(完整版)《化工原理教学课件》流体静力学基本方程.
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流体静力学ppt课件
取D125普通管。
化 学 工 程 基 础
定态流动与非定态流动
流动系统中，若任一截面上流体的性质（密度、粘 度等）和流动参数（流速、压力等）不随时间改变， 则此种流动称定态流动，否则称非定态流动。
化
学
工
程
基
础
物料衡算——连续性方程
连续性方程即流体做定态流动时的物料衡算式。
如图所示的定态流动系统，流体连续地从1-1′ 截面进入，2-2′截面流出，且充满全部管道。以1-1′、 2-2′截面以及管内壁为衡算范围，在管路中流体没 有增加和漏失的情况下，进行物料衡算。
推广至任意截面21ssww?2211ssvv???222111auau???常数?????uaauauvs?2211圆形管道不可压缩流体常数?????uaauauws????2221112121221??????????ddaauu222211dudu?化化学工程基础连续性方程例
第二节 流体动力学
主要内容: 流体流动的基本概念 连续性方程 柏努利方程 柏努利方程的应用
化 学 工 程 基 础
流量与流速
2、流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经 的距离。 ①点速度：流体流过截面某一点的速度。以ur表示。 ②平均流速：流体在截面各点速度的平均值。 Vs Vs u 或u A 3600 A 单位为m/ s 。习惯上，平均流速简称为流速。
3、流量与流速的关系为：
化 学 工 程 基 础
流量与流速
例2-4：20℃的水经管道输送，每小时输送72吨， 试对输水管管径进行初选。 解：20℃水密度ρ=998.2㎏/m3≈1000㎏/ m3
ws 721000 Vs 0.02 m3 s 3600 1000 3600
《化工原理教学课件》流体静力学基本方程
03
流体静力学基本方程
流体静力学基本方程的表述
流体静力学基本方程是流体静 力学中的核心方程，用于描述 流体在平衡状态下压力与密度、 高度之间的关系。
该方程表述为：p = p(ρ, h)， 其中p表示压力，ρ表示密度， h表示高度。
该方程表明，在重力场中，流 体的压力与密度和高度之间存 在一定的函数关系。
流体静力学方程的推导
总结词
流体静力学方程是通过实验和数学推导得出的，用于描述流体在静止状态下压力 与密度、高度之间的关系。
详细描述
流体静力学方程是通过实验和数学推导得出的，它描述了流体在静止状态下压力 与密度、高度之间的关系。该方程是流体静力学的基本方程，对于理解流体的平 衡状态和性质非常重要。
流体静力学方程的应用范围
3. 调整水泵的出口阀门，使水柱高度发生变化。 4. 记录不同高度下水柱的压力数据。
实验步骤和操作
实验操作 1. 打开水泵，使水开始循环流动。
2. 调整水泵出口阀门，逐渐增加水柱高度。
实验步骤和操作
3. 在不同的液柱高度下，记录对应的压力数据。
4. 分析实验数据，得出结论。
实验结果分析和结论
结果分析
通过对实验数据的分析，可以发现流体压力 与液柱高度之间存在线性关系，符合流体静 力学基本方程。同时，还可以观察到随着液 柱高度的增加，流体压力也相应增大，进一 步验证了流体静力学基本方程的正确性。
结论
通过本次实验，我们验证了流体静力学基本 方程的正确性，加深了对流体静力学原理的 理解。实验过程中需要注意观察和记录数据， 确保实验结果的准确性和可靠性。
06
习题与思考题
基础习题
基础习题1
基础习题3
写出流体静力学基本方程，并解释其 物理意义。
《化工原理教学课件》流体静力学基本方程
流体静力学方程的局限于非粘性流体，暂不适用于粘性流体的研究。
2
恒温条件
方程适用于恒温流体系统，对于变温系统的研究还需进一步探索。
3
忽略局部效应
在某些情况下，方程基于整体效应，可能无法准确描述局部流动。
总结和要点
• 流体静力学方程是研究静止流体行为的重要工具。 • 方程的应用广泛，包括能源、环境和化工行业。 • 但也需注意方程的局限性，继续研究和探索新的模型。
流体静力学方程在化工行业中的应用
1 流体输送
了解在化工流程中如何应用流体静力学方程 来确保材料的高效输送。
2 容器设计
探索如何利用流体静力学方程来设计安全、 可靠的化工容器。
3 液压系统
研究液压系统中流体静力学方程的应用，保 证系统的正常运行。
4 流体混合
揭示如何使用流体静力学方程来实现高效的 化学反应和流体混合。
能量守恒方程
讨论流体的能量转换和储存，揭示能量守恒的关键机制。
应用举例
水力发电站
解析水力发电站的流体静力学原 理和运行机制。
炼油厂
介绍炼油厂中流体静力学的应用 和关键技术。
水处理厂
探索水处理过程中流体静力学的 重要作用。
流体静力学方程的应用范围
探讨流体静力学方程在不同工程领域中的广泛应用，包括建筑、制造和环境 保护。
化工原理教学课件
欢迎来到《化工原理教学课件》！本课程将从流体静力学的基本方程开始， 为您揭示这一关键领域的奥秘。
流体静力学概述
介绍流体静力学的基本概念和应用，学习如何分析和计算静止流体的力学行为。
基本方程的推导
质量守恒方程
探讨流体的质量守恒原理和应用方法。
动量守恒方程
研究流体的动量传递规律，为实际问题提供解决方法。
流体静力学基本方程ppt课件
试问： 1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？
2）用倾斜U型管压差计，θ=30°，指示液为苯，其读 数R’为多少？ 3）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大 室截面积远远大于U型管截面积，此时读数R〃为多少？ R〃为R的多少倍？
已知：苯的密度 c 87k9g/m3 水的密度 A99k8g/m3
1）液体混合物的密度ρm
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xw、 Axw、 B 、 xw,n其中xwi
