化工基础第一章概述流体静力学PPT
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化工基础第一章概述流体静力学
整理得：
p1 0 g(m R) p2 gm 0 gR
p1 p2 (0 )gR ——两点间压差计算公式
2024/5/6
几点讨论
①当被测的流体为气体时，ρ0＞＞ρ，ρ可忽略，则 ：
P1
P2
gR 0
②若U型管的一端与被测流体相连接，另一端与大 气相通，那么读数R就反映了被测流体的绝对压强 与大气压之差，也就是被测流体的表压。
2024/5/6
1.2 流体静力学
1.2.1 流体的密度 1、密度定义
单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。
m
V
ρ---流体的密度，kg/m3； m---流体的质量，kg； V---流体的体积，m3。
2024/5/6
2、影响ρ的主要因素
f t, p
液体： f t ——不可压缩性流体 气体： f t, p ——可压缩性流体
2024/5/6
③当P1－P2值较小时，R值也较小，若希望读数R清
晰，可采取措施是：使用倾斜U型管压差计、 微差 压差计。
④当P1－P2值较大时，R值也很大，为了测量的方
便，可采取措施是：使用复式压差计。
2024/5/6
（2）微差压差计 ① 微差压差计的结构
U型管的两侧管的顶端 增设两个小扩大室,其内 径与U型管的内径之比＞ 10，装入两种密度接近且 互不相溶的指示液A和C ，且指示液C与被测流体 B亦不互溶。
质量力作用于流体的每个质点上，并与流体的质量成正比 ，对于均质流体也与流体的体积成正比。
流体在重力场中受到重力、在离心力场中受到的离心力都 是典型的质量力。
2024/5/6
2、表面力（又称接触力或机械力）
表面力与流体的表面积成正比。
化工原理完整教材课件 PPT
基本原理及其流动规律解决关问题。以
图1-1为煤气洗涤装置为例来说明： 流体动力学问题：流体（水和煤气）
在泵（或鼓风机）、流量计以及管道中 流动等；
流体静力学问题：压差计中流体、 水封箱中的水
图1-1 煤气洗涤装置
1.1 概述
确定流体输送管路的直径， 计算流动过程产生的阻力和 输送流体所需的动力。
根据阻力与流量等参数 选择输送设备的类型和型号， 以及测定流体的流量和压强 等。
流体流动将影响过程系 统中的传热、传质过程等， 是其他单元操作的主要基础。
图1-1 煤气洗涤装置
1.1.1 流体的分类和特性
气体和流体统称流体。流体有多种分类方法： （1）按状态分为气体、液体和超临界流体等； （2）按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体； （3）按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘
化工原理完整教材课件
第一章 流体流动
Fluid Flow
--内容提要--
流体的基本概念 静力学方程及其应用 机械能衡算式及柏努 利方程 流体流动的现象 流动阻力的计算、管路计算
1. 本章学习目的
通过本章学习，重点掌握流体流动的基本原理、管 内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和解决流 体流动过程的有关问题，诸如：
气体的密度必须标明其状态。 纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。当压
强不太高、温度不太低时，可按理想气体来换算：
（1-3）
式中
p ── 气体的绝对压强, Pa(或采用其它单位)； M ── 气体的摩尔质量, kg/kmol；
性流体（或实际流体）； （4）按流变特性可分为牛顿型和非牛倾型流体；
流体区别于固体的主要特征是具有流动性，其形状随容器形状 而变化；受外力作用时内部产生相对运动。流动时产生内摩擦从而 构成了流体力学原理研究的复杂内容之一
化工原理第一章流体静力学
9
.
u. (p1p2)(R2r2) 4l
.
.
FAdu(2rl)du
dr dr
du (p1 p2) r
dr 2l
.
