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1、北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件1.1 1.1 流体静力学流体静力学1.1.1 1.1.1 密度密度1.1.2 1.1.2 压力压力1.1.3 1.1.3 流体静力学平衡方程流体静力学平衡方程第一章第一章 流体流动流体流动 北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件1.研究流体流动问题的重要性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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件2.连续介质假定连续介质假定 假定流体是由无数内部
2、紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质连续介质。质点质点：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。工程意义工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究 流体。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件3.流体的特征流体的特征 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：可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件1.1 流体静力学流体静力学1.1.1 密度密度一、定义 单
3、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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件 气体气体 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：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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件三、混合物的密度三、混合物的密度 混合气体混合气体 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。北京化工大学化工
4、原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件 混合液体混合液体 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、四、比容比容单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。m3/kg 北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件 1.1.2 压力压力 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。压力。一、压力的特性一、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压力在数值上均相同。二、二、压力的单位压力的单位 SI制：N/m2或Pa；北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电
5、子课件或以流体柱高度表示：注注意意：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=1.013105Pa=760mmHg=10.33m H2O三、三、压力的表示方法压力的表示方法 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。表压或真空度表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件表 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 绝对压力绝对压力 绝对真空绝对真空 表压表压 真空度真空度 大气压大气压 北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件1.1
6、.3 流体静力学平衡方程流体静力学平衡方程 一、静力学基本方程一、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北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:静力学基本方程静力学基本方程 压力形式能量形式北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件讨论：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：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
7、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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件（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等压压面面。（4）压压力力具具有有传传递递性性：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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件二、二、静力学基本方程的应用静力学基本方程的应用 1.压力及压力差的测量压力及压力差的测量（1）U形压差计形压差计 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北京化工大学
8、化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件所以整理得若被测流体是气体，则有北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件讨论：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p1pap1pa北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件（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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件思考：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？p1p
9、2z2RAAz1北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件（2）双液体双液体U管压差计管压差计 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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件（3）倒倒U形压差计形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，如空气作为指示剂（5）复式压差计复式压差计（4）倾斜式倾斜式压差计压差计 适用于压差较小的情况。适用于压差较大的情况。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件2.液位测量液位测量（1 1）近距离液位测量装置）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。北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件（2 2）远距离液位测量装置）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 AB北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件3.液封高度的计算液封高度的计算 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：