mi m总
当 m 总 1k时 gxw ， i m i
假设混合后总体积不变： V总xw A Axw B BLxw nnm 总 m
1 xwAxwBLxwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度 。
例：利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两 相界面位置，已知两吹气管出口的间距为H＝1m，压差计中 指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、 1000kg/m3、13600kg/m3。求当压差计指示R＝67mm时，界 面距离上吹气管出口端距离h。
第一章 流体流动
掌握内容
第1章 流体流动
1. 流体的密度和黏度的定义、单位、影响因素 及数据的求取；
2. 压强的定义、表示法及单位换算； 3. 流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利
方程及应用； 4. 流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及
计算； 5. 流体在管内流动时流动阻力计算； 6. 简单管路的设计计算； 7. 因次分析法的原理、依据、结果及应用。
当V总=1 m3时, m A x V A B x V B L n x n
——气体混合物密度计算式
2）用倾斜U型管压差计，θ=30°，指示液为苯，其读 数R’为多少？ 3）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大 室截面积远远大于U型管截面积，此时读数R〃为多少？ R〃为R的多少倍？
已知：苯的密度 c 87k9g/m3 水的密度 A99k8g/m3
1）液体混合物的密度ρm
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
xw、 Axw、 B 、 xw,n其中xwi
mi m总
当 m 总 1k时 gxw ， i m i
假设混合后总体积不变： V总xw A Axw B BLxw nnm 总 m
1 xwAxwBLxwn
m A B
n
——液体混合物密度计算式
压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度 。
例：利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两 相界面位置，已知两吹气管出口的间距为H＝1m，压差计中 指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、 1000kg/m3、13600kg/m3。求当压差计指示R＝67mm时，界 面距离上吹气管出口端距离h。
第一章 流体流动
掌握内容
第1章 流体流动
1. 流体的密度和黏度的定义、单位、影响因素 及数据的求取；
2. 压强的定义、表示法及单位换算； 3. 流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利
方程及应用； 4. 流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及
计算； 5. 流体在管内流动时流动阻力计算； 6. 简单管路的设计计算； 7. 因次分析法的原理、依据、结果及应用。
当V总=1 m3时, m A x V A B x V B L n x n
——气体混合物密度计算式
化工原理ppt-第一章流体流动
其单位为J/kg。
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二、流体系统的质量守恒与能量守恒
2. 柏努利方程
(1) 总能量衡算
4）外加能量 流体输送机械（如泵或风机）向流体作功。单位质量流体所获得
的机械能。用We表示，单位J/kg。 5）能量损失
液体流动克服自身粘度而产生摩擦阻力，同时由于管路局部装置 引起的流动干扰、突然变化而产生的阻力。流体流动时必然要消耗 部分机械能来克服这些阻力。单位质量流体克服各种阻力消耗的机 械能称为能量损失。用Σhf ，单位J/kg。
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知识运用
【1-3】某自来水厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择一合 适的管子。
解：水的密度：1000kg/m3， 体积流量：Vs=30000/（3600×1000）=0.0083（m3/s）
查表水流速范围，取u=1.8m3/s
根据d 4Vs
u
d 4Vs 4 30 / 3600 0.077 m 77mm
22
一、流体流量和流速
2.流速
单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。
（1）平均流速：u=Vs/A （m/s）
关系:G =u
（2）质量流速：G=Ws/A (kg/(m2·s))
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23
一、流体流量和流速
3.圆形管道直径的选定
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一、流体流量和流速
3.圆形管道直径的选定
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8
二、流体压力
2.表压与真空度
表压和真空度
p 当地大气压，
表压强=绝对压强-大气压强
p 当地大气压，
真空度=大气压强-绝对压强
化工原理-流体静力学方程
pa p1 Bg(m R)
pa p2 Bg Z m AgR 于是 p1 Bg(m R) p2 Bg Z m AgR
18
一、压强与压强差的测量
上式化简，得