(p1p2)r2
(2rl)du
dr
由压力差产生的推力 流体层间内摩擦力 管壁处r＝R时，＝0，可得速度分布方程
10
管中心流速为最大， 即r＝0时， ＝umax 管截面上的平均速度 : 即层流流动时的平均 速度为管中心最大速 度的1/2。 即流体在圆形直管内 层流流动时，其速度 呈抛物线分布。
湍流边界层：离平板前沿一段 距离后，边界层内的流型转为 湍流。
流体在圆管内流动时的边界层
Hale Waihona Puke 18充分发展的边界层厚度为圆管的半径； 进口段内有边界层内外之分 。 也分为层流边界层与湍流边界层。
进口段长度： 层流： 湍流：
19
湍流流 动时：
20
——层流内层为传 递过程的主要阻力
Re越大，湍动程度越高，层流内层厚 度越薄。
μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa·s 。
2
一．粘度的物理
一．流体的粘度 （动力粘度）
○ 牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合 牛顿
○ 粘性定律的流体； ○ 非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。
意义
流体流动时在 与流动方向垂 直的方向上产 生单位速度梯 度所需的剪应
力。
3
粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。
f(p,T)
液体 : f(T) T ↑ → ↓ 气体 : 一般 f(T) T ↑ → ↑
超高压 f(p,T) p ↑ → ↑
2. 粘度的单位 SI制：Pa·s 或 kg/(m·s)
.
u. (p1p2)(R2r2) 4l
.
.
FAdu(2rl)du
dr dr
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dr 2l
.
(p1p2)r2
(2rl)du
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由压力差产生的推力 流体层间内摩擦力 管壁处r＝R时，＝0，可得速度分布方程
10
管中心流速为最大， 即r＝0时， ＝umax 管截面上的平均速度 : 即层流流动时的平均 速度为管中心最大速 度的1/2。 即流体在圆形直管内 层流流动时，其速度 呈抛物线分布。
湍流边界层：离平板前沿一段 距离后，边界层内的流型转为 湍流。
流体在圆管内流动时的边界层
Hale Waihona Puke 18充分发展的边界层厚度为圆管的半径； 进口段内有边界层内外之分 。 也分为层流边界层与湍流边界层。
进口段长度： 层流： 湍流：
19
湍流流 动时：
20
——层流内层为传 递过程的主要阻力
Re越大，湍动程度越高，层流内层厚 度越薄。
μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa·s 。
2
一．粘度的物理
一．流体的粘度 （动力粘度）
○ 牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合 牛顿
○ 粘性定律的流体； ○ 非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。
意义
流体流动时在 与流动方向垂 直的方向上产 生单位速度梯 度所需的剪应
力。
3
粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。
f(p,T)
液体 : f(T) T ↑ → ↓ 气体 : 一般 f(T) T ↑ → ↑
超高压 f(p,T) p ↑ → ↑
2. 粘度的单位 SI制：Pa·s 或 kg/(m·s)
化工原理第一章流体力学
反映管路对流体的阻力特性
表示管路中流量与压力损失之间 关系的曲线
管路特性曲线的概念
01
03 02
管路特性曲线及其应用
管路特性曲线的绘制方法 通过实验测定一系列流量下的压力损失数据 将数据绘制在坐标图上，并进行曲线拟合
管路特性曲线及其应用
01 管路特性曲线的应用
02
用于分析管路的工作状态，如是否出现阻塞、泄漏等
流速和流量测量误差分析
• 信号处理误差：如模拟信号转换为数字信 号时的量化误差、信号传输过程中的干扰 等。
流速和流量测量误差分析
管道截面形状不规则
导致实际流通面积与计算流通面积存在偏差。
流体流动状态不稳定
如脉动流、涡街流等导致流量波动较大。
流速和流量测量误差分析
仪表精度限制
仪表本身的精度限制以及长期使用后的磨损等因素导 致测量误差增大。
流体静压强的表示
方法
绝对压强、相对压强和真空受力平衡条件，推导出流体平 衡微分方程。
流体平衡微分方程的物理意义
