1.2流体静力学基本方程式

化工原理多媒体课件化工原理多媒体课件化学化工学院化学化工学院第第1章章 流体流动流体流动 1.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式2021/8/52小区供水示意动画小区供水示意动画2021/8/531.2 1.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式1.2.1 1.2.1 流体的静压强流体的静压强 1.2.2 1.2.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 压力与压强差的测量压力与压强差的测量1.2.3 1.2.3 流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用 液位的测量液位的测量 液封高度的计算液封高度的计算 2021/8/541.2.1 1.2.1 静止流体的压力静止流体的压力1 1、定义：、定义：其中：其中：P为流体静压强为流体静压强(俗称压力俗称压力)，Pa 为垂直作用于流体表面的压力，为垂直作用于流体表面的压力，N 为面积为面积,m22 2、绝对压强、表压强、大气压强、真空度绝对压强、表压强、大气压强、真空度 大气压强大气压强 绝对压强绝对压强流体的真实压强，以绝对零压为起点计算的压强。流体的真实压强，以绝对零压为起点计算的压强。表压强表压强被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值。被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值。真空度真空度被测流体的绝对压强低于大气压强的数值。被测流体的绝对压强低于大气压强的数值。绝对压强绝对压强=大气压强大气压强+表压强表压强 绝对压强绝对压强=大气压大气压 真空度真空度 PpAPA2021/8/55表压与真空度的动画表压与真空度的动画2021/8/56 图图2-12-1 真真空空度度=当当地地大大气气压压-系系统统绝绝压压 （系系统统绝绝压压当当地地大大气气压压）表表压压 例例如如：某某系系统统真真空空度度为为 2 20 00 0m mm mH Hg g，当当地地大大气气压压为为 1 10 01 1.3 3k kP Pa a，则则：表表压压真真空空度度-2 20 00 0/7 76 60 0*1 10 01 1.3 3=-2 26 6.7 7k kP Pa a 系系统统绝绝压压=表表压压当当地地大大气气压压 2021/8/573 3、常用数据和单位、常用数据和单位 1atm101330Pa10.33 米米水水柱柱033.1工工程程大大气气压压mmHg760=1.0133bar 1 1 a at t=1 1k kg gf f/c cm m2 2=7 73 35 5.6 6m mm mH Hg g=1 10 0m mH H2 2O O=0 0.9 98 80 07 7b ba ar r=9 9.8 80 07 71 10 04 4 P Pa a 空空气气 cp0173.0mkg293.13，3100173.0S SI I 单单位位（P Pa a.s s），11KkgkJ01.1pC，管管内内流流速速取取1sm158 水水 cp1mkg10003，3101S SI I 单单位位(P Pa a.s s)，11KkgkJ187.4pC，管管内内流流速速取取1sm31 2021/8/581.2.2 1.2.2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 静止流体内部压力（压强）变化的规律。静止流体内部压力（压强）变化的规律。从各个方向作用于某一点上的流体静压力相等；从各个方向作用于某一点上的流体静压力相等；特点：特点：若通过该点指向一作用平面，则压力的方向垂直于此面；若通过该点指向一作用平面，则压力的方向垂直于此面；在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相等。在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相等。1 1、公式推导、公式推导 向上作用于薄层下底的总压力向上作用于薄层下底的总压力 (P+dp)A三力作用三力作用 向下作用于薄层上底的总压力向下作用于薄层上底的总压力 PA 向下作用的重力向下作用的重力 流体静止，三力之和为零流体静止，三力之和为零 110220()()0;P AA d zgPd PAg A d zA d Pd Pg d zzPPzzPPPPg z ，图图2-22-22021/8/59讨论讨论:P0一定，一定，P大小与流体大小与流体 有关；有关；同一高度同一高度z相同，相同，P相同；相同；当当P0改变，流体内各点的压力改变，流体内各点的压力P也发生同样大小的改变；也发生同样大小的改变；,压差大小可用高度表示。压差大小可用高度表示。