任务1 流体静力学
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V
（2）公式计算：
气体： 气体混合物：
2014-5-1
pM RT
8
----------理想气体状态方程
Mm M1 x1 M 2 x2 ...
2. 相对密度
是指给定条件下某一物质的密度1与另一参考物质的密度 2之比。
1 d 2
3. 比容 是指单位质量的物料所具有的体积，是密度的倒数。
---以当地大气压为基准
表 压
表压＝绝对压力－当地大气压 真空度＝当地大气压－绝对压力
绝 对 压 强
大气压线 大 气 压 真空度 绝对压强 绝对零压线
2014-5-1
14
总结
密度概念和计算方法； 压强的定义、单位换算和表示方法； 任务一作业：习题1和2 思考题：工业生产中，有时会用真空抽送的方式 将水或密度比水大的流体输送到10m以上的高位 槽中，请解释这样做的理由？
基本方程式。
案例1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超 过10.7×103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用 是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此 炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。 解：以液封管口作基准水平面
o-o’，在其上取1，2两点。
3 P 炉内 压强 P 10 . 7 10 1 a
∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA
'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液 体，即截面B-B’不是等压面，故 PB PB '不成立。 （2）计算水在玻璃管内的高度h
PA PA
设大气压为Pa
'
PA和PA’又分别可用流体静力学方程表示
PA Pa 油 gh1 水 gh2
2014-5-1
12
1 atm(标准大气压)=1.013×105 Pa
=760 mmHg
=10.33 mH2O 1at(工程大气压）=1 kgf/cm2 =735.6mmHg = 10mH2O =98.07 ×103 Pa (1kgf=9.81N)
2014-5-1 13
流体的压强 2 压强的基准 压强大小的两种表征方法 绝对压力 ---以绝对真空为基准 表压
课程介绍
化工原理课程是化学工程、化工工艺类及相近专业的技术 基础课，它在基础课和专业课之间起着承前启后、由理及工的 桥梁作用，是化工类及相近专业的主干课程。化工原理的主要 研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原 理的共性归纳成的若干“单元操作”。 化工原理属工科科学，用自然科学的原理考察、解释和处 理工程实际问题，强调从传递实质上理解过程，强调共同研究 方法的教育。加强定量运算、实验技能和设计能力的训练，强 调工程观点，强调理论和实际相结合，提高分析问题、解决 问题的能力。
流体静力学基本方程式应用
案例5：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,
3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 800 kg / m 密度 1
2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。
2 ）计算玻璃管内水的高度 h 。
解：（1）判断题给两关系是否成立
4. 将(2)式移项整理得：
p1 p2 z1 z2 g g
2014-5-1
或
p z 常数 g
(5)
适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩流体
29
流体静力学基本方程式应用
案例4： 如图所示，三个设备内的水 面在同一个水平面上，连通 管的下部是水银，问：（1） .1、2、3三处的压力是否相 等？ （2）.4、5、6三处的压力是 否相等？
P2 Pa gh
P 1 P 2
Pa 10.7 103 Pa gh
h 1.09m
U型管压差计
Pa Pb
根据流体静力学方程
Pa P 1 B g m R
Pb P2 B g ( z m) A gR
P 1 B g m R P 2 B g ( z m ) A gR
远距离控制液位的方法
压缩氮气自管口 经调节阀通入，调
节气体的流量使气
流速度极小，只要 在鼓泡观察室内看 出有气泡缓慢逸出 即可。 压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度 。
案例2：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。 解：忽略吹气管出口端到U 型管两侧的气体流动阻
力造成的压强差，则：
的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别
为z1和z2，以p1和p2分别表示高度为z1和z2处的