描述流体在静止状态下，压强、密度和重力 之间的关系。
流体平衡微分方程的应用
用于求解流体静力学问题，如液柱高度、液 面形状等。
重力作用下流体静压强的分布规律
连续介质模型的意义
连续介质模型是流体力学的基础，它 使得我们可以运用数学分析的方法来 研究流体的运动规律，从而建立起流 体力学的基本方程。
流体力学的研究对象和任务
流体力学的研究对象
流体力学的研究对象是流体（包括液体和气体）的平衡、运动及其与固体边界的相互作 用。
流体力学的任务
流体力学的任务是揭示流体运动的内在规律，建立描述流体运动的数学模型，并通过实验和 计算手段对流体运动进行预测和控制。具体来说，流体力学需要解决以下问题：流体的静力
《流体静力学》课件
流体静压力的大小等于流体密度与重力加速度的乘积，即 P = ρ × g。
流体静压力的分布
1 2
流体静压力的分布规律
在静止的流体中，流体静压力随深度增加而增大 。
流体静压力的分布图
通过绘制流体静压力随深度变化的曲线图，可以 直观地了解流体静压力的分布情况。
3
流体静压力分布的应用
在工程实践中，了解流体静压力的分布规律对于 设计水下结构、计算水压容器等具有重要意义。
未来展望
未来流体静力学将与计算 机技术、新材料等交叉融 合，为解决复杂工程问题 提供更有效的解决方案。
02
流体静力学的基本原 理
流体静压力
流体静压力的概念
流体静压力是指流体在静止状态下，单位面积上所受的垂直力。
流体静压力的特点
流体静压力沿作用面均匀分布，且大小与作用面的方向垂直。
流体静压力的计算公式
流体静力学的基本公 式
流体静压力的计算公式
总结词
流体静压力计算公式
详细描述
流体静压力计算公式是流体静力学中的基础公式之一，用于计算流体在静止状 态下受到的压力。公式为 P = ρgh，其中 P 是流体静压力，ρ 是流体的密度， g 是重力加速度，h 是流体的高度。
流体静压力的平衡公式
总结词
流体静压力平衡公式
电梯运行
电梯的升降系统利用流体 静压力原理，确保电梯平 稳运行。
气瓶压力控制
气瓶压力调节器利用流体 静压力原理，确保气体压 力稳定输出。
血压测量
血压计利用流体静压力原 理测量人体血压，帮助医 生诊断疾病。
流体静压力在科学实验中的应用
物理实验
流体静压力在物理实验中常被用 作测量仪器或实验对象，如液体
流体静压力的分布
1 2
流体静压力的分布规律
在静止的流体中，流体静压力随深度增加而增大 。
流体静压力的分布图
通过绘制流体静压力随深度变化的曲线图，可以 直观地了解流体静压力的分布情况。
3
流体静压力分布的应用
在工程实践中，了解流体静压力的分布规律对于 设计水下结构、计算水压容器等具有重要意义。
未来展望
未来流体静力学将与计算 机技术、新材料等交叉融 合，为解决复杂工程问题 提供更有效的解决方案。
02
流体静力学的基本原 理
流体静压力
流体静压力的概念
流体静压力是指流体在静止状态下，单位面积上所受的垂直力。
流体静压力的特点
流体静压力沿作用面均匀分布，且大小与作用面的方向垂直。
流体静压力的计算公式
流体静力学的基本公 式
流体静压力的计算公式
总结词
流体静压力计算公式
详细描述
流体静压力计算公式是流体静力学中的基础公式之一，用于计算流体在静止状 态下受到的压力。公式为 P = ρgh，其中 P 是流体静压力，ρ 是流体的密度， g 是重力加速度，h 是流体的高度。
流体静压力的平衡公式
总结词
流体静压力平衡公式
电梯运行
电梯的升降系统利用流体 静压力原理，确保电梯平 稳运行。
气瓶压力控制
气瓶压力调节器利用流体 静压力原理，确保气体压 力稳定输出。
血压测量
血压计利用流体静压力原 理测量人体血压，帮助医 生诊断疾病。
流体静压力在科学实验中的应用
物理实验
流体静压力在物理实验中常被用 作测量仪器或实验对象，如液体
《流体静力学》课件
大气压力和流体压力
解释大气压力和流体压力的概念、原理和计算方法。
浮力和阿基米德原理
详细介绍浮力和阿基米德原理，以及它们在船舶和气球等工程定理，它是流体静力学中一个重要的工具，用于求解复杂流体问题。
流体静压力
探讨流体静压力的概念、计算方法以及应用示例。
势流和流线
流体静力学基本假设
详细介绍流体静力学所依赖的假设，包括流体是连续的、无黏性、不可压缩 的等。
流动静力学定律
讲解流体静力学中的基本定律，如帕斯卡定律、阿基米德原理等，以及它们的工程应用。
黏性流体静力学方程
介绍流体静力学中的黏性流体方程，如纳维-斯托克斯方程，并讨论在不同情 况下如何求解。
流体静力学适用范围
说明流体静力学的适用范围，以及什么情况下我们可以使用流体静力学分析和设计。
流体静力学研究方法
介绍流体静力学的研究方法，包括实验、数值模拟和理论分析，以及它们的优缺点。
流体静力学实验装置
展示一些常用的流体静力学实验装置，并解释如何进行实验以验证理论。
流体的密度、体积和质量
