化工原理第一章第一节

1、2021-10-22第一章第一章 流体流动流体流动2021-10-22本章的学习要求本章的学习要求u了解连续流体的假设，混合物密度的计算，液封的作用。了解连续流体的假设，混合物密度的计算，液封的作用。u熟悉和密度有关的物理量，比容、比重的概念。熟悉和密度有关的物理量，比容、比重的概念。u掌握密度的概念，影响因素，气体密度的计算方法。掌握密度的概念，影响因素，气体密度的计算方法。u掌握压强的概念，单位，表示方法，压强的计算公式。液柱压强计掌握压强的概念，单位，表示方法，压强的计算公式。液柱压强计的测量原理。的测量原理。u熟悉掌握流体静力学方程及其应用。熟悉掌握流体静力学方程及其应用。u柏努利方程

2、式及其应用。柏努利方程式及其应用。2021-10-22第一节第一节 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式一、流体的密度一、流体的密度二、流体的静压强二、流体的静压强三、流体静力学基本方程式三、流体静力学基本方程式四、流体静力学基本方程式的应用四、流体静力学基本方程式的应用2021-10-22 一、流体的密度一、流体的密度 密度定义密度定义 单位体积的流体所具有的质量，单位体积的流体所具有的质量，; ; SISI单位单位kg/m3。VmPTf,液体：液体： Tf不可压缩性流体不可压缩性流体气体：气体：PTf,可压缩性流体可压缩性流体2021-10-22理想气体在标况下的密度为：理想气体在标况

3、下的密度为：4 .220M 例如：标况下的空气例如：标况下的空气 4 .220M4 .22293kg/m29. 1操作条件（操作条件（T, P）下的密度：下的密度： TTpp000由理想气体方程求操作条件由理想气体方程求操作条件（T, P）下的密度下的密度RTPMnRTPV VmVnMRTVPVM2021-10-22,wnwBwAxxx、总总mmxiwiiwimxkgm 1，总总假设混合后总体积不变，假设混合后总体积不变， 取取1 1kgkg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为: : mnwnwBwAmxxxV总总21nwnwBwAmxxx211

4、2021-10-22 取取1 1m3 的气体为基准的气体为基准, ,令各组分的体积分率为令各组分的体积分率为: :xV1,xV2,xVn,其中其中: :总VVxiVi，i =1, 2, ., n混合物中各组分的质量为：混合物中各组分的质量为：iViVx知，由VmVnnVVxxx,.,2211当当V总总=1m3时，时，若混合前后若混合前后, ,气体的质量不变气体的质量不变， 总总Vxxxmmnn.2211当当V总总=1m3时时, , nnmxxx.22112021-10-22当混合气体可视为理想气体时当混合气体可视为理想气体时, , RTPMmm 1 1）比容：）比容：单位质量的流体所具有的体积

5、，用单位质量的流体所具有的体积，用表示，单位表示，单位 为为m3/kg。 2 2）比重）比重( (相对密度相对密度) )：某物质的密度与某物质的密度与44下的水的密度的下的水的密度的 比值，用比值，用 d 表示。表示。1,4 水Cd34kg/m1000 水C在数值上在数值上: :2021-10-22PabarOmHmmHgcmkgfatm522100133. 10133. 133.10 760/033. 11 换算关系为：换算关系为：PabarOmHmmHgcmkgf42210807. 99807. 010 6 .735/11 工程大气压 1 1）绝对压强（绝压）：）绝对压强（绝压）： 流体体

6、系的真实压强称为绝对压强流体体系的真实压强称为绝对压强。 2 2）表压）表压 强（表压）：强（表压）：压力表上读取的压强值称为表压。压力表上读取的压强值称为表压。 表压强绝对压强表压强绝对压强- -大气压强大气压强 2021-10-22 流体单位表面积上所受的压力，称为流体的流体单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，静压强，简简称称压强。压强。AFp SISI单位制：单位制：N/m2，即即Pa。其它常用单位有：其它常用单位有： atm（标准大气压）、工程大气压标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱流体柱高度（高度（mmH2O，mmHg等）。等）。 2021-10-223 3

