱处于静止状态，,2020/8/25,两边同时除A,令,则得：,若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为P0， 取下底面在距离液面h处，作用在它上面的压强为P,2020/8/25,流体的静力学方程,表明在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律。 2、方程的讨论,1）液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的，即：,2）当容器液面上方压强P0一定时，静止液体内部

5、的 压强P仅与垂直距离h有关，即：,处于同一水平面上各点的压强相等。,2020/8/25,3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之 改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到 液体内部的任一点。,4）从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的 连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一 流体的内部则不满足这一关系。,压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示，这就 是液体压强计的根据，在使用液柱高度来表示压强 或压强差时，需指明何种液体。,2020/8/25,6)方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的 气体，只适用于压强变化不大的情况。,例：图中开口的容器内盛有油和水，油

6、层高度h1=0.7m, 密度,，水层高度h2=0.6m，密度为,1）判断下列两关系是否成立 PAPA，PBPB。 2）计算玻璃管内水的高度h。,2020/8/25,解：（1）判断题给两关系是否成立 A，A在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上,因B，B虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液 体，即截面B-B不是等压面，故,（2）计算水在玻璃管内的高度h,PA和PA又分别可用流体静力学方程表示,设大气压为Pa,2020/8/25,2020/8/25,四、静力学方程的应用,（一）、压力测量,1、U型管压差计,根据流体静力学方程,等压面,2020/8/25,当被测的流体为气体时，,可忽略,则,，

7、,两点间压差计算公式,若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气相通，那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气压之差，也就是被测流体的表压。,当P1-P2值较小时，R值也较小，若希望读数R清晰，可采取三种措施：两种指示液的密度差尽可能减小、采用倾斜U型管压差计、 采用微差压差计。,当管子平放时：,2020/8/25,2、倾斜U型管压差计 假设垂直方向上的高度为Rm，读数为R1，与水平倾斜角度,2020/8/25,根据流体静力学方程可以导出：,微差压差计两点间压差计算公式,U型管的两侧管的顶端增设两个小扩大室,其内径与U型管的内径之比10，装入两种密度接近且互不相溶的指示液A和C，且指示液C

8、与被测流体B亦不互溶。,3、微差压差计,2020/8/25,（二）、液位的测定,液位计的原理遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的一种应用。 液柱压差计测量液位的方法：,由压差计指示液的读数R可以计算出容器内液面的高度。 当R0时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数R越大。,2020/8/25,（三）、液封高度的计算,液封的作用： （1)恒定设备内的压力,防止超压 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用就是：当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为安全性液封。,（2）防止气体外泄；水封若设备内为负压操作，其作用是:防止外界空气进入设备内.,2020/8/25,例1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过 10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是 当炉内压强超过规定，气