讲解流体的密度、体积和质量的概念，并展示如何进行相关计算。
《流体静力学》PPT课件
欢迎大家来到《流体静力学》的PPT课件！让我们一起探索这个有趣且实用 的领域，从基本概念到实际应用，带你深入了解流体在静止状态下的行为和 性质。
流体静力学概述
介绍流体静力学的定义和研究对象，以及为什么它在各个工程领域都非常重 要。
流体静力学基本概念
解释流体静力学的基本概念，如压力、密度和流体静力学的基本方程。
说明势流的概念和特性，以及如何绘制流线图来可视化流体的运动。
等势线和等势面
解释等势线和等势面的含义和应用，以及它们在流体静力学中的重要性。
化工原理-第一章
29
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（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
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
30
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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
18
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表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
p1
表压
大气压
真空度 绝对压力
p2
绝对压力 绝对真空
19
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1.1.3 流体静力学平衡方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， （1）上端面所受总压力
P1 p1 A
Const.
p1 G p2
p0
重力场中对液柱进行受力分析：
5
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1.0.0 流体的特征
液体和气体统称为流体。
• 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。
6
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1.0.1 研究流体流动的目的
1、流体输送：选择适宜流速、确定管路直径、 选用输送设备； 2、压强、流速和流量的测量：便于了解和控制 生产； 3、为强化设备提供适宜流动条件：如传热、传 质设备的强化。
9
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1.0.3 流体流动中的作用力
1、体积力： 体积力作用于流体的每一个质点上，并与流体的 质量成正比，也称为质量力，如重力、离心力。 2、表面力：包括压力与剪力 压力：垂直于表面的力 剪力：平行于表面的力，又称粘性力，与流体运动 有关。 返回
化工原理第一章流体流动课件
流体静力学基本方程
STEP 02
STEP 01
流体静力学基本方程是流 体静压强与其密度和重力 加速度的关系式。
STEP 03
该方程是流体静力学中的 基础方程，对于理解流体 静力学中的各种现象非常 重要。
该方程可以用来计算流体 的静压强、流体的密度和 重力加速度之间的关系。
静压力对流体的作用力
流体在静压力作用下会产生压缩或膨 胀，这与其弹性有关。
Part
04
流体流动的阻力
流动阻力的产生与分类
流动阻力
流体在管道中流动时，由于流体内部及 流体与管壁之间的摩擦而产生的阻力。
VS
阻力分类
直管阻力和局部阻力。直管阻力是流体在 管道中流动时，由于流体的粘性和管壁的 粗糙度引起的摩擦阻力；局部阻力则是流 体流经管路中的阀门、弯头等局部结构时 ，由于流体的方向和速度发生急剧变化而 引起的阻力。
流体微团的运动分析
流体微团的定义
流体微团是指流体中无限接近的、密合在一起的若干分子组成的微小团体。
流体微团的运动分析
通过对流体微团的运动分析，可以研究流体的宏观运动规律，如速度场、加速 度、角速度等。这些参数对于理解流体动力学的基本原理和工程应用非常重要 。
牛顿粘性定律及流体的分类
牛顿粘性定律的定义
绝对压力
以完全真空为零点测量的 压力，单位为帕斯卡（Pa ）。
表压
以当地大气压为基准测量 的压力，单位也为帕斯卡 （Pa）。
真空度
与大气压相比的压力差值 ，单位为帕斯卡（Pa）。
流体静压强分布规律
流体静压强大小与流体的 密度、重力加速度和高度 有关。
在重力场中，流体静压强 随高度增加而减小。
在同一高度上，不同流体 的静压强不同。
化工原理-第一章-流体流动PPT课件
.