p1 p2 (A B )gR BgZ
若
Z 0
则 p1 p2 (A B )gR
若U管的一端与被测流体连接，另一端与大 气相通，此时读数反映的是被测流体的表压强。
不同基准压力之间的换算 表压力 = 绝对压力－大气压力 真空度 = 大气压力－绝对压力 真空度 = -表压力
5
第1章 流体流动
1.2 流体静力学基本方程式 1.2.1 静止流体的压力 1.2.2 流体静力学基本方程式
6
流体静力学方程
微元立方流体
边长:dx、dy、dz 密度:ρ
图1-6 微元流体的静力平衡
例1-7 附 图
25
动画16
三、液封高度的计算
设备内操作条件不同，采用液封的目的也就 不同。流体静力学原理可用于确定设备的液封 高度。具体见[例1-8]、[例1-9]。
26
三、液封高度的计算
1-与真空泵相通的不凝性气体出口 2-冷水进口 3-水蒸气进口 4-气压管 5-液封槽
例1-9 附图
27
练习题目
ΔP，在此情况下，单位面积上所受的压力，称
为压力强度，简称压强，俗称压力，其表达式
为
p P A
ห้องสมุดไป่ตู้
p lim P A0 A
4
静止流体的压力
压力的单位 在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其 他 单 位 还 有 ： 1atm ＝ 101300 N/m2 ＝
101.3kPa ＝ 1.033kgf/cm2 ＝ 10.33mH2O ＝ 760mmHg
pa p2 Bg Z m AgR 于是 p1 Bg(m R) p2 Bg Z m AgR
18
一、压强与压强差的测量
上式化简，得
p1 p2 (A B )gR BgZ
若
Z 0
则 p1 p2 (A B )gR
若U管的一端与被测流体连接，另一端与大 气相通，此时读数反映的是被测流体的表压强。
不同基准压力之间的换算 表压力 = 绝对压力－大气压力 真空度 = 大气压力－绝对压力 真空度 = -表压力
5
第1章 流体流动
1.2 流体静力学基本方程式 1.2.1 静止流体的压力 1.2.2 流体静力学基本方程式
6
流体静力学方程
微元立方流体
边长:dx、dy、dz 密度:ρ
图1-6 微元流体的静力平衡
例1-7 附 图
25
动画16
三、液封高度的计算
设备内操作条件不同，采用液封的目的也就 不同。流体静力学原理可用于确定设备的液封 高度。具体见[例1-8]、[例1-9]。
26
三、液封高度的计算
1-与真空泵相通的不凝性气体出口 2-冷水进口 3-水蒸气进口 4-气压管 5-液封槽
例1-9 附图
27
练习题目
ΔP，在此情况下，单位面积上所受的压力，称
为压力强度，简称压强，俗称压力，其表达式
为
p P A
ห้องสมุดไป่ตู้
p lim P A0 A
4
静止流体的压力
压力的单位 在SI单位制中，压力单位是N/m2或Pa。 其 他 单 位 还 有 ： 1atm ＝ 101300 N/m2 ＝
101.3kPa ＝ 1.033kgf/cm2 ＝ 10.33mH2O ＝ 760mmHg
化工原理课件1.2 流体静力学
② 防止气体外泄； 水封 液封高度计算： 液封高度计算：
0
p
0 h.0 水 气体
煤气柜
p h0 = ρg
（3）浮力 ）
p0
p1
a
h
F
mg b
(a) (b)
p2
(c)
液体内物体的受力分析
物体所受浮力： 物体所受浮力：流体施加于该物体各表面上的总压力在垂直 方向上的代数和。
p+
p dy y 2
p dx x 2
p
p dz z 2
x
y
上式称为欧拉平衡方程。 上式称为欧拉平衡方程。
当流体所受的质量力仅为重力时：
po h1 zo z2 1
p1
X =Y =0
Z = g
表明： 表明：
p p = = 0 x y
2 z1 p2
静止流体在同一水平面上的压力是相等的。 故有：
P dP = = ρg z dz
0
真空度 = p（大气） p（绝）
绝对压力 绝对零压
绝对压力,表压和真空度的关系
表压与绝对压力的关系
P / MPa
真空度与绝对压力的关系
P / MPa
表 绝 对 压 力 气 压 大 压
测定压力 大气压
真 空 大 气 压 对 压 力 绝 度
大气压
测定压力
0
0
绝对
压
绝对
压
压力的 压力
: 与 的 压力的 与 , 的 空 的 的 关
R
ρ C < ρ A (略小)
⑤ 倒U形管压差计
ρ′
ρ
p1 p 2 = ( ρ ρ ′) gR
0 R
0
ρ >> ρ ′
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
(完整版)化工原理课件(天大版)
以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
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。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
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。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
化工原理第一章流体力学基础.ppt
1.3.1基本概念
• 4.非牛顿型流体
凡是剪应力与速度梯度不符合牛顿粘性定律的流体 均称为非牛顿型流体。非牛顿型流体的剪应力与速度 梯度成曲线关系，或者成不过原点的直线关系，如图
1-11所示。 宾汉塑性流体
涨塑性流体
牛顿流体
假塑性流体
d v/d y 图 1-11 剪 应 力 与 速 度 梯 度 关 系
此，位置越高的流体，其位能越大，而静压能则越小。
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量 上的应用
• 1．压力计
（1）单管压力计
pa
p1pa gR
或表压
p1 p1pagR
式中pa为当地大气压。 单管压力计只能用来测量高于
R
A 1• ..
