化工原理-第一章-流体流动PPT课件

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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
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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
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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。
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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
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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：
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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
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U管压差计 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反
应，且其密度应大于被测流体。
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2.倾斜液柱压差计
R1
R
R1=R/sin R= R1 sin
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3. 微差压差计— 放大读数
p 1
p 2
C R
特点： （1）内装两种密度相近 且不互溶的指示剂； （2）U型管两臂各装扩 大室（水库）。
Pa- Pb= R g ( 汞 - 水 )
= 0.19.81(13600 -1000)
= 1.24 103 Pa

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2.液位的测量
1
2
h
1-容器
2-平衡的小室
3-U管差压计
R
3 A-指示剂
测量压强的仪表种类很多，其中以流体静力 学基本方程式为依据的测压仪器称液柱压差计， 它可测量流体的压强或压强差，其中较典型的有 下述两种。
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1.U型管压差计
P1 P2
H
R A A'
'
A-A’为等压面
PA=PA’ PA= P1+ g ( H+R ) PA’=P2+ 0 g R+ gH P1 - P2= R g (0- ) 如测量气体
=101330 - 5300 =96030[Pa]
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二、流体的密度与比体积
1.定义：单位体积流体所具有的质量，kg/m3。
lim m
V0 V
2.求取： (1)液体： 一般可在物理化学手册或有关资料中查 得，教材附录中也列出某些常见气体和液体的密度。
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(2)气体 —为可压缩性的流体，通常（压力不太高， 温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体 状态方程处理
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流体的特征是具有流动性。流体在流动过程中 具有一定的规律性，这些规律对化工生产具有一定 的指导作用，具体表现在以下几个方面：
（1）流体的输送 管径的确定、输送设备的负荷； （2）压强、流速和流量的测量 为仪表测量提供依据； （3）为强化设备提供适宜的流动条件 设备的操作效率 与流体流动状况有密切关系。
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解:利用等压面原理求解
油 H1
C C' A A'
水
H2 B
B'
1. PA=PA’ PB=PB’
2. 2 g h+p0= 1 gH1+ 2 gH2+p0
h=H2+H1ρ1/ρ2 h=1.16m
3. 2 g h’= 1 gH1 h’=0.56m
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四、流体静力学基本方程式的应用
1.压强与压强差的测量
1）当容器液面上方的压强一定时，静止液体内部任 一点压强 p 的大小与液体本身的密度ρ和该点距液面 的深度 h 有关。因此，在静止的、连续的同一液体 内，处于同一水平面上各点的压强都相等。
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2）当液面上方的压强 p0 改变时，液体内部各点的 压强 p 也发生同样大小的改变（巴斯葛原理）。
3）式 p = p0 + gh 可该写为：(p－p0)/g = h，说明
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例题：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。
绝对压=大气压 - 真空度
= 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝对压
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三、 流体静力学基本方程式
1.内容
描述静止流体内部压力（压强）变化规律的数 学表达式。
流体静力学基本方程式的推导（自学）
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p1
gz1
p2
gz2
p2 p1 g z1 z2
p p0 gh
使用条件：
静止的同一种连续的流体；流体密度恒定。
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由流体静力学基本方程式可得到以下结论：
要求：
1.掌握流体静力学基本方程式及应用； 2.掌握连续性方程及应用； 3.掌握柏努利方程式及应用； 4.掌握流动阻力的计算； 5.掌握管路计算。
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重点：
1.柏努利方程式及应用； 2.流动阻力的计算； 3.管路计算。
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流体：液体和气体统称为流体。
可压缩性流体— 气体 不可压缩性流体— 液体
在研究流体流动时，通常将流体视为由无数分子集 团所组成的连续介质，每个分子集团称为质点。
压强差的大小可以用一定高度的液柱表示，但必须 标明是何种液体液柱。
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例题:1.判断下面各式是否成立 PA=PA′ PB=PB′ PC=PC′
2.细管液面高度 h
油 H1
水
H2
C C'
A h A'
1 = 800kg/m3 2 =1000kg/m3
H1= 0.7m
B B' H2= 0.6m
3.当细管水位下降到多高时,槽内水将放净?
ρ=MP/RT
ρ=ρ0T0P/TP0
（3）混合物密度
气体
ρm=MmP/RT
Mm=y1M1+y2M2+…ymMm
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液体混合物密度
ρ 1m=ρ w 11+ρ w 22+…+ρ w n n
w — 质量分率
应用条件： 混合物体积等于各组分单独存在时的体积之和。
3、比体积
单位质量的流体所具有的体积。
v=V/m=1/ρ