4
第一节 流体静力学
研究外力作用下的平衡规律
一、流体的压力
1.定义： 流体垂直作用于单位面积上的力。
2.单位：
lim p
P
A0 A
Pa（帕斯卡，SI制）, atm（标准大气压）, 某流体柱高度, kgf/cm2(工程大气压) , bar（巴）等
.
5
其之间换算关系为：
1 atm = 760 mmHg = 1.0133×105 Pa = 1.033 kgf/cm2 = 10.33 mH2O = 1.0133 bar
.
6
3.表示方法
绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强，是 流体的真实压强；以绝对真空为基准 表压强：绝对压强比大气压强高出的数值；以 当时当地压力为基准 真空度：绝对压强低于大气压强的数值。
.
7
绝对压
表压 真空度 绝压（余压）
实测压力
大气压 实测压力
绝对零压
表压＝绝对压-大气压 真空度＝大气压 - 绝对压
P1-P2=（a- c）Rg
A
.
23
例1-4：常温水在管道中流动，用双U型管测两
点压差，指示液为汞，其高度差为100mmHg，计
算两处压力差如图：
2
1'' 1 1'
2'
R
x
ab
P1= P1’
P2= P2’
Pa= P1’+水 g x
P1’= 汞 g R+ P2
Pb = 水 g x +水 g R + P2’
0
P1 - P2= R g 0
倒U型管压差计？ P15
.
20
U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反
1.1流体流动-流体静力学
p2 p1 gz1 z2
这是流体处于重力场中静止的不可压缩流体所得到的 静压强分布结果。
流体静力学基本方程式形式虽然简单，但 它包含了许多基本概念，如
(1)当容器液面上方的压力一定时，静止液体内 部任一点压力的大小，与液体本身密度ρ和该 点距离液面的深度有关。越深则其压力越大。
(2)当液面上方压力变化时，必以同样的大小传 递到液体各点。这就是著名的巴斯噶原理。工 程上的水压机、液压传动装置等都以此原理为 依据。
F du S
dy 该式称为牛顿(Newton)粘性定律。它的物理意义是 流体流动的内摩擦力的大小与流体性质有关，且与流 体流动的速度梯度和流层接触面积成正比。
单位面积上的内摩擦力称为摩擦应力或剪应力， 以τ表示，于是上式可写成
du
dy
粘度
❖把流体的粘性系数称为动力粘度，简称粘度。
du
由程大得多，但远小于设备尺寸。 ❖因此流体是由大量质点组成，彼此之间没有空隙、
完全充满所占空间的连续介质。
描述流体运动的两种方法
❖拉格朗日法 观察者缩小到微团尺度大小并站立于微团上，叙 述观察者自己移动的距离、速度等与时间的关系。 同一质点在不同时刻的状态。 某一流体质点的运动轨迹为轨线。
❖欧拉法 观察者站立在流体外空间中某一固定位置，观察 流体中各点的速度、密度、压强等的分布情况和 随时间的变化情况。 空间各点的状态及其与时间的关系。 某一时刻速度一样的质点连线。（特点：不交）
Ns m2
1 1000
pa
s
10
1 pa s 1000cp
❖在流体力学中，还经常把流体的粘度与密度之比称
为运动粘度，用ν表示，即
混合物的粘度
❖对于分子不缔合的液体混合物，可用下式进行估算， 即
这是流体处于重力场中静止的不可压缩流体所得到的 静压强分布结果。
流体静力学基本方程式形式虽然简单，但 它包含了许多基本概念，如
(1)当容器液面上方的压力一定时，静止液体内 部任一点压力的大小，与液体本身密度ρ和该 点距离液面的深度有关。越深则其压力越大。
(2)当液面上方压力变化时，必以同样的大小传 递到液体各点。这就是著名的巴斯噶原理。工 程上的水压机、液压传动装置等都以此原理为 依据。
F du S
dy 该式称为牛顿(Newton)粘性定律。它的物理意义是 流体流动的内摩擦力的大小与流体性质有关，且与流 体流动的速度梯度和流层接触面积成正比。
单位面积上的内摩擦力称为摩擦应力或剪应力， 以τ表示，于是上式可写成
du
dy
粘度
❖把流体的粘性系数称为动力粘度，简称粘度。
du
由程大得多，但远小于设备尺寸。 ❖因此流体是由大量质点组成，彼此之间没有空隙、
完全充满所占空间的连续介质。
描述流体运动的两种方法
❖拉格朗日法 观察者缩小到微团尺度大小并站立于微团上，叙 述观察者自己移动的距离、速度等与时间的关系。 同一质点在不同时刻的状态。 某一流体质点的运动轨迹为轨线。
❖欧拉法 观察者站立在流体外空间中某一固定位置，观察 流体中各点的速度、密度、压强等的分布情况和 随时间的变化情况。 空间各点的状态及其与时间的关系。 某一时刻速度一样的质点连线。（特点：不交）
Ns m2
1 1000
pa
s
10
1 pa s 1000cp
❖在流体力学中，还经常把流体的粘度与密度之比称
为运动粘度，用ν表示，即
混合物的粘度
❖对于分子不缔合的液体混合物，可用下式进行估算， 即
化工原理课件1.1流体静力学
f(p,T)
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。
6
返回
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：
pM
RT
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。
7
返回
二、混合物的密度
混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有
m 11 12 nn
1,2n ——气体混合物中各组分的体积分数。
或
m
pMm RT
