化工原理-流体静力学

•北京化工大学
•2. 近距离液位测量装置
•R反映出容器内的液面高度
等压面：p1 p1 '
•
p1 p g(m R) 0 gR
•1
p1 ' p g(m h)
•1’ •0
gh ( 0 ) gR
0 h R
•液面越高，h，R；当液面达到最高时，h=0，R=0
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。
● 理想流体：无粘性的流体（=0） 。
ù
牛顿型粘性定律适用：分层流动（层流）、牛顿型流体
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三、粘度 （动力粘度）
τ 1. 粘度的物理意义 μ du / dy
流体流动时在与流动方向相垂直方向上产生单位 速度梯度所需的剪应力。 粘性的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。
pa
真空度
● 其密度0> 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液
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思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时R反映了什么？
p2 p1 z2
( p1 gz1 ) ( p2 gz2 ) ( 0 ) gR
z1
R
A
A’
R反映的并不是两点的压力差，而是两点静压能与位 压能（统称势能）之和的差。

m2/s
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小结1.1
基本概念： 连续介质假定； 可压缩、不可压缩流体； 牛顿型、非牛顿型流体； 理想流体；
密度和粘度的定义、单位及影响因素；
压力的定义、表示方法及单位换算。
牛顿粘性定律：
du dy
适用范围
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1.2 流体静力学
1.2.1 静压力特性 1.2.2 流体静力学基本方程 1.2.3 流体静力学基本方程的应用
静力学基本方程
p2 p0 gh
适用条件: 重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体
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讨论： （1）物理意义： zg——单位质量流体所具有的位能，J/kg
总势能
p/——单位质量流体所具有的静压能，J/kg
p ρ
z g const
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（势能）保持不变。
所以 整理得
p p1 p2 ( 0 ) gR
若被测流体是气体， ＜＜0 ，则
p 0 gR
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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，R反映 的是流体的表压或真空度。 p1 p1
pa
表压 （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
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（2）在重力场中，静止、连续的同种不可压缩流体
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 （3）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。 （4）对于间断、非单一流体的内部不能用静力学方程， 此时必须采用逐段传递压强的办法来处理。 应用静力学基本方程求解问题——关键在于准确选等压面
u
u=0 （1）流体内部质点存在相对运动。 （2）某些情况下，流体可视为分层流动的；在流动过程中，离 固定板近的流体层或质点速度慢，远则快。 （3）相邻两流体层间的相互作用形成了流体的内摩擦力，流体 流动时为了克服内摩擦需要消耗机械能。 （4）内摩擦力是一种平行于流体微元表面的力。
2
二、 牛顿粘性定律
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2. 倒U形压差计
指示剂0 < 被测流体 常用空气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
A B
A’ B’
R
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3. 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况 R’＝R/sin
sin R’
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4. 双液体U管压差计 适用于压差较小的场合 ● 接近但不互源自的两种指示液A和C书P9-14
压力及压差的测量 液位测量 液封高度的计算 流向判断
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1.2.1 静压力特性 ● 流体压力与作用面垂直，并指向该作用面； ● 静止流体中任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；
● 静止流体中作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
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1.2.2 流体静力学基本方程
设=const 重力场中在垂直方向上，对液柱进行受力分析： （1）上端面所受总压力 p0 p1 方向向上 G p2 方向向下
复习
思考题：某设备上安装的真空表读数为700mmHg，此设
备的绝压=
Pa，其表压=
mmHg；已知当地
大气压为730mmHg。
基本概念： 连续介质假定；
压力的定义、表示方法及单位换算。
密度的定义、单位及影响因素；
可压缩、不可压缩流体；
1
1.1.7 剪切力与粘度 一、流体内部质点的运动状况
F
y · u
F
u
F du A dy
式中：F——内摩擦力，N；
y · u
u=0
du ——法向速度梯度，1/s； dy
τ ——剪应力，Pa；
μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa· 。 s ù dy dù
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圆形直管内：
壁处dù /dy=max， = max
管中心处dù /dy=0， = 0
● 牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿
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1.2.2 流体静力学基本方程的应用
一、压力及压差的测量 1. 正U形压差计 A与A’面 为等压面 而 p1 p2
pA pA '
A A’
m R • 指示液——0 • 被测流体——
pA p1 g(m R)
pA ' p2 gm 0 gR
p1 g(m R) p2 gm 0 gR
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•3. 远距离液位测量装置 • 前提：
•pa •p • •A
a
管道中充满N2, 其较小
u气很慢
•B
pA pB
•而
•0
p A pa gh
pB pa 0 gR
0 h R
•北京化工大学
• 三、 液封高度的计算 • 液封作用：
•
（1）确保设备安全：当设备内
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F1 p1 A
F2 p2 A
（3）液柱的重力
方向向下
（2）下端面所受总压力
z1
z2
G gA( z1 z2 )
液柱处于静止时，合力为零:
p2 A p1 A gA( z1 z2 ) 0
p2 p1 g( z1 z2 )
p1

z1 g
p2

z2 g
A C
● D / d 10
p p1 p2 Rg( A C )
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5. 复式压差计
书例1-4
适用于压差较大的情况
z1
1 1’
2
2’
z2
3 3’
p A pB ( 0 )g( R1 R2 )
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• 二、液位测量
•1. 液面管
•最原始的液位测量装置
压力超过规定值时，气体从液封 管排出，又称安全性液封；
•（2）设备为负压时，防止外界
•p •
气体进入设备内。
p(表 ) h g
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• 小结1.2
•静力学基本方程式：
p1

z1 g
p2

z2 g
•应用条件
•静力学基本方程应用： •● 压力及压差的测量
•正U形压差计 p ( 0
流体一定时： f ( p, T )
液体 :
f (T )
T↑→↓
气小液两个数量级
气体 : 一般 超高压
f (T )
T↑→↑ p↑→↑
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f ( p, T )
2. 粘度的单位
SI制：Pa· 或 kg/(m· s s) 物理制：P(泊)或dyn.s/cm2；cP(厘泊) 换算关系： 1cP＝10-2P＝10-3 Pa· s=1mPa.s 3. 运动粘度
•倒U形压差计
) gR
p gR
•放大读数：斜管式压差计、双液体压差计
•缩小读数：复式压差计
•● 液位测量 •● 液封高度的计算