《化工原理》课件 章节1-2流体静力学

1、第 1 章 流体流动与输送机械1.2 流体静力学1.2.1 静压力特性1.2.2 流体静力学基 本方程2022/8/241.2.1 静压力特性流体压力与作用面垂直,并指向作用面;静压力与其作用面在空间的方位无关,只与该点位置有关,即静压力各向同性2022/8/241）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，1.2.2 流体静力学基本方程2022/8/24两边同时除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P2 流体的静力学方程 2022/8

2、/242）方程的讨论液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的，即： 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。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。2022/8/24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。可以改写成 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。方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的

3、气体，只适用于压强变化不大的情况。2022/8/24papaACBBAC油水比较A与 A ，B与 B ，C 与C的压力大小关系思 考2022/8/24例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m, 密度1800kg/m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为2=1000 kg/m3 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。2022/8/24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hPA和PA又分别可用流体

4、静力学方程表示 设大气压为Pa 2022/8/242022/8/24A. U形压力计 设U形管中指示液液面高度差为R，指示液密度为0，被测流体密度为，则由静力学方程可得： 将以上三式合并得： 3）静力学方程的应用压力及压力差的测定2022/8/24若容器A内为气体，则gh项很小可忽略，于是： 显然，U形压力计既可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力，而且被测流体的压力比大气压大或小均可。 2022/8/24B. U型管压差计根据流体静力学方程2022/8/24当被测的流体为气体时， 可忽略,则 ，两点间压差计算公式当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

5、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：2022/8/24讨论（1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度p1pap1pa表压真空度2022/8/24讨论（2）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应； 其密度要大于被测流体密度。 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。 2022/8/24C. 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 当被测压差较小时，为使压差计读数较大，以减小测量中人为因素造成的相对误差，也常采用倾斜式压差计2022/8

6、/24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D. 双液体U管压计/微压计 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。适用于压差较小的场合2022/8/24 例：用3种压差计测量气体的微小压差 试问：1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？2）用倾斜U型管压差计，=30，指示液为苯，其读 数R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 室截面积远远大于U型管截面积，此时读数R为多少？R为R的多少倍？2022/8/24解：1）普通管U型管压差计已知：苯的密度

7、C879kg/m3 ，水的密度A998kg/m3 ，计算时可忽略气体密度的影响2）倾斜U型管压差计 2022/8/243）微差压差计 故：2022/8/24液位测量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。2022/8/24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 。 2022/

8、8/24 例：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H1m，压差计中指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、1000kg/m3、13600kg/m3。求当压差计指示R67mm时，界面距离上吹气管出口端距离h。 解：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，则：2022/8/24（表）(表）2022/8/24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：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：防止外界空气进入设备内 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。 2022/8/24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度h。解：过液封管口作基准水平面o-o，在其上取1，2两点。2022/8/24 例2：真空蒸发器操作中产生的水蒸气，往往送入本题附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器的上方与真空泵相通，不时将器内的不凝气体（空气）抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，致使设备内真空度降