M m ——混合气体的平均摩尔质量；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1,y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
8
返回
混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有
管道中充满氮气，
其密度较小，近似
认为
pA pB
B
而 pApagh
pB pa 0gR
A
所以
h 0 R
24
返回
3. 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：
h
p
g
25
返回
第一章 流体流动与输送机械
① 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。
1
返回
2
返回
3
返回
② 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
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。
6
返回
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：
pM
RT
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。
7
返回
二、混合物的密度
混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有
m 11 12 nn
1,2n ——气体混合物中各组分的体积分数。
或
m
pMm RT
M m ——混合气体的平均摩尔质量；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1,y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
8
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混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有
管道中充满氮气，
其密度较小，近似
认为
pA pB
B
而 pApagh
pB pa 0gR
A
所以
h 0 R
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3. 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：
h
p
g
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第一章 流体流动与输送机械
① 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。
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② 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
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绝对压强、真空度、表压强的关系图
A 表 压 强
大气压强线
真空度 B 绝对压强
绝 对 压 强 绝对零压 线
当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。 如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。
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压 力 表
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弹簧压力表的内部结构
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5、与密度相关的几个物理量
（1）比体积（比容）：单位质量的流体所具有的体积，用v
表示，单位为m3/kg。
在数值上:
V 1 v m
(2)比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的比值
，用 d 表示。
d
4 C水
,
4C水 1000kg / m 3
操作条件下（T, P）下的密度：
p T0 0 p0 T
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或
pM RT
对于混合气体，可用平均摩尔质量Mm代替M。
Mm＝M1y1＋M2y2＋…＋Mnyn
Mi ---各组分的摩尔质量； yi ---各组分的摩尔分率（体积分率或压强分率）。 或
m 1 y1 2 y 2 ... n y n i yi
表面力与流体的表面积成正比。 作用于流体中任一微小表面上的力又可分为两类，即垂直 于表面的力和平行于表面的力。前者为压力，后者为剪力（ 切力）。 静止流体只受到压力的作用，而流动流体则同时受到两类 表面力的作用。
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1.1.4 连续介质假定
从微观讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的单个分 子所组成，而且分子总是处于随机运动状态。 工程上，在研究流体流动时，常从宏观出发，将流体视为 由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。