图 1-5 单 管 压 力 计
大气压的液体压力，不能测气体压力。
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。
1.1 概述
• 2 流体的压缩性
流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩 性。实际流体都是可压缩的。 液体的压缩性很 小，在大多数场合下都视为不可压缩，而气体 压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但 如果压力变化很小，温度变化也很小，则可近 似认为气体也是不可压缩的。
应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量 上的应用
思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读
数 R反映了什么？
p1p2
(0)gR(z2z1)g
p1 z1
p2 z2
R A A’
1.2.3 静力学原理在压力和压力差测量
上的应用
• 2．压差计
表压绝压当地大气压
真空度 当地大气 绝压 压
南京理工化工原理课件1--流体流动
衡算基准： 单位重量流体为基准（m）：
We hf H 压头损失 H e 有效压头； f g g
2 u12 p1 We u2 p2 We h f Z1 Z2 2g g g 2g g g g
z1：位压头 u12/2g:动压头 p/ρ g：静压头 单位体积流体为计算基准（Pa）
三. 静压强的表示方法
绝对压强（ata）：以绝对真空为基准量得的压强； 表压强（atg）：以大气压强为基准量得的压强。
1-1-3 流体静力学基本方程
流体静力学基本方程是描述静止流体内部在压力和重力作用下， 流体的平衡规律，实质上是描述静止流体内部压强的变化规律。
对于dz微元：pA-(p + dp)A-ρ gAdZ= 0 对于同一流体，ρ 为常数，积分得： p1 p gz1 2 gz2
物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度时剪应力
的大小。
粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出
来。
粘度是流体物理性质之一，其值由实验测定
1-3-2 流动类型与雷诺准数
雷诺实验
流动类型：层流和湍流
雷诺指出： （1）当Re≤2000时，出现层流区，层流是稳定的。
（2）当2000＜Re＜4000时，有时出现层流，有时出现 湍流，决定于外界的扰动，此为过渡区。
p/ρ —单位质量液体所具有的静压能
1-1-4
流体静力学基本方程式的应用
一、压强与压强差的测量 1．U 型压差计
（pA+ρ gzA）－（pB+ρ gzB）=Rg （ρ A－ρ ） 两测压口处于等高面
pA－pB=（ρ A－ρ ）gR
2．微差压差计
（1）两种指示 液密度相 接近且不互溶。
流体输送技术—流体静力学(化工原理课件)
压力的单位
国际单位Pa （N/m2）
标准大气压 （atm）
工程大气压 （at）
液柱高度（如 mH2O或 mmHg等）
1 atm=1.033 kgf/cm2=1.013×105 N/m2=760 mmHg=10.33 mH2O 1 at=1 kgf/cm2=9.807×104 N/m2=735.6 mmHg=10 mH2O
➢（3）在静止、连通、均质的液体内，处于 同一水平面上的各点的压强都相等（等压面）。
➢（4）压强（当 p0=0 时）或压差 可用一定高度的液体柱表示。
测量化工生产管路中的压力和压力差
测量化工生产设备中的液位
求解 方法
推导
流体静力 学基本方程
讨论
流体静力学基本方程有哪些应用？
化工原理
测 量 压 力
所以 A-B ≈ A，则有：p1-p2 ≈ AgR
表压力
真空度
U形管压差计
管道
大气
当管道内的压力大于大气压 时，测量值反映的是设备或 管道内的绝对压力与大气压 力之差，也就是表压力。
U形管压差计
大气
管道
当设备或管道内的压力小于大 气压时，测量值反映的是设备 或管道内的大气压力与绝对压 力之差，也就是真空度。
p1
ρA
p2 Z2
Z1
静止流体的压强
p1A+gA （Z1-Z2）=p2A
化简
p2=p1+g （Z1-Z2）
p1
ρA
p2 Z2
Z1
静止流体的压强
p2=p1+g（Z1-Z2）
两边同时除以ρ整理
gz1
p1
gz2
p2
p0 p1
ρA
《化工原理教学》流体静力学基本方程
式中α为倾斜角，其值愈小，则R值放大为R＇的倍数愈大。
编辑ppt
3 、双液体U形管微差压差计（two-liguid manometer ）
指示液： 两种指示液密度不同、互不相容；
扩张室： 扩张室的截面积远大于U型管截面积，
当读数R变化时，两扩张室中液面不致有明 显的变化。