7、）真空度：）真空度： 真空表的读数真空表的读数 真空度真空度= =大气压强大气压强- -绝对压强绝对压强= -= -表压表压绝对压强、真空度、表压强的关系为绝对压强、真空度、表压强的关系为 绝对零压线绝对零压线大气压强线大气压强线A绝对压强绝对压强表压强表压强B绝对压强绝对压强真空度真空度 当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。 如：如：4 410103 3Pa（真空度）、真空度）、200200kPa（表压）。表压）。 2021-10-22在在1-11-1截面受到垂直向下的压力截面受到垂直向下的压力 ApF11在在2-22-2 截面受到垂直向上的压

8、力：截面受到垂直向上的压力： ApF22小液柱本身所受的重力：小液柱本身所受的重力： gzzAVgmgW210F01112gzzAFF2021-10-2202112zzgAFAF02112zzgpp2112zzgpp 令令 hzz21ghpp12pp 201pp ghpp0 表明在重力作用下表明在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律静止液体内部压强的变化规律。当液柱的上表面在液面上，并设液面上的压强为当液柱的上表面在液面上，并设液面上的压强为P0，h处压强为处压强为P，2021-10-22 1）液体内部压强）液体内部压强P是随是随P0和和h的改变而改变的，即：的改变而改变的，即： hPfP,

9、02 2）当容器液面上方压强）当容器液面上方压强P0一定时，静止液体内部的压强一定时，静止液体内部的压强P仅仅 与垂直距离与垂直距离h h有关，即：有关，即：hP 处于同一水平面上各点的压强相等。处于同一水平面上各点的压强相等。3 3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之改）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之改 变，即变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到液体液面上所受的压强能以同样大小传递到液体 内部的任一点内部的任一点。2021-10-224 4）从流体静力学的推导可以看出）从流体静力学的推导可以看出, ,它们只能用于它们只能用于静止的连通静止的连通 着的同一种流体的

10、内部着的同一种流体的内部，对于，对于间断的并非单一流体的内间断的并非单一流体的内 部部则不满足这一关系。则不满足这一关系。5 5）ghPP0可以改写成可以改写成 hgPP0 注：使用时需指明何种液体注：使用时需指明何种液体6)6)方程是以不可压缩流体推导出来的，对于具有可压缩性的方程是以不可压缩流体推导出来的，对于具有可压缩性的 气体气体, ,只适用于压强变化不大的情况。只适用于压强变化不大的情况。2021-10-22图中开口的容器内盛有油和水，油层高度图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m, 密度密度 31/800mkg，水层高度，水层高度h2=0.6m，密度为密度为 32/10

11、00mkg 1 1）判断下列两关系是否成立）判断下列两关系是否成立 PAPA，PBPB。 2 2）计算玻璃管内水的高度计算玻璃管内水的高度h。2021-10-22解：解：（1 1）判断题给两关系是否成立）判断题给两关系是否成立AAPP 因因B，B虽在同一水平面上，但虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液不是连通着的同一种液 体体，即截面，即截面B-BB-B不是等压面，故不是等压面，故不成立。BBPP （2 2）计算水在玻璃管内的高度）计算水在玻璃管内的高度hAAPP PA和和PA又分别可用流体静力学方程表示又分别可用流体静力学方程表示 设大气压为设大气压为Pa是否符合静力学方是否符合静力学方

12、程的应用条件程的应用条件A，A在在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上静止的连通着的同一种液体的同一水平面上选等压面选等压面静力学方程表示静力学方程表示2021-10-2221ghghPPaA水油aAPghP水AAPP ghPghghPaa水水油21 h10006 . 010007 . 0800mh16. 12021-10-22 aaPP 根据流体静力学方程根据流体静力学方程RmgPPBa1gRmzgPPABa)(2 )( 21gRmzgPRmgPABBab2021-10-22 gz 21BBAgRPP当被测的流体为当被测的流体为气体气体时，时， 可忽略可忽略, ,则则 BBA，gRPPA2

