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文档简介
1、2020/9/23,第一章 流体流动,一、流体的密度 二、流体的压强 三、流体静力学方程 四、流体静力学方程的应用,第一节 流体静止的基本方程,2020/9/23,一、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,2020/9/23,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:,2020/9/23,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,令液体混合物中各组分的质量分率分别为:,
2、假设混合后总体积不变,,2020/9/23,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:xvA1xv2,xVn, 其中:,i =1, 2, ., n,2020/9/23,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,2020/9/23,5.与密度相关的几个物理量 1)比容:单位质量的流体所具有的体积,用表示,单位 为m3/kg。,2)比重(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
3、/9/23,二、流体的静压强,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。,其它常用单位有:,atm(标准大气压)、工程大气压kgf/cm2、bar;流体柱高度(mmH2O,mmHg等)。,2020/9/23,换算关系为:,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,2020/9/23,3)真空度:,真空表的读数,真空度=大气压强-绝对压强=-表压,绝对压强、真空度、表压强的关系为,绝对零压线,大气压强线,绝对压强,表
4、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)。,2020/9/23,三、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,,2020/9/23,两边同时除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,2020/9/23,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)
5、当容器液面上方压强P0一定时,静止液体内部的 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。,2020/9/23,3)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。,2020/9/23,6)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
6、。,例:图中开口的容器内盛有油和水,油层高度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。,2020/9/23,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,2020/9/23,2020/9/23,四、静力学方程的应用,1、压强与压强差的测量,1)U型管压差计,根据流体静力学方程,2020/9/23,当
7、被测的流体为气体时,,可忽略,则,,,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:,2020/9/23,2)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,2) 微差压差计,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与被测流体B亦不互溶。,2
8、020/9/23,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,2020/9/23,2、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。,2020/9/23,远距离控制液位的方法:,压缩氮气自管口 经调节阀通入,调 节气体的流量使气 流速度极小,只要 在鼓泡观察室内看 出有气泡缓慢逸出 即可。,压差计读数R的大小,反映出贮罐内液面的高度 。,例,2020/9/23,3、液封高度的计算,液封的作用: 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:,例1,例2,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。 若设备内为负压操作,其作用是:,液封需有一定的液位,其高度的确定就是根据流体静力学基本方程式。,防止外界空气进入设备内,2020/9/23
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