i 1
n
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4、液体的密度
基本上不随压强而变化，随温度略有改变。 常见纯液体的密度值可查有关手册（注意所指温度）。 混合液体的密度，在忽略混合体积变化条件下，可用下式 估算（以1kg混合液为基准），即：
1
m
w1
1
w2
2
......＋
wn
n
i 1
n
wi
i
ρi ---各纯组分的密度，kg/m3； wi ---各纯组分的质量分率。
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3、压强的基准
（1）绝对零压(真空) 以绝对零压为基准所测得的压强称为绝对压强。
（2）当时当地的大气压
以当时当地的大气压为基准所测得的压强称为表压或真空度 。
表压强＝绝对压强－大气压强
真空度＝大气压强－绝对压强＝－表压
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表压真空度演示.swf
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1.1.3 作用在流体上的力
外界作用于流体上的力有两种，即质量力和表面力。
1、质量力（又称体积力）
质量力作用于流体的每个质点上，并与流体的质量成正比
，对于均质流体也与流体的体积成正比。
流体在重力场中受到重力、在离心力场中受到的离心力都 是典型的质量力。
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2、表面力（又称接触力或机械力）
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两边同时除A
F2 F1 g z1 z 2 0 A A p2 p1 g z1 z 2 0
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1.2.2
流体的静压强
1、压强的定义
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简 称压强。即：
F p A
p ------ 流体的静压强，Pa；
F ------ 垂直作用于流体表面上的压力，N；
A ------ 作用面的面积，m2。
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2 、压强的单位
SI制单位：N/m2，即Pa。
1.2.3
流体静力学基本方程式
1、方程的推导
在 1－ 1 ’截面受到垂直向下的压力 F1 ： F 在2－2’ 截面受到垂直向上的压力：
小液柱本身所受的重力：
p1 A
2
p2 A
W mg Vg Az1 z 2 g
因为小 液 柱 处 于 静止状态 ，
F 0
F2 F1 Az1 z1 g 0
1.1 流体概述
1.1.1 流体的定义和分类 1、定义 凡能在外力的作用下，任意改变形状的物体。 气体（含蒸汽）和液体统称流体。
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2、分类
（1）按状态分为气体、液体和超临界流体。
（2）按可压缩性可分为不可压缩流体和可压缩流体。 （3）依是否可忽略分子间作用力分为理想流体和粘标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度 （mmH2O，mmHg等）。 换算关系为：
1atm 1.033kgf / cm 2 760mmHg 10.33mH 2O 1.0133bar 1.0133 105 Pa
1工程大气压 1kgf / cm 2 735.6mmHg 10mH 2O 0.9807bar 9.807 10 4 Pa
质点：是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺
寸，但却远大于分子自由程。这些质点在流体内部紧紧相连 ，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间，为连续介质。
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1.2 流体静力学
1.2.1 流体的密度
1、密度定义 单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。
m V
ρ---流体的密度，kg/m3； m---流体的质量，kg； V---流体的体积，m3。
）流体。 （4）按流变特性（剪力与速度梯度之间关系）分牛顿型和非
牛顿型流体。
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1.1.2 流体的特征
1、流动性，即抗剪抗张的能力很小；
2、无固定形状，易变形（随容器形状），气体能充
满整个密闭容器空间； 3、流动时产生内摩擦，从而构成了流体流动内部结
构的复杂性。
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2、影响ρ的主要因素
f t , p
液体： f t ——不可压缩性流体
f t , p ——可压缩性流体 气体：
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3、气体密度的计算
理想气体在标况下的密度为：
M 0 22.4
例如：标况下的空气密度为：
M 29 0 1.29(kg / m 3 ) 22.4 22.4