1.1流体静力学（课件）《化工原理(王志魁)（第五版）》同步教学（化学工业出版社）

1 第一章 流体流动 1 2 2 3 3 4 一、研究流体流动问题的重要性 流体流动与输送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。 引 言 4 5 二、 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。 5 6 三、流体的可压缩性 不可压缩性流体：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。 6 7 一、流体压力 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。 1、压力的单位 SI制：N/m2或Pa； 标准大气压： 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O 第一节 流体静力学 7 8 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 8 9 绝对压力 绝对压力 绝对真空 表压 真空度 大气压 9 10 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。 3、静压力的特性 10 11 二、流体的密度与比体积 （一）密度 单位体积流体的质量。 kg/m3 1、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。 11 12 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均为一定压力与温度 下之值，若条件不同，则需进行换算。 12 13 2、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数。 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)分数。 13 14 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数。 （二）比体积 单位质量流体的体积。 m3/kg 14 15 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 三、流体静力学基本方程式 15 16 液柱处于静止时，上述三力的合力为零: ——静力学基本方程 式 压力形式 能量形式 16 17 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 。 17 18 （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。 18 19 四、流体静力学基本方程的应用 （一） 压力测量 1. U形管液柱压差计 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 p1 p2 m R A A’ 19 20 所以 整理得 若被测流体是气体， ，则有 20 21 讨论： ① U形管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； 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。 21 22 2. 倒U形管压差计 指示剂密度小于被测流体密度， 如空气作为指示剂 22 23 3. 斜管压差计 适用于压差较小的情况。 值越小，读数放大倍数越大。 23 24 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ； 4. 微差压差计 扩大室内径与U管内径之比应大于1