13、1减小指示液与被测流体的密度差减小指示液与被测流体的密度差采用倾斜采用倾斜U U型管压差计、型管压差计、 采用微差压差计。采用微差压差计。当管子平放时：当管子平放时：gRPPBA212021-10-22mRRsin1sin1mRR 假设垂直方向上的高度为假设垂直方向上的高度为Rm，读数为读数为R1，与水平倾斜角度与水平倾斜角度 2021-10-22根据流体静力学方程可以导出：根据流体静力学方程可以导出：gRPPCA212021-10-22 用用3 3种压差计测量气体的微小压差种压差计测量气体的微小压差 PaP100试问：试问：1 1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数）用普通压差计，以苯为指示

14、液，其读数R R为多少？为多少？ 2 2）用倾斜）用倾斜U U型管压差计，型管压差计，=30，指示液为苯，其读数指示液为苯，其读数R 为多少？为多少？ 3）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大室截）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大室截 面积远远大于面积远远大于U型管截面积，此时读数型管截面积，此时读数R为多少？为多少？R为为 R的多少倍？的多少倍？已知：苯的密度已知：苯的密度 3kg/m879c水的密度水的密度 3kg/m998A 计算时可忽略气体密度的影响。计算时可忽略气体密度的影响。 2021-10-221 1）普通管）普通管U型管压差计型管压差计gPRC807.

15、9879100m0116. 02 2）倾斜）倾斜U型管压差计型管压差计 30singPRC5 . 0807. 9879100m0232. 03 3）微差压差计）微差压差计 gPRCA0116. 00857. 0RR故：故：807. 9879998100m0857. 039. 72021-10-22 液位计的原理液位计的原理遵循静止液体内部压强变化的规律遵循静止液体内部压强变化的规律 液柱压差计测量液位的方法：液柱压差计测量液位的方法： 由压差计指示液的读数由压差计指示液的读数R可以可以计算出容器内液面的高度。计算出容器内液面的高度。 当当R0 0时，容器内的液面高时，容器内的液面高度将达到允许

16、的最大高度，容度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数器内液面愈低，压差计读数R越大。越大。RhA)(2021-10-22远距离控制液位的方法：远距离控制液位的方法： 压差计读数压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度。的大小，反映出贮罐内液面的高度。 RhA2021-10-22 利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两相界面位置，已知两吹气管出口的间距为相界面位置，已知两吹气管出口的间距为H1m1m，压差计中压差计中指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、1000kg/m

17、3、13600kg/m3。求当压差计指示求当压差计指示R67mm时，界时，界面距离上吹气管出口端距离面距离上吹气管出口端距离h。H H1 1为上吹气管到液面的距离为上吹气管到液面的距离 求求h已知已知p1-p2液位计原理液位计原理pa-pb=p1-p2静力学方程静力学方程用用h表示表示pa、pb求出求出h2021-10-22hHghHgpa水油1（表）（表）1gHpb油( (表）表）gRppHg21gRhHgghHg水油油水水RHhHg8201000067. 0136000 . 11000m493. 0忽略吹气管出口端到忽略吹气管出口端到U型管两侧的气体流动阻力造成的压强差型管两侧的气体流动阻

18、力造成的压强差21 ,ppppba2021-10-22 液封的作用液封的作用： 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用 当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称 为为安全性液封安全性液封。 若设备内为负压操作，其作用是：若设备内为负压操作，其作用是： 液封需有一定的液位，其高度的确定根据：液封需有一定的液位，其高度的确定根据：流体静力学基流体静力学基本方程式。本方程式。防止外界空气进入设备内防止外界空气进入设备内2021-10-22例例1 1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过如图所示，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，气体就从液封管口排出，试求此炉当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深