对于一定的压差，（ρa－ρb）愈小则
发生同样大小的变化。
4、液柱高度可以表示压力大小，也可以表示静压能和位能。
Z1
p1
g
Z2
p2
g
h Z1 Z2
p2 p1 ρg
5、等压面的概念：只受重力时，连续的同一种静止流体内，
同一水平面上的压力相等。编辑ppt （5个条件）
三、 等压面概念的应用
1 、U型管液柱压差计 （U-tube manometer）
6
6′2
2′
1000 9.81(2.0 0.9 2.5 0.7) 编辑ppt
0.3MPa(表压)
2 、倾斜式U形管压差计（inclined manometer ）
当被测量的流体压力或压差不大时，读数R必然很小，为 得到精确的读数，可采用如图所示的斜管压差计。
R‘与R的关系为: R＇＝R/sinα
编辑ppt
V 5 例.0 c：3 ， m d 利 0 .1 用c6 ， 真m h 空 3 .5 规c（m 是测量高真空的仪器）测压步骤为：（1）先 将真空规与被测系统连通，然后将真空规水平放置；（2）将真空
规立起，垂直放置，读A管与C管水银柱的高度差 h 。试导出被 测系统压强（p）与 h 的关系。
压力表的读数。它与绝对压力的关系可用下式表示： 表压＝绝对压力－大气压力
真空度（vacuum）：
编辑ppt
3 、双液体U形管微差压差计（two-liguid manometer ）
指示液： 两种指示液密度不同、互不相容；
扩张室： 扩张室的截面积远大于U型管截面积，
当读数R变化时，两扩张室中液面不致有明 显的变化。
对于一定的压差，（ρa－ρb）愈小则
发生同样大小的变化。
4、液柱高度可以表示压力大小，也可以表示静压能和位能。
Z1
p1
g
Z2
p2
g
h Z1 Z2
p2 p1 ρg
5、等压面的概念：只受重力时，连续的同一种静止流体内，
同一水平面上的压力相等。编辑ppt （5个条件）
三、 等压面概念的应用
1 、U型管液柱压差计 （U-tube manometer）
6
6′2
2′
1000 9.81(2.0 0.9 2.5 0.7) 编辑ppt
0.3MPa(表压)
2 、倾斜式U形管压差计（inclined manometer ）
当被测量的流体压力或压差不大时，读数R必然很小，为 得到精确的读数，可采用如图所示的斜管压差计。
R‘与R的关系为: R＇＝R/sinα
编辑ppt
V 5 例.0 c：3 ， m d 利 0 .1 用c6 ， 真m h 空 3 .5 规c（m 是测量高真空的仪器）测压步骤为：（1）先 将真空规与被测系统连通，然后将真空规水平放置；（2）将真空
规立起，垂直放置，读A管与C管水银柱的高度差 h 。试导出被 测系统压强（p）与 h 的关系。
压力表的读数。它与绝对压力的关系可用下式表示： 表压＝绝对压力－大气压力
真空度（vacuum）：
大学化学《化工原理-流体流动》课件
3. 电解食盐水制烧碱
水
大块食盐
碾磨
加热、搅拌、溶解
Cl2
电解反应
澄清、过滤
浑盐水
H2
烧碱液
蒸发浓缩结晶
烧碱
•12
0.1 化工过程与单元操作
物理操作在生产过程中占极重要地位。 化工生产中普遍采用、遵循共同操作原理，设 备相近，具有相同作用的一些基本的物理性操作， 称为“化工单元操作”。
•13
0.1 化工过程与单元操作
——各组分的体积分率。
•42
1.1 流体静力学基本方程式
已知各组分质量分率
1 xw1 xw2 xwn
m 1 2
n
(4)
xw1, xw2 xwn
——液体混合物中各组分的质量分率。
•43
1.1 流体静力学基本方程式
已知各组分摩尔分率
M i xi M1x1 M 2 x2 M n xn
(5)
化工原理
考核方式
• 提倡并鼓励同学之间讨论作业，但最终应独立完 成作业，作业1/3以上未交的不能参加考试。
• 缺勤3次以上的不能参加考试。 • 考核方式：期末（70%）+平时成绩（30%）（作
业+笔记+考勤+期中+实验）。
•2
参考书
• 化工原理(第三版) ， 陈敏恒。化学工业 出版社。
• 化工原理（新版），姚玉英主编。天津 大学出版社。
三、单位换算 1．定义：同一物理量若用不同单位度量时，其数值
需相应地改变，这种换算称为单位换算。 2．单位换算的基本方法 例：一标准大气压的压力等于1.033kgf/cm2，将其换
算成SI单位。
•25
0.4 单元操作中常用的基本概念
水
大块食盐
碾磨
加热、搅拌、溶解
Cl2
电解反应
澄清、过滤
浑盐水
H2
烧碱液
蒸发浓缩结晶
烧碱
•12
0.1 化工过程与单元操作
物理操作在生产过程中占极重要地位。 化工生产中普遍采用、遵循共同操作原理，设 备相近，具有相同作用的一些基本的物理性操作， 称为“化工单元操作”。
•13
0.1 化工过程与单元操作
——各组分的体积分率。
•42
1.1 流体静力学基本方程式
已知各组分质量分率
1 xw1 xw2 xwn
m 1 2
n
(4)
xw1, xw2 xwn
