化工原理流体静力学

1、化工原理流体静力学第1页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二1.应用*测定压强、流速、流量 *流体输送(机械能衡算)*流动阻力*管路计算*为强化设备提供适宜的 流动条件2.理论基础流体静力学、流体动力学、动量传递煤气洗涤塔FICPi1Pi23-32-201-10-0本章主要内容第2页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 1.1 概述1.1.1 流体及其特性1、定义：2、特征：液体、气体运动过程中，具有流动性。流体运动规律，与流体流动性密切相关。 流体质点 含大量分子的流体微团，具有流体宏观特性 分子自由程流体质点尺寸设备宏观尺寸流体的连续性假设 假设流体 宏

2、观上，由大量质点组成、彼此没有空隙、 完全充满所占空间的连续介质 微观上，微观粒子组成的不连续介质第3页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二优点：局限性： 例：不连续、一个一个分子流过管道。流体物性及运动参数连续变化，可用连续函数，解决流体力学问题。压力很低的条件下，该假设不成立。在10-1 mmHg、15时，空气平均自由程48.6mm若管道直径小于48.6mm，则空气流动方式：第4页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二例：流体流动中， 1）各质点相对运动 内摩擦力 流动阻力（流体粘度）流体运动规律，与流体流动性密切相关 2）流体质点相互碰撞 加速流体传递动

3、量、质量、热量第5页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二3、分类 压缩性 流动阻力 粘度类型可压缩流体-气体（一般）不可压缩流体-液体（一般）理想流体（无阻力，理想简化）真实流体（有阻力，所有流体）牛顿型流体非牛顿型流体 4、流动状态 层流、过渡流、湍流 明确：流动状态，对传递过程影响很大。 第6页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二1.1.3 流体的密度 1、点密度2、平均密度3、几种变形比体积 *相对密度 4、影响因素 1）液体 校正 2）气体第7页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 理想气体 适用：5、流体混合物的密度 液体混合物

4、气体混合物 适用： 另： 混合效应忽略不计。 压力不太高，温度不太低的气体。 否则，应采用真实气体状态方程。第8页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二6、流体的压缩性 体积压缩性系数结论：压缩性系数表明流体压缩性的大小 V 越大，流体越容易被压缩 不可压缩流体，V =0，如液体 可压缩流体，V 0，如气体第9页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 1、表面力 指：在流体表面上作用的力分解：切向力（粘滞力） 法向力（压力）特点：接触力，大小与接触面积成正比。2、质量力（体积力） 指：作用于流体全部质点上的力。 包括：重力、离心力、惯性力 特点：非接触力，大小与

5、流体质量成正比。1.2.1 作用于流体上的力分为：表面力和质量力1-2 流体静力学第10页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二1.2.2 流体的压强及其表示法1、流体的压强 p（压力）指：垂直作用于流体单位面积上的力 平均压力 点压力2、特点 1）方向：作用面的内法向方向； 2）点压力：与测压方位无关； 3）影响因素：第11页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二3、单位制的使用 要求：使用国际单位制（SI） 掌握： CGS(物理单位制) 工程单位制(重力单位制) 掌握：单位换算第12页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二压力单位 1）SI单

6、位 Pa(N/m2)、MPa、KPa 2）常用单位 at (kgf/cm2)、mmHg、mH2O、 atm、bar (105 Pa)单位换算第13页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二4、压力的表示方法 1）绝对压力（绝压） 基准：绝对0压 2）表压 基准：当地大气压 3）真空度（负表压） 压力低于大气压的数值相互间的关系 表压 = 绝对压力 - 当地大气压 真空度=当地大气压 - 绝对压力第14页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 1、压力表、真空表各测何种压力 2、表压0.2 Mpa，问绝压 ? atm 3、真空度分别为20、40mmHg，比较绝压大小

7、 4、各种表示法的使用场合 注意：使用表压、真空度时，必须注明提出问题?第15页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二1.2.3 流体静力学方程式描述：静止流体内部，压力分布规律。形式：研究内容：1、方程的导出2、方程的意义 3、方程的应用第16页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二1、方程的导出依据：动量守恒定律1）微元体(控制体)选取2）受力分析第17页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二设：微元体中心的压强为pX方向上，表面力： 左侧 右侧质量力：合力(X方向)：第18页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二化简，得：(

8、欧拉方程) 整理： 因此，重力场中， 因此， 积分：第19页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二3）流体具有的能量形式 内能 机械能 动能 势能 位能 静压能设流体不可压缩，流体静力学方程式： 其它形式：第20页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二* 流体静力学方程式(三种形式) 流体静力学方程表明 * 静止流体具有两种形式的势能-静压能和位能* 在不同截面上，静压能和位能之和(总势能) 保持不变。* 各截面上，两种形式的能量可相互转化。第21页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二4332、关于静力学方程的几点讨论 1）方程的适用条件 重力

9、场中，静止的、连续的、不可压缩的 同一种流体。 问题1：液体、气体是否都能用静力学方程 液体：不可压缩，一般可用 气体：可压缩，仅用于压力变化不大的场合问题2：存在几种不互溶流体时，如何应用 应分段应用静力学方程问题3：连续流体 流体需处于相同的相态。第22页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二2）等压面等压面事例1132244535P1P2静止、连续的均质流体，压力相等的各点连接所组成的面，称为等压面。重力场中,等压面是各个水平面。p81234567第23页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 重力场中，分析1-1截面上的两点 1、管道中，水静止 2、静止

10、管道中混有气泡 3、管道中，水流动 4、改为离心力场3-31-14-42-2提出问题?第24页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二P0z0h012P1P2z2z1图1-5 重力场中的压力分布3)静止流体内部，各不同截面上的静压能和位能两者之和为常数。 P= P0 +gh P0 = P1- g(Z0-Z1) P0 = P2- g(Z0-Z2) P1+ gZ1 = P2 +gZ2 P0一定，p仅随P0变某一数值，p改变同样的数值压力的可传性、h有关。 P= P0 + gh第25页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二2、测压管 表压 绝压一、压力测量 1-2-3

11、静力学方程的应用1、气压计 适用：液体，压力高于大气压第26页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二(指示液)3、U形压差计 目的：求点1、2间压力差方法：选截面列静力学方程第27页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二（1）如何测点压力， 与简单测压管的区别提出问题?（2）垂直、倾斜管道， 思考测压公式第28页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二问题：垂直、倾斜管道，测压公式读数R：* 直接反映两点总势能差* 位能相等时,直接反映 静压能差0势能=静压能+位能第29页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二4、倒U形压差计 适用

12、： 或为减小读数误差（放大读数R）选取等压面：第30页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 5、微差压差计、倾斜液柱压差计（自学） 公式： 目的： 适用：放大读数R，减小误差。测量微小压差P2P1RcA图1-8 微差压差计R1RaP1P2图1-7 倾斜液柱压差计第31页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二 小结：U型压差计测压公式：减小测压误差的方法：放大读数R，具体有：* 指示液与被测液体密度相近* 倾斜液柱压差计* 微差压差计注意：压差的计算，均从等压面入手。第32页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二P00水气体h06、液封目的：（1）恒定设备内的压力， 防止超压；（2）密封， 防止气体泄漏；液封高度计算： P = Pa + ghh0P溢流水00图1-9 安全液封气、液气第33页，共36页，2022年，5月20日，0点37分，星期二P0bah(a)m