化工原理 第一二 静力学课件

§1.1概述§1.2流体静力学§1.3流体动力学§1.4流体在管内的流动阻力§1.5管路计算§1.6流量测量第一章流体流动1一、研究流体流动问题的重要性

流体流动是最普遍的化工单元操作之一；研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。§1.1概述23二、流体流体液体气体5三、流体的特征具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。可压缩性（是否）工程上：流体

可压缩流体

不可压缩流体6β

值越大，流体越容易被压缩。可压缩流体β≠0的流体为可压缩流体不可压缩流体β=0的流体为不可压缩流体气体在一般情况下是可压缩流体大多数液体可视为不可压缩流体。7四、连续性假设把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。表征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和时间上是连续的分布函数。82、纯物质的密度包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件液体：基本不随压力变化（极高压力除外），随温度略有变化。（查表）气体：密度随温度、压力改变。低压下可按照理想气体状态方程计算10或——混合气体的平均摩尔质量

——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。

气体混合物，混合前后质量不变组分的体积分数12一、流体静力学

流体静力学主要研究流体静止时流体内部各种物理量的变化规律，特别是在重力场作用下，静止流体内部的压力变化规律

§1.2流体静力学141.定义：流体垂直作用于单位面积上的力，简称压强，习惯上称为压力。式中p──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)；F──垂直作用在面积A上的力，N；A──作用面积，m2。一、流体静压强152.压力单位N/m2=Pa帕斯卡=760mmHg=10.33mH2O=1.033at=1.013bar（巴）=1.033kgfcm-21atm（标准大气压）=1.013×105Pa（工程大气压）163.压强的表示方法1）绝对压强（绝压）：流体体系的真实压强2）表压

强（表压）：压力表的读数表压强=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17绝对压强、真空度、表压强的关系为

绝对零压线大气压强线A绝对压强表压强B绝对压强真空度

Note:1)当用绝压或真空度来表示压强时，应分别注明。如：4×103Pa（真空）、200KPa（绝压）

184.静力学方程的推导在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，p0p2p1z1z2G11’22’20令

则得：

或——流体的静力学方程

p0p2p1z1z2G11’22’应用范围：流体为不可压缩流体，即密度为常数21（3）等压面为水平面

在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面。（4）压力可传递

压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。23

例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m，，水层高度h2=0.6m，密度为

1）判断下列两关系是否成立

PA＝PA’，PB＝P’B。2）计算玻璃管内水的高度h。245.静力学基本方程的应用

1.压力及压力差的测量

（1）U形压差计

设指示液的密度为，被测流体的密度为。

A与A′面为等压面，即而p1p2mRAA’26所以整理得若被测流体是气体，，则有p1p2mRAA’27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表压真空度p1pap1pa读数R就反映了被测流体的表压或真空度。

28思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数R反映了什么？p1p2z2RAA’z1（动画1）30（2）倾斜U管压差计

假设垂直方向上的高度为R，读数为R’，与水平倾斜角度α

放大倍数为式中α为倾斜角，其值越小，R’值越大。31（3）倒U形压差计

指示剂密度小于被测流体密度，如空气作为指示剂

32（5）微差压差计（双液体U管压差计）

扩大室内径与U管内径之比应大于10。密度接近但不互溶的两种指示液A和C；适用于压差较小的场合。（动画2）33(6)多U型管压差计34例如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压力，直接在该处连接一U形压差计，指示液为水银，读数R＝250mm，m＝900mm。已知当地大气压为101.3kPa，水的密度1000kg/m3，水银的密度13600kg/m3。试计算该截面处的压力。

35例如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两U形压差计间充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为

Z0=2.1m,Z2=0.9m,Z4=2.0m,Z6=0.7m,Z7=2.5m。试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。362、液位的测定

a

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。

化工厂中经常要了解容器里物料的贮存量，或要控制设备里的液面，因此要进行液位的测量。37b近距离液位测量装置

压差计读数R反映出容器内的液面高度。

液面越高，h越小，压差计读数R越小；当液面达到最高时，h为零，R亦为零。动画338C远距离液位测量装置

管道