化工原理第一章流体静力学1课件

第一章流体流动

1.研究流体流动问题的重要性流体是气体与液体的总称。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第一章流体流动1.研究流体流动问22332.连续介质假定

假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。42.连续介质假定43.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。不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。53.流体的特征具有流动性；不可压缩流体：流体的体积不1.1流体静力学1.1.1密度一、定义单位体积流体的质量，称为流体的密度。kg/m3

二、单组分密度液体密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。61.1流体静力学1.1.1密度kg/m3二、单组气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：

注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件不同，则密度需进行换算。7气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想注意：手册中三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变，则有

——气体混合物中各组分的体积分率。

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。

8三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变，混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有

——液体混合物中各组分的质量分率。

四、比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。m3/kg9混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有——液体

1.1.2压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。

一、压力的特性

流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。二、压力的单位

SI制：N/m2或Pa；101.1.2压力流体垂直作用于单位面积上的力或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等。

标准大气压的换算关系：1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O三、压力的表示方法

绝对压力以绝对真空为基准测得的压力。

表压或真空度以大气压为基准测得的压力。11或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流表压=绝对压力－大气压力真空度=大气压力－绝对压力绝对压力

绝对压力

绝对真空

表压

真空度

大气压

12表压=绝对压力－大气压力绝对压力绝对压力1.1.3流体静力学平衡方程

一、静力学基本方程

重力场中对液柱进行受力分析：（1）上端面所受总压力（2）下端面所受总压力（3）液柱的重力设流体不可压缩，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下131.1.3流体静力学平衡方程一、静力学基本方程重力场液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:——静力学基本方程

压力形式能量形式14液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:——静力学基本方程压讨论：（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；（2）物理意义：——单位质量流体所具有的位能，J/kg；——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。15讨论：（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；—（3）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。

16（3）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二、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’17二、静力学基本方程的应用1.压力及压力差的测量（1）U所以整理得若被测流体是气体，，则有18所以整理得若被测流体是气体，，则有18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；

表压真空度p1pap1pa19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（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。

20（2）指示液的选取：20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’z121思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数p1p2z2RA（2）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。22（2）双液体U管压差计扩大室内径与U管内径之比应大于10（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

（5）复式压差计

（4）倾斜式压差计

适用于压差较小的情况。适用于压差较大的情况。23（3）倒U形压差计指示剂密度小于被测流体密度例1-1

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，h＝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。

24例1-1如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截例1-2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。25例1-2如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水2.液位测量

（1）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。262.液位测量（1）近距离液位测量装置压差计读（2）远距离液位测量装置

管道中充满氮气，其密度较小，近似认为

而所以

AB27（2）远距离液位测量装置管道中充满氮气，其密度较小，近精品课件！28精品课件！28精品课件！29精品课件！293.液封高度的计算

液封作用：确保设备安全：当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出；防止气柜内气体泄漏。液封高度：303.液封高度的计算液封作用：液封高度：30第一章流体流动

1.研究流体流动问题的重要性流体是气体与液体的总称。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。31第一章流体流动1.研究流体流动问3223332.连续介质假定

假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。342.连续介质假定43.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。不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。353.流体的特征具有流动性；不可压缩流体：流体的体积不1.1流体静力学1.1.1密度一、定义单位体积流体的质量，称为流体的密度。kg/m3

二、单组分密度液体密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。361.1流体静力学1.1.1密度kg/m3二、单组气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：

注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件不同，则密度需进行换算。37气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想注意：手册中三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变，则有

——气体混合物中各组分的体积分率。

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。

38三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变，混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有

——液体混合物中各组分的质量分率。

四、比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。m3/kg39混合液体假设各组分在混合前后体积不变，则有——液体

1.1.2压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，习惯上又称为压力。

一、压力的特性

流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。二、压力的单位

SI制：N/m2或Pa；401.1.2压力流体垂直作用于单位面积上的力或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等。

标准大气压的换算关系：1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O三、压力的表示方法

绝对压力以绝对真空为基准测得的压力。

表压或真空度以大气压为基准测得的压力。41或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流表压=绝对压力－大气压力真空度=大气压力－绝对压力绝对压力

绝对压力

绝对真空

表压

真空度

大气压

42表压=绝对压力－大气压力绝对压力绝对压力1.1.3流体静力学平衡方程

一、静力学基本方程

重力场中对液柱进行受力分析：（1）上端面所受总压力（2）下端面所受总压力（3）液柱的重力设流体不可压缩，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下431.1.3流体静力学平衡方程一、静力学基本方程重力场液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:——静力学基本方程

压力形式能量形式44液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:——静力学基本方程压讨论：（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；（2）物理意义：——单位质量流体所具有的位能，J/kg；——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。45讨论：（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；—（3）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。

46（3）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二、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’47二、静力学基本方程的应用1.压力及压力差的测量（1）U所以整理得若被测流体是气体，，则有48所以整理得若被测流体是气体，，则有18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；

表压真空度p1pap1pa49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（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。

50（2）指示液的选取：20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’z151思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数p1p2z2RA（2）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。52（2）双液体U管压差计扩大室内径与U管内径之比应大于10（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

（5）复式压差计

（4）倾斜式压差计

适用于压差较小的情况。适用于压差较大的情况。53（3）倒U形压差计指示剂密度小于被测流体密度例1-1

如附图所示，水在水平管