——液体混合物中各组分的质量分率。
•43
1.1 流体静力学基本方程式
已知各组分摩尔分率
M i xi M1x1 M 2 x2 M n xn
(5)
化工原理
考核方式
• 提倡并鼓励同学之间讨论作业，但最终应独立完 成作业，作业1/3以上未交的不能参加考试。
• 缺勤3次以上的不能参加考试。 • 考核方式：期末（70%）+平时成绩（30%）（作
业+笔记+考勤+期中+实验）。
•2
参考书
• 化工原理(第三版) ， 陈敏恒。化学工业 出版社。
• 化工原理（新版），姚玉英主编。天津 大学出版社。
三、单位换算 1．定义：同一物理量若用不同单位度量时，其数值
需相应地改变，这种换算称为单位换算。 2．单位换算的基本方法 例：一标准大气压的压力等于1.033kgf/cm2，将其换
算成SI单位。
•25
0.4 单元操作中常用的基本概念
《化工原理教学》流体静力学基本方程课件
2
油田开发
介绍流体静力学在油田开发和油井设计中的关键作用。
3
航空航天工程
讨论流体静力学在飞行器设计和空气动力学研究中的重要性。
总结和展望
通过本课件，您已经了解了《化工原理教学》流体静力学基本方程的重要性、 基本概念和应用领域。希望这些知识能够帮助您在实践中取得更好的成果。
《化工原理教学》流体静 力学基本方程课件
欢迎大家来到《化工原理教学》流体静力学基本方程课件。本课程将深入探 讨流体静力学的概念、方程和应用领域，帮助您全面理解这一重要领域的知 识。
流体静力学的介绍
1 背景
2 定义
3 应用
介绍流体静力学作为化工 原理的基础知识的重要性。
解释流体静力学是研究静 止流体行为的科学。
讨论流体静力学在不同工 程领域中的应用。
流体静力学的基本概念
压力
解释压力是流体静力学中的关键 概念，并探讨其计算方法。
密度
描述流体静力学中液体和气体的 密度概念和计算方法。
压力计量
介绍流体静力学中使用的压力计 量方法以及实验技术。
流体静力学的基本方程
艾伯特法定律
讨论艾伯特法定律的应用和推导过程。
体积是物体占据的空间大小， 可以通过几何测量或水浸法来 测量。
静力平衡的条件
条件 作用力平衡
扭矩平衡 重力平衡
描述 描述流体静力学中的合力为零，物体处于静止状 态。 讨论流体静力学中液体受力的扭矩平衡条件。 解释重力与浮力之间的平衡关系。
流体静力学的应用领域
1
建筑工程
探讨流体静力学在建筑结构设计和水利工程中的应用。
连续方程
介绍连续方程，描述流体静力学中液体和气体的 连续性。
贝努利公式
1.2 流体静力学基本方程式
空气 单位（Pa.s） ρ = 1.293 kg ⋅ m−3 ，µ = 0.0173cp = 0.0173×10−3 SI 单位（Pa.s） ，
C p = 1 . 01 kJ ⋅ kg − 1 ⋅ K − 1 ，管内流速取 8 ~ 15 m ⋅ s −1
水
ρ = 1000 kg ⋅ m−3 ，µ = 1cp = 1×10−3 SI 单位(Pa.s)， 单位(Pa.s) (Pa.s)，
图2-3 U管压差计
② 倾斜式压差计
p
A1 h1 = A2 L ⇒ h1 = h2 = L sin α
A2 L A1
A2
L
h2 h
A1
α
图2-4 倾斜式压差计
p = ρ g h = ρ g (h1 + h2 )
h1
A = ρ gL 2 + sin α A 1 = KL K = f ( ρ ,α ) = 0 . 2 ， . 4 ， . 6 ， . 8 L 0 0 0
p a = ρ 液 gh = p b = ρ 指 gR h =
图2-7 远距离测量液位
ρ指 R ρ液
３.确定液封高度
h=
p1
pa − p ρ液 g
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
p
pa
图2-6 测量液位的连通器 图2-8 冷凝器
4.倾析器 4.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， 可在倾析器中进行分层，使两种液体互 相分离。如图2 按静力学方程， 相分离 。 如图 2 - 9 ， 按静力学方程 ， 考 点和B点有： 虑A点和B点有：
P1 P2 + z1 = + z2 ρg ρg
C p = 1 . 01 kJ ⋅ kg − 1 ⋅ K − 1 ，管内流速取 8 ~ 15 m ⋅ s −1
水
ρ = 1000 kg ⋅ m−3 ，µ = 1cp = 1×10−3 SI 单位(Pa.s)， 单位(Pa.s) (Pa.s)，
图2-3 U管压差计
② 倾斜式压差计
p
A1 h1 = A2 L ⇒ h1 = h2 = L sin α
A2 L A1
A2
L
h2 h
A1
α
图2-4 倾斜式压差计
p = ρ g h = ρ g (h1 + h2 )
h1
A = ρ gL 2 + sin α A 1 = KL K = f ( ρ ,α ) = 0 . 2 ， . 4 ， . 6 ， . 8 L 0 0 0