(,)z 0PPzg 2021/8/5102 2、流体静力学基本方程式的其它表达式、流体静力学基本方程式的其它表达式 能量表达式能量表达式 液柱高度表达式液柱高度表达式压头压头 式中式中 0PPgz 211221121212()/PzPzdPgdzdPgdzPPg zzPPgzgzJ kg 微微分分：能能量量守守恒恒表表示示式式 1212PPzzmgg Pg 表表示示流流体体的的静静压压头头z z 表表示示流流体体的的位位头头2021/8/5111.2.3 1.2.3 流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用 图图2-3 2-3 U U管压差计管压差计121212UaBbBAabBBAABABAabppg RzppgzgRpppg RzpgzgRppgRgR右图为一 管式压差计，其等压面为面。等压面的基本概念是：在连续、静止、均一的流体中，同一水平面上的静压强相等。因，故即：（对气体而言）1.1.测量压强及压差（压差计）测量压强及压差（压差计）U U管压差计（单指示液）管压差计（单指示液）2021/8/512 倾斜式压差计倾斜式压差计 8060402012212121211.,fKKLsinAAgLhhghgpsinLhLAAhLAhA，2Ah2h1h Lp1A图图2-4 2-4 倾斜式压差计倾斜式压差计2021/8/513 微差式压差计（双指示液）微差式压差计（双指示液）R.RRRRRg)(gRRgppCAACAACA141385092092021 煤油酒精酒精 图图2-5 2-5 微差压差计微差压差计 若双液体指示液的密度充分接近，将使下方指示液的高差得到充分的放大，本例中以40%的酒精水溶液和煤油作双液体指示液，新读数可提高为原单一指示液酒精的13.14倍。2021/8/514 2.2.测量液面或液位高度（液面计或液位计）测量液面或液位高度（液面计或液位计）有两种情况：有两种情况：直接测量和远距离测量液位直接测量和远距离测量液位 直接测量液面的连通器（见图直接测量液面的连通器（见图2-6）远距离测量液位装置（见图远距离测量液位装置（见图2-7）图图2-7 2-7 远距离测量液位远距离测量液位R Rh hg gR Rp pg gh hp pb ba a液指指液2021/8/515.确定液封高度确定液封高度 gppha液1papp 图图2-6 2-6 测量液位的连通器测量液位的连通器 图图2-8 2-8 冷凝器冷凝器2021/8/516 4.4.倾析器倾析器 图图2-9 2-9 倾析器倾析器 互不相溶且密度不同的液体混合物，互不相溶且密度不同的液体混合物，可在倾析器中进行分层，使两种液体互可在倾析器中进行分层，使两种液体互相分离。如图相分离。如图2-92-9，按静力学方程，考，按静力学方程，考虑虑A A点和点和B B点有：点有：考虑考虑B B点和点和C C点：点：两式相等，经整理后得：两式相等，经整理后得：因此，因此，形管的高度应为：形管的高度应为：gHgHppBAAB 2/2/ghppBAB BBAhH2/BAHh/12/2021/8/517 5.5.稳压高位槽（恒速装置）稳压高位槽（恒速装置）对于对于B B、C C两点列静力学方程式可得：两点列静力学方程式可得：对于对于D D点列静力学方程式可得：点列静力学方程式可得：上式表明，只要液面不低于上式表明，只要液面不低于B B，为定值，为定值，则维持不变，则维持不变，从而使流量稳定。从而使流量稳定。ghppppghpaCBaC ghHpgHghpgHppaaCD hH DpapDCBACpHh2021/8/518本讲要点本讲要点1.1.学习流体力学的目的在于分析与解决流体流动问题，并为各学习流体力学的目的在于分析与解决流体流动问题，并为各单元操作的学习提供理论依据。流体流动原理是物理力学对流单元操作的学习提供理论依据。流体流动原理是物理力学对流体流动现象的应用与发展；体流动现象的应用与发展；2.2.压强具有点特性。流体静力学就是研究重力场中，静止流体压强具有点特性。流体静力学就是研究重力场中，静止流体内部静压强的分布规律；内部静压强的分布规律；3.3.对流体元（或流体柱）运用受力平衡原理，可以得到流体静对流体元（或流体柱）运用受力平衡原理，可以得到流体静力学方程。流体静力学方程表明静止流体内部压强分布规律或力学方程。流体静力学方程表明静止流体内部压强分布规律或机械能守恒原理机械能守恒原理;2021/8/5194.4.与位能基准一样，静压强也有基准。工程上常用绝压和表压与位能基准一样，静压强也有基准。工程上常用绝压和表压两种基准，在同一计算中，应注意使用统一的压强基准；两种基准，在同一计算中，应注意使用统一的压强基准；5.5.U U型测压管或型测压管或U U型压差计的依据是流体静力学原理。应用静力型压差计的依据是流体静力学原理。应用静力学的要点是正确的选取等压面；学的要点是正确的选取等压面；6.6.在使用静力学基本方程时，应注意静止流体的连续均一性。在使用静力学基本方程时，应注意静止流体的连续均一性。部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！