第一章-流体流动-1-杜可杰

（二） 液位测量
1.近距离液位测量装置
化工厂中经常要了解容器里液体的贮存量，或要控制设备里的液面， 因此要进行液位的测量。大多数液位计的工作原理均遵循静止液体内 部压强变化的规律。
连通管： 最原始的液位计，在容器底部及液面上方各开一小孔，两 孔间用玻璃管相连
（二） 液位测量
玻璃管压差计
平衡室
压差计读数R反映出容器
关 系 、 查 工 资底册 、查手 续、查 在岗情 况等， 进行严 格清查 ，做
第一章 流体流动
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
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
p 1p 2R sin (0 )g
值越小，读数放大倍数越大。
ρ0
R' R sin
4. 微差压差计(双液压差计）
密度接近但不互溶的两种指示
液A和C (A ；C)
扩大室内径与U管内径之比应大于10 。 扩大室液面差可忽略
pp 1 p 2 R g (A C )
双液：水-煤油、酒精-煤油、CCl4-苯等
uqV m/s A
2）质量流速
单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
wqm qVu
AA
kg/（m2·s）
流量与流速的气关体系：：V=f(Tq ,Pm ) , 温qV 度、压u A 力变化w A
时，qv、u 随之变化，qm不变
3. 管径的估算 对于圆形管道：
费
总费用
用
d 4qV u
流量qV一般由生产任务决定。
pp 1p 2(0)g R
若被测流体是气体， ρ﹤﹤ ρ0 ，则有
p1p2 Rg0
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。测气体— 水 ③压强差仅与读数R与，密度差有关，与压差计粗细形状无关
3.当细管水位下降多高时,槽内水将放净?
例题： 解：1、判断两点压强是否相等，关键是等压点的条件是否满
足（静止，连续，同一流体，同一水平面）。
PA=PA’ PB=PB’ 因A及A’两点与B及B‘在静止的连通着的 同一种流体内，并在同一水平面上。
PC=PC’ 的关系不能成立。因C及C’两点虽 在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，
四、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 ρ0
p1
被测流体的密度为 ρ
A与A′面 为等压面，即
pA pA'
流体静力学基本方程得 A
pAp 1g(m R )
pA ' p2gm 0gR
p2
m R
A’
所以 整理得
p 1 g ( m R ) p 2 g m 0 g R
液柱上端面取液面时:
p p0gh
p1
z1g
p2
z2g
能量形式
——静力学基本方程式
讨论：
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体； （2）物理意义：
zg——单位质量流体所具有的位能，J/kg
p ——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 。
即截面C—C’不是等压面。
例题： 解： 2、计算玻璃管内水的高度h－－静力学方程应用 根据等压点，分别列出某点压强的计算公式，然后联立求解。
PB=PB’ PB=1 gH1+ 2gH2+p0 PB’＝2gh+p0 故： 2 g h+p0= 1 gH1+ 2 gH2+p0
3、 2 g h’+p0= 1 gH1+p0
1）体积流量： 单位时间内流体流过管路任一截面积的体积， 以qV 表示，单位：m3/s或m3/h。 2）质量流量 ： 单位时间内流体流过管路任一截面积的质量， 以qW表示，单位：kg/s或kg/h。
二者关系： qm qV
（二）流速
1）流速 （平均流速） 单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。
p1
表压
绝对压 力
真空度
p2
绝对压
大气压
力
绝对真空
绝Байду номын сангаас＞大气压 绝压＜大气压
表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
3.静压力的特性
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的压力在数值上均相同。
[例1-2]：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为80kPa， 在天津操作时，真空表读数应为多少？已知兰州地区的平均大气压 85.3kPa，天津地区为101.33kPa。 解：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压，根据兰州地区的 压强条件，可求得操作时的绝对压。
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。
绝对压力 ——以绝对真空为基准 为流体的真实压力
绝压＞大气压 绝压＜大气压
表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
注：大气压力应以当地大气压为准 表压与真空度应注明
p0
（1）上端面所受总压力
P1 p1 A 方向向下
（2）下端面所受总压力
P2 p2 A 方向向上
（3）液柱的重力
G m ggA (z1z2) 方向向下
p1 G
z1 p2 z2
液柱处于静止时，上述三力的合力为零:
p 2 A p 1 A g A (z 1 z2 ) 0
p2p1g(z1z2) 压力形式
混合液体
假设各组分在混合前后体积不变，则有
1 w1 w2 wn
m 1 2
n
w1,w2 wn——液体混合物中各组分的质量分数。
1kg混合液为基准
二、流体的密度与比体积
（二）比体积 单位质量流体的体积。
vV 1 m
m3/kg
三、流体静力学基本方程式
设流体不可压缩，ρ=K 取微元高度dz：
向上的力：
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。
p F A
式中
p──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)； F──垂直作用在面积A上的力，N； A──作用面积，m2。
流体各个方向的静压强相等
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 1at=1kgf/cm2=9.807×104pa=10mH2O=735.6mmHg
2. 倒U形管压差计
该压差计是利用被测量液体本身作为
指示液的。压力差p1－p2可根据液柱高度
ρg
差R进行计算。取等压面A B
P1PAgZ 1
P2PBg2 ZggR
P 1g1Z P 2g2Z ggR
p p 1 p 2 R g (0 ) R g
3.斜管压差计 适用于压差较小的情况。
PA
向下的力： (P + dP)A
重力：
mg =ρgAdZ
三力之和为零 ： PA - (P + dP)A - ρgAdZ = 0
即
dP +ρgdZ = 0
对上式进行不定积分得：
ρgz+P＝常数
——流体静力学基本方程式
三、流体静力学基本方程式
取距离基准水平面高度为Z1和Z2的两个平面，密度=常数
重力场中对液柱进行受力分析：
管道中充满氮气，其 密度较小，近似认为
pA pB
而 pA pa gh
pB pa 0gR
A
所以
h 0 R
B
动画模拟1
（三） 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：
p
h
H 2O g
实际中管子插入液面下深度比计算值略低：
操作费 设备费
流速选择：
u适宜
u
u↑→ d ↓ →设备费用↓ 流动阻力↑ →动力消耗↑ →操作费↑
流体。
③ 流体的分类
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体—液体体积随压力变化很小
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。
学习重点
通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过程的基本原理 和规律，并运用这些原理和规律分析和计算流体流动过程中 的有关问题。
第一节 流体静力学
一、压力
专 项 清 理 工 作，整 个清理 工作严 格把关 ，不漏 任何环 节，确 保专项 治理不 走过场 ， 顺 利 完 成 自查自 纠工作 任务。 经过自 查，没 有发现 吃空饷 问题。 现将具 体问题 汇 报 如 下 : 一 、 基 本情 况 金 凤 区 编 办核 定行政 编制3名 ，现 有行政 工作人 员 4名 ， 其 中 退二线 工作人 员1名 (张自俊 );核定 事业编 制2名 ，现有 事业工 作人员 1
讨论：
（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。-连通器原理 （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。-帕斯卡原理
水压机、液压传动装置