G
压力，液面上方的压力为p0。
p2
分析垂直方向上液柱的受力： p2A p1A G＝ gA (z1- z2)
27
向上： 向下：
2014-5-1
当液柱处于相对静止状态时，说明作用在此液柱上诸力的合力为零， 即： 化简得： p2A－ p1A － gA (z1- z2)＝0
V 1 m
2014-5-1 9
完成
西安交通大学利用超声波的方法用甲醇水溶液制备氢 气，甲醇水溶液中，水的质量份数为0.9，甲醇为0.1， 求计算该溶液在293K的密度。
深化-讨论计算
案例2：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分 别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？
流体的压强
复习
1、气体密度、表压和真空度的计算方法 2、流体静力学基本方程式及其应用
深化
思考题：在工业生产中，某管路已经被腐蚀出小孔，但流体 流过却不泄露，为什么？ 案例 6 ：如图所示，某厂为了控制乙 炔 发 生 炉 内 的 压 强 不 超 过
10.7×103Pa （表压），需在炉外装
有安全液封，其作用是当炉内压强超 过规定，气体就从液封管口排出，试 求此炉的安全液封管应插入槽内水面 下的深度h。
案例1
理
工
某酒厂调配成品酒，用甲、乙、丙三种原料酒调配出 含酒精16.0%、糖3.0%的成品酒100Kg，问需要甲、乙 和丙三种原料酒各多少？
组分 甲 乙 丙
酒精含量/%(质量分数)
糖含量/%(质量分数)
14.6
0.2
16.7
1.0
17.0
12.0
Answer：M甲=36.31Kg； M乙=42.87Kg； M丙=20.82Kg
流体
气体 液体
流体
把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微
团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型（或连续性假定）。
2014-5-1
4
流体的特征
1．易流动性 2．可压缩性
工程上： 流体
可压缩流体
不可压缩流体
密度为常数
3．无固定形状
2014-5-1
5
任务一、流体静力学
任务一、流体静力学
新课内容
1、化工企业中流体静力学方程式的应用
（计算液封高度、测量液面位置和测定压差）
2、流量和流速
液封
3、液封高度的计算 液封的作用： • 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用
就是： 当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又 称为安全性液封。 • 若设备内为负压操作，其作用是：防止外界空气进入设备 • 液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据流体静力学
知识深化
案例3：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分 别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？
案例4：若空气的组成近似看作为：氧气和氮气的体 积分数分别为0.21和0.79。试求100KPa和300k时的空 气密度？
复习
1、密度、比容概念，二者关系？ 2、液体、气体密度计算公式？ 3、压强的概念，真空度和表压的公式
高分子材料应用技术专业《化工基础》课程的任务
情境一、化工企业流体的输送
情境二、换热器的选择
1、了解化工管路的管材、管 1、了解换热器的结构和特点； 件、流速分布、流动边界层 2、理解各种流体的测量原理； 的概念； 3、理解导热过程的分析以及对 2、理解流体密度、压强、粘 流传热的分析； 度和阻力的概念和各种流体 4、掌握流体流量的计算方法、 的测量原理； 传热面积的计算和保温层的计 3、掌握流体流量的计算方法； 算。
（计算液封高度、测量液面位置和测定压差）
2、流量和流速
深化
思考题：在工业生产中，某管路已经被腐蚀出小孔，但流体 流过却不泄露，为什么？ 案例 6 ：如图所示，某厂为了控制乙 炔 发 生 炉 内 的 压 强 不 超 过
10.7×103Pa （表压），需在炉外装
有安全液封，其作用是当炉内压强超 过规定，气体就从液封管口排出，试 求此炉的安全液封管应插入槽内水面 下的深度h。
P 1P 2 A B gR Agz
当管子平放时： P 1P 2
A B gR
——两点间压差计算公式
A 当被测的流体为气体时，
B ， B 可忽略,则
P1 P2 A gR
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。 当 P1-P2 值较小时， R 值也较小，若希望读数 R 清晰，可 采取三种措施：两种指示液的密度差尽可能减小、采用倾斜 U型管压差计、 采用微差压差计。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
p2 ＝ p1 ＋ g (z1- z2)
(1)
(2)
或：
p2 p1 z1 z2 g
p 2 ＝ p 0 ＋ g h
若液柱上表面取在液面上，令 z1- z2 = h，则上式可写为： (3)