p a = ρ 液 gh = p b = ρ 指 gR h =
图2-7 远距离测量液位
ρ指 R ρ液
３.确定液封高度
h=
p1
pa − p ρ液 g
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
p
pa
图2-6 测量液位的连通器 图2-8 冷凝器
4.倾析器 4.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， 可在倾析器中进行分层，使两种液体互 相分离。如图2 按静力学方程， 相分离 。 如图 2 - 9 ， 按静力学方程 ， 考 点和B点有： 虑A点和B点有：
P1 P2 + z1 = + z2 ρg ρg
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
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
化工原理第一章 流体流动-PPT课件
§1-1 流体静力学基本方程
p (p dx )dydz Xdxdydz 0 ➢ X方向受力 pdydz x p 化简： X 0 x
p ➢ Y方向受力 同理得： Y 0 y
➢ Z方向受力
欧拉平衡方程
p p p Xdx Ydy Zdz ( dx dy dz ) 0 x y z
四、讨论 ➢等压面：静止的、连续的、同一液体的同一水平面上 ➢压力可传递——巴斯噶定理、 ➢ h=(p1-p2)/(ρ g) ➢化工设备中可压缩流体内各点压强相等
§1-1-4流体静力学基本方程式的应用
一、压差或压强测量 液柱式压差计
化工原理 流体流动 材料与化学工程学院 化学工程与工艺教研室 10
§1-1 流体静力学基本方程
X
二、定态流动
0
X
化工原理 流体流动
0
材料与化学工程学院 化学工程与工艺教研室
18
§1-2 流体在管内的流动
§1-2-3连续性方程 一、管路系统 简单管路 串联管路
管路系统
复杂管路
二、连续性方程
3 2 3 2
分支管路
Ws Ws Ws 1 2 3 当 1 2 i
gdz dp
C
gz p gz p 1 1 2 2
P1 1 P2
2 Z
2
p p g ( z z ) 2 1 1 2
Z
1
p p 2 1 (z 1 z 2) g g
化工原理 流体流动 材料与化学工程学院 化学工程与工艺教研室 9
§1-1 流体静力学基本方程
流体类别 水及一般液体 粘度较大的液体 低压气体 易燃、易爆的 低压气体
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U形管压差计的测量结果与被测液体和指示剂 的密度有关，与高度差R有关，与U形管的大小、 形状无关！
下图所示是倒U型管压差计。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可根据液柱高度差R进行计算。
例: 如附图所示，常温水在管道中流过。为测定a、b两点的压 力差，安装一U型压差计，已知R=0.1m，试计算a、b两点的压 力差为若干？已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。
当系统的实际压力大于1大 气压时，采用压力表测压，压 力表读数称为表压。
当系统的实际压力小于1大 气压时，采用真空表测压，真 空表读数称为真空度。
绝对压力（absolute pressure） ：
以绝对真空(即零大气压)为基准。
表压(gauge pressure)：
压力表的读数。它与绝对压力的关系可用下式表示： 表压＝绝对压力－大气压力
根据流体静力学基本方程式则有
Pa = p1+(m+R)ρg Pb = p2+mρg+Rρ0g pa = pb
Δp = p1－p2 = (ρ0－ρ)gR
对于气体，
Δp = p1 - p2 = (ρ0 -ρ气)gR =ρ0gR
结论：
液体测压
Δp = p1－p2 = (ρ0－ρ)gR
气体测压
Δp = p1 - p2 = (ρ0 -ρ气)gR =ρ0gR
真空度（vacuum）：
真空表的读数。它与绝对压力的关系可用下式表示： 真空度＝大气压力－绝对压力
注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说 明时均可按标准大气压计算。
压力
大气压 绝对零压线
？ 真空度 绝压
？ 表压 绝压
三、 流体静力学基本方程
在静止液体中任意取一垂直液柱，如图所示。液柱的横截 面积为dA，液体密度为ρ，若以容器器底为基准水平面，则液 柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别为Z1和Z2，以p1 与p2分别表示高度为Z1及Z2处的压力。
