1.1.流体静力学详解.ppt

第一章 流体流动与输送机械 流体静力学： 研究流体在外力作用下的平衡规律，即研究流体在外力作用下处于静止或相对静止的规律。 （4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。 当所测量的流体压力差较小时，可将压差计倾斜放置，即为斜管压差计，用以放大读数，提高测量精度。 * 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。 流体管道输送 流体管道输送 2 . 连续介质 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。 说明：高真空体系内的流体不属于连续介质。 3. 流体的特征 具有流动性。 无定形，随容器形状而变化。 受外力作用时内部产生相对运动（粘性）。 连续性。 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。 第一节 流体静力学 1.压力 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，习惯上又称为压力。 1.1 压力的单位（SI制）：N/m2 或 Pa； 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760mmHg，10.33mH2O等。 标准大气压的换算关系： 1atm = 1.013×105 Pa =760 mmHg =10.33m H2O 1.2 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。 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 2.密度 2.1 定义 单位体积流体的质量，称为流体的密度。 kg/m3 2.2 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。 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。 相对密度：液体密度与4℃水的密度之比值。 水在4℃时密度定为1g/cm3。 （注意单位统一，即P为kpa、M为分子量、R为8.314、T为K氏温度、则密度的单位为kg/m3） 2.3 混合物的密度 混合气体： — 混合气体的平均摩尔质量 —混合气中各组分的摩尔(体积)分率。 混合液体： —混合液中各组分的质量分率。 2.4 比容： 单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。 m3/kg 3.流体静力学方程 3.1 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， p0 p2 p1 z1 z2 G （方向向下） （方向向上） （方向向下） 液柱处于相对静止时，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 讨论： （1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性 流体内部。 （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。 （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强处处相等。压强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。 说明压力或压力差可用液柱高度表示，此为前面介绍压力的单位可用液柱高度表示的依据，但需注明液体的种类。 3.2 静力学基本方程的应用 A. 压力及压差的测量 （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 p1 p2 m R A A’ 所以 整理得 若被测流体是气体， ，则有 讨论： （1）U形压差计可测系统内的点压，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时。 表压 p1 pa 真空度 p1 pa （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