p2 p0 h g
(4)
上述式子均称为流体静力学基本方程式。它反映了流体不受水平外力 作用，只在重力作用下流体内部压力（压强）的变化规律。
情景：西安交通大学利用超声波的方法用甲醇水溶 液制备氢气，甲醇水溶液中，水的质量份数为0.9 ，甲醇为0.1，求计算该溶液在293K的密度。
流体的密度、相对密度和比容 1．流体的密度 流体的密度—单位体积流体的质量。用表示，属于物性。 国际单位用kg/m3 m
影响因素：流体种类、浓度、温度、压力 获得方法：（1）查物性数据手册 液体混合物：
2014-5-1 28
流体静力学基本方程式的讨论
1. 当容器液面上方的压强p0 一定时，静止液体内任一点压强的大 小，与液体本身的密度 和该点距液面的深度 h 有关。因此，在
静止的、连通的同一种液体内，处于同一水平面上的各点的压强
都相等。此压强相等的面，称为等压面。
2. 当p0 改变时，液体内部各点的压强也将发生同样大小的改变— 帕斯卡原理。 3. 压强或压强差的大小可用液柱高度来表示。
PA 水 gh Pa
'
PA PA
'
Pa 油 gh1 水 gh2 Pa 水 gh
800 0.7 1000 0.6 1000h
h 1.16m
总结
1、气体密度、表压和真空度的计算方法 2、流体静力学基本方程式及其应用
作业：习题1和2 预习： 1、化工企业中流体静力学方程式的应用
流体的压强------流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压
强，用p表示，工程上习惯称之为压力。
1 压强的单位 SI 制中， N/m2 = Pa，称为帕斯卡
物理学（cgs制）中，绝对大气压（atm）；
毫米汞柱（mmHg）；米水柱（m水柱）等
工程单位制中， kgf/cm2,称为工程大气压（at）。
压强案例
案例3：在兰州地区操作苯乙烯真空蒸馏塔的表读数是 80*103Pa，而在天津地区应该如何操作时。兰州地区大气 压为85.3 *103Pa，天津地区的大气压为101.33*103Pa。
补充
流体静力学基本方程式推导
p0 p1
如图所示：容器中盛有密度为的静止液
体。现从液体内部任意划出一底面积为A的垂 直液柱。若以容器底部为基准水平面，液柱
密度案例
案例1：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分 别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？
案例2：若空气的组成近似看作为：氧气和氮气的体 积分数分别为0.21和0.79。试求100KPa和300k时的空 气密度？
思考题
工业生产中，有时会用真空抽送的方式将水或密度比 水大的流体输送到10m以上的高位槽中，请解释这样 做的理由？
（2）公式计算：
气体： 气体混合物：
2014-5-1
pM RT
8
----------理想气体状态方程
Mm M1 x1 M 2 x2 ...
2. 相对密度
是指给定条件下某一物质的密度1与另一参考物质的密度 2之比。
1 d 2
3. 比容 是指单位质量的物料所具有的体积，是密度的倒数。
---以当地大气压为基准
表 压
表压＝绝对压力－当地大气压 真空度＝当地大气压－绝对压力
绝 对 压 强
大气压线 大 气 压 真空度 绝对压强 绝对零压线
2014-5-1
14
总结
密度概念和计算方法； 压强的定义、单位换算和表示方法； 任务一作业：习题1和2 思考题：工业生产中，有时会用真空抽送的方式 将水或密度比水大的流体输送到10m以上的高位 槽中，请解释这样做的理由？
基本方程式。
案例1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超 过10.7×103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用 是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此 炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。 解：以液封管口作基准水平面
o-o’，在其上取1，2两点。
3 P 炉内 压强 P 10 . 7 10 1 a
∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA
'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液 体，即截面B-B’不是等压面，故 PB PB '不成立。 （2）计算水在玻璃管内的高度h
PA PA
设大气压为Pa
'
PA和PA’又分别可用流体静力学方程表示
PA Pa 油 gh1 水 gh2
2014-5-1
12
1 atm(标准大气压)=1.013×105 Pa
=760 mmHg
=10.33 mH2O 1at(工程大气压）=1 kgf/cm2 =735.6mmHg = 10mH2O =98.07 ×103 Pa (1kgf=9.81N)
2014-5-1 13
流体的压强 2 压强的基准 压强大小的两种表征方法 绝对压力 ---以绝对真空为基准 表压
课程介绍