在静止流体中，从各方向作用于某一点的压力大小均相等。
压力的单位: ❖ 帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位); ❖ 标准大气压, atm; ❖ 某流体在柱高度; ❖ bar（巴）或kgf/cm2等。
换算关系：
1标准大气压(atm)=101300Pa =10330kgf/m2 =1.033kgf/cm2(bar, 巴) =10.33mH2O =760mmHg
解 取管道截面a、b处压力分别为pa与pb。根据连续、静止的 同一液体内同一水平面上各点压力相等的原理，则
p1＇＝p1
（a）
pp11＇=R＝ρpHag－g+xpρ2=H2ROρgHgg+p2＇=RρHgg+pb－（R＋x）ρH2Og
根据式（a）
pa－pb＝xρH2Og＋RρHgg－（R＋x）ρH2Og ＝RρHgg－RρH2Og ＝0.1×(13600-1000) × 9.81 =1.24 × 104Pa
p0
在垂直方向上作用于液柱的力有：
p1
下底面所受之向上总压力为p2dA，单位N；
G
上底面所受之向下总压力为p1dA，单位N；
整个液柱之重力G＝ρg(Z1-Z2)dA，单位N。
z1
p2
z2
在静止液体中，上述三力之合力应为零，即：
p2dA－p1dA－ρgdA(Z1-Z2)＝0
p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)
例： 在某设备上装置一复式U型水银压差计，截面间充满
水，已知对某基准面而言，各点的标高分别为：h0=2.1m， h2=0.9m，h4=2.0m，h6=0.7m，h7=2.5m，求设备内水面 上方的表压力p。
等压面2 2'：p2 p2' pa Hgg(h0 h2 )
等压面4 4'：p4 p4' p2 H2Og(h4 h2 ) 等压面6 6'：p6 p6' p4 Hgg(h4 h6 )
流体的压缩性
不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变
化，这种流体称为不可压缩流体。
可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，
则称为可压缩流体。
实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可 压缩流体；气体应当属于可压缩流体。但是，如果压 力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流 体处理。
§1 流体静力学基本方程
一 流体的性质
1、质量和密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。 单位：kg/m3
2、重量与重度 单位体积流体所具有的重量称为流体的重度。 单位：N/m3
3、比重 某物质的密度与4 oC时水的密度之比称为该物
质的比重。 比重无单位
二、 压力 P
垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体的压强，简称 压强。习惯上称为压力。作用于整个面上的力称为总压力。
将等号两边除以ρ并加以整理可得：
gZ1
p1 ρ
gZ2
p2 ρ
上两式即为液体静力学基本方程式
gZ
p ρ
常数
流体静力学基本方程的物理意义：
1、静止流体内势能守恒。
2、静止流体内任一点的压力P的大小与该点的深度H有关， H越大，P越大。
p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)
p2＝p0＋ρgh
3、巴斯葛定律：液面压力有变化，将引起液体内部各点压
p6' p H2Og(h7 h6 ) p pa Hgg(h0 h2 h4 h6 )
4
4′
H2Og(h4 h2 h7 h6 ) 13600 9.81(2.1 0.9 2.0 0.7)
强发生同样大小的变化。
4、液柱高度可以表示压力大小，也可以表示静压能和位能。
Z1
p1
g
Z2
p2
g
h Z1 Z2
p2 p1 ρg
5、等压面的概念：只受重力时，连续的同一种静止流体内，
同一水平面上的压力相等。 （5个条件）
三、 等压面概念的应用
1 、U型管液柱压差计 （U-tube manometer）
化工原理
主讲教师：童汉清
第一章 流体流动
学习目的 与要求
通过本章的学习，应掌握流体流动过程的基 本原理及流体在管道内的流动规律，并运用这些 原理与规律去分析和计算流体的输送问题。
动量算
流 体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即 抗剪力的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化； 在外力作用下其内部发生相对运动。