化工原理课程是化学工程、化工工艺类及相近专业的技术 基础课，它在基础课和专业课之间起着承前启后、由理及工的 桥梁作用，是化工类及相近专业的主干课程。化工原理的主要 研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原 理的共性归纳成的若干“单元操作”。 化工原理属工科科学，用自然科学的原理考察、解释和处 理工程实际问题，强调从传递实质上理解过程，强调共同研究 方法的教育。加强定量运算、实验技能和设计能力的训练，强 调工程观点，强调理论和实际相结合，提高分析问题、解决 问题的能力。
流体静力学基本方程式应用
案例5：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,
3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 800 kg / m 密度 1
2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。
2 ）计算玻璃管内水的高度 h 。
解：（1）判断题给两关系是否成立
4. 将(2)式移项整理得：
p1 p2 z1 z2 g g
2014-5-1
或
p z 常数 g
(5)
适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩流体
29
流体静力学基本方程式应用
案例4： 如图所示，三个设备内的水 面在同一个水平面上，连通 管的下部是水银，问：（1） .1、2、3三处的压力是否相 等？ （2）.4、5、6三处的压力是 否相等？
P2 Pa gh
P 1 P 2
Pa 10.7 103 Pa gh
h 1.09m
U型管压差计
Pa Pb
根据流体静力学方程
Pa P 1 B g m R
Pb P2 B g ( z m) A gR
P 1 B g m R P 2 B g ( z m ) A gR
远距离控制液位的方法
压缩氮气自管口 经调节阀通入，调
节气体的流量使气
流速度极小，只要 在鼓泡观察室内看 出有气泡缓慢逸出 即可。 压差计读数R的大小，反映出贮罐内液面的高度 。
案例2：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。 解：忽略吹气管出口端到U 型管两侧的气体流动阻
力造成的压强差，则：
的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别
为z1和z2，以p1和p2分别表示高度为z1和z2处的
G
压力，液面上方的压力为p0。
p2
分析垂直方向上液柱的受力： p2A p1A G＝ gA (z1- z2)
27
向上： 向下：
2014-5-1
当液柱处于相对静止状态时，说明作用在此液柱上诸力的合力为零， 即： 化简得： p2A－ p1A － gA (z1- z2)＝0
V 1 m
2014-5-1 9
完成
西安交通大学利用超声波的方法用甲醇水溶液制备氢 气，甲醇水溶液中，水的质量份数为0.9，甲醇为0.1， 求计算该溶液在293K的密度。
深化-讨论计算
案例2：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分 别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？
流体的压强
复习
1、气体密度、表压和真空度的计算方法 2、流体静力学基本方程式及其应用
深化
思考题：在工业生产中，某管路已经被腐蚀出小孔，但流体 流过却不泄露，为什么？ 案例 6 ：如图所示，某厂为了控制乙 炔 发 生 炉 内 的 压 强 不 超 过
10.7×103Pa （表压），需在炉外装
有安全液封，其作用是当炉内压强超 过规定，气体就从液封管口排出，试 求此炉的安全液封管应插入槽内水面 下的深度h。
案例1
理
工
某酒厂调配成品酒，用甲、乙、丙三种原料酒调配出 含酒精16.0%、糖3.0%的成品酒100Kg，问需要甲、乙 和丙三种原料酒各多少？
组分 甲 乙 丙
酒精含量/%(质量分数)
糖含量/%(质量分数)
14.6
0.2
16.7
1.0
17.0
12.0
Answer：M甲=36.31Kg； M乙=42.87Kg； M丙=20.82Kg
流体
气体 液体
流体
把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微
团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型（或连续性假定）。
2014-5-1
4
流体的特征
1．易流动性 2．可压缩性
工程上： 流体
可压缩流体
不可压缩流体
密度为常数
3．无固定形状
2014-5-1
5
任务一、流体静力学
任务一、流体静力学
新课内容
1、化工企业中流体静力学方程式的应用
（计算液封高度、测量液面位置和测定压差）
2、流量和流速
液封
3、液封高度的计算 液封的作用： • 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用
就是： 当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又 称为安全性液封。 • 若设备内为负压操作，其作用是：防止外界空气进入设备 • 液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据流体静力学
知识深化
案例3：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分 别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？
案例4：若空气的组成近似看作为：氧气和氮气的体 积分数分别为0.21和0.79。试求100KPa和300k时的空 气密度？
复习
1、密度、比容概念，二者关系？ 2、液体、气体密度计算公式？ 3、压强的概念，真空度和表压的公式
高分子材料应用技术专业《化工基础》课程的任务
情境一、化工企业流体的输送
情境二、换热器的选择
1、了解化工管路的管材、管 1、了解换热器的结构和特点； 件、流速分布、流动边界层 2、理解各种流体的测量原理； 的概念； 3、理解导热过程的分析以及对 2、理解流体密度、压强、粘 流传热的分析； 度和阻力的概念和各种流体 4、掌握流体流量的计算方法、 的测量原理； 传热面积的计算和保温层的计 3、掌握流体流量的计算方法； 算。
（计算液封高度、测量液面位置和测定压差）
2、流量和流速
深化
思考题：在工业生产中，某管路已经被腐蚀出小孔，但流体 流过却不泄露，为什么？ 案例 6 ：如图所示，某厂为了控制乙 炔 发 生 炉 内 的 压 强 不 超 过
10.7×103Pa （表压），需在炉外装
有安全液封，其作用是当炉内压强超 过规定，气体就从液封管口排出，试 求此炉的安全液封管应插入槽内水面 下的深度h。
P 1P 2 A B gR Agz
当管子平放时： P 1P 2
A B gR
——两点间压差计算公式
A 当被测的流体为气体时，
B ， B 可忽略,则
P1 P2 A gR
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。 当 P1-P2 值较小时， R 值也较小，若希望读数 R 清晰，可 采取三种措施：两种指示液的密度差尽可能减小、采用倾斜 U型管压差计、 采用微差压差计。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
p2 ＝ p1 ＋ g (z1- z2)
(1)
(2)
或：
p2 p1 z1 z2 g
p 2 ＝ p 0 ＋ g h
若液柱上表面取在液面上，令 z1- z2 = h，则上式可写为： (3)
p2 p0 h g
(4)
上述式子均称为流体静力学基本方程式。它反映了流体不受水平外力 作用，只在重力作用下流体内部压力（压强）的变化规律。
情景：西安交通大学利用超声波的方法用甲醇水溶 液制备氢气，甲醇水溶液中，水的质量份数为0.9 ，甲醇为0.1，求计算该溶液在293K的密度。
流体的密度、相对密度和比容 1．流体的密度 流体的密度—单位体积流体的质量。用表示，属于物性。 国际单位用kg/m3 m
影响因素：流体种类、浓度、温度、压力 获得方法：（1）查物性数据手册 液体混合物：
2014-5-1 28
流体静力学基本方程式的讨论
1. 当容器液面上方的压强p0 一定时，静止液体内任一点压强的大 小，与液体本身的密度 和该点距液面的深度 h 有关。因此，在
静止的、连通的同一种液体内，处于同一水平面上的各点的压强
都相等。此压强相等的面，称为等压面。
2. 当p0 改变时，液体内部各点的压强也将发生同样大小的改变— 帕斯卡原理。 3. 压强或压强差的大小可用液柱高度来表示。
PA 水 gh Pa
'
PA PA
'
Pa 油 gh1 水 gh2 Pa 水 gh
800 0.7 1000 0.6 1000h
h 1.16m
总结
1、气体密度、表压和真空度的计算方法 2、流体静力学基本方程式及其应用
作业：习题1和2 预习： 1、化工企业中流体静力学方程式的应用
流体的压强------流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压
强，用p表示，工程上习惯称之为压力。
1 压强的单位 SI 制中， N/m2 = Pa，称为帕斯卡
物理学（cgs制）中，绝对大气压（atm）；
毫米汞柱（mmHg）；米水柱（m水柱）等
工程单位制中， kgf/cm2,称为工程大气压（at）。
压强案例
案例3：在兰州地区操作苯乙烯真空蒸馏塔的表读数是 80*103Pa，而在天津地区应该如何操作时。兰州地区大气 压为85.3 *103Pa，天津地区的大气压为101.33*103Pa。
补充
流体静力学基本方程式推导
p0 p1
如图所示：容器中盛有密度为的静止液
体。现从液体内部任意划出一底面积为A的垂 直液柱。若以容器底部为基准水平面，液柱
密度案例
案例1：已知乙醇水溶液中各组分的质量分数分 别为：乙醇0.8，水0.2，计算293K时的密度？
案例2：若空气的组成近似看作为：氧气和氮气的体 积分数分别为0.21和0.79。试求100KPa和300k时的空 气密度？
思考题
工业生产中，有时会用真空抽送的方式将水或密度比 水大的流体输送到10m以上的高位槽中，请解释这样 做的理由？