化工原理第一二 靜力學

1、化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 1.1 1.1 概述概述 1.2 1.2 流體靜力學流體靜力學 1.3 1.3 流體動力學流體動力學 1.4 1.4 流體在管內(nèi)的流動阻力流體在管內(nèi)的流動阻力 1.5 1.5 管路計算管路計算 1.6 1.6 流量測量流量測量化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3一、研究流體流動問題的重要性一、研究流體流動問題的重要性 流體流動是最普遍的化工單元操作之一；流體流動是最普遍的化工單元操作之一； 研究流體流動問題也是研究其它化工研究流體流動問題也是研究其它化工 單元操作的重要基礎。單元操作的重要基礎。1.1 概概 述述化工原理化工原理2 0 1

2、32 0 1 3化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3二、二、 流體流體流體流體液體液體氣體氣體化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3三、三、 流體的特征流體的特征 具有流動性； 無固定形狀，隨容器形狀而變化； 受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運動。 可壓縮性（是否）工程上：工程上：流體流體 可壓縮流體可壓縮流體 不可壓縮流體不可壓縮流體 tfptf,化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 值越大，流體越容易被壓縮?？蓧嚎s流體0 的流體為可壓縮流體不可壓縮流體=0 的流體為不可壓縮流體氣體在一般情況下是可壓縮流體大多數(shù)液體可視為不可壓縮流體

3、。化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3四、連續(xù)性假設四、連續(xù)性假設把流體視為由無數(shù)個把流體視為由無數(shù)個流體微團流體微團（或流體質點）（或流體質點）所組成，這些所組成，這些流體微團緊密接觸，彼此沒有流體微團緊密接觸，彼此沒有間隙。間隙。表征流體物理性質和運動參數(shù)的物理量在空間和時間上是連續(xù)的分布函數(shù)。 u 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3五、流體的物理性質五、流體的物理性質1. 密度密度(1)定義：定義：單位體積流體所具有的質量，單位體積流體所具有的質量， kg/mkg/m3 3 Vm kg m-3，屬于物性，屬于物性影響因素：氣體影響因素：氣體-種類、壓力、溫度、濃度種類、

4、壓力、溫度、濃度 液體液體- 種類、溫度、濃度種類、溫度、濃度化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 2、純物質的密度、純物質的密度RTpM包頭鋼鐵職業(yè)技術學院化工原理電子課件包頭鋼鐵職業(yè)技術學院化工原理電子課件液體：基本不隨壓力變化（極高壓力除外），隨溫度略有變化。（查表）氣體：密度隨溫度、壓力改變。低壓下可按照理想氣體狀態(tài)方程計算化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3液體混合物，混合前后體積不變12n12n1.mwww組分的質量分數(shù)3.混合物的密度混合物的密度化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3或RTpMmmmM混合氣體的平均摩爾質量 nnmyMyMyMM2211nyy

5、y21,氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。 氣體混合物，混合前后質量不變1122nn.m 組分的體積分數(shù)化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3定義：單位質量流體所占的體積。定義：單位質量流體所占的體積。 =1/ =1/單位：單位： m m3 3/kg /kg 4.流體的比體積（比容）流體的比體積（比容）化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 一、流體靜力學 1.2 流體靜力學流體靜力學化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 31.1.定義：定義：流體垂直作用于單位面積上的力，簡稱壓強，習流體垂直作用于單位面積上的力，簡稱壓強，習慣上稱為壓力慣上稱為壓力 。式中式中 pp壓力，

6、壓力，N/mN/m2 2即即Pa(Pa(帕斯卡帕斯卡) )； FF垂直作用在面積垂直作用在面積A A上的力，上的力，N N； AA作用面積，作用面積，m m2 2。AFp 一、流體靜壓強化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 32. 2. 壓力單位壓力單位 N/m2 =Pa 帕斯卡帕斯卡=760 mmHg=10.33 mH2O=1.033at=1.013bar（巴）（巴）=1.033kgf cm-21atm（標準大氣壓）（標準大氣壓） =1.013105Pa（工程大氣壓）（工程大氣壓）化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 3. 3.壓強的表示方法壓強的表示方法 1）絕對壓強（絕壓）：

7、絕對壓強（絕壓）： 流體體系的真實壓強流體體系的真實壓強2）表壓表壓 強（表壓）：強（表壓）：壓力表的讀數(shù)壓力表的讀數(shù)表壓強表壓強 = 絕對壓強絕對壓強-大氣壓強大氣壓強 3）真空度：）真空度： 真空表的讀數(shù)真空表的讀數(shù) 真空度真空度= =大氣壓強大氣壓強- -絕對壓強絕對壓強= -= -表壓表壓化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3絕對壓強、真空度、表壓強的關系為絕對壓強、真空度、表壓強的關系為 絕對零壓線絕對零壓線大氣壓強線大氣壓強線A絕對壓強絕對壓強表壓強表壓強B絕對壓強絕對壓強真空度真空度 Note: 1) 當用絕壓或真空度來表示壓強時，應分別當用絕壓或真空度來表示壓強時，應分別

8、 注明。如：注明。如：4103Pa（真空）、（真空）、200KPa（絕壓）（絕壓） 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3例例1. 某水泵進口管處真空表的讀數(shù)為某水泵進口管處真空表的讀數(shù)為650mmHg，出口管處壓力表的讀數(shù)為出口管處壓力表的讀數(shù)為2.5at，則該水泵前后水，則該水泵前后水的壓差為的壓差為 kPa。例例2. 已知某高原地區(qū)大氣壓為已知某高原地區(qū)大氣壓為680mmHg，問真，問真空泵的真空度能否達到空泵的真空度能否達到0.95kgf/cm2?化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 34. 4. 靜力學方程的推導靜力學方程的推導在在1-1 截面受到垂直向下的壓力截面受到垂直

9、向下的壓力: ApF11在在2-2 截面受到垂直向上的壓力：截面受到垂直向上的壓力： ApF22小液柱本身所受的重力：小液柱本身所受的重力： Vg因為小液柱處于靜止狀態(tài)因為小液柱處于靜止狀態(tài)，0F01112gzzAFFWmg12A zzg02112zzgAFAFp0p2p1z1z2G1122化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 302112zzgpp2112zzgpp令令 hzz21則得：則得： ghpp12或或ghpp0流體的靜力學方程流體的靜力學方程 p0p2p1z1z2G1122應用范圍：流體為不可壓縮流體，即密度為常數(shù)應用范圍：流體為不可壓縮流體，即密度為常數(shù)化工原理化工原理2 0

10、 1 32 0 1 3靜力學方程的討論：靜力學方程的討論：（1） 適用場合：適用場合： 絕對靜止、連續(xù)、均質、不可壓縮絕對靜止、連續(xù)、均質、不可壓縮（2）物理意義：）物理意義：zg單位質量流體所具有的位能，單位質量流體所具有的位能，J/kgJ/kg；p單位質量流體所具有的靜壓能，單位質量流體所具有的靜壓能，J/kgJ/kg。 在同一靜止流體中，處在不同位置流體的在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能位能和靜壓能和靜壓能各不相同，但二者可以轉換，其各不相同，但二者可以轉換，其總和保持總和保持不變不變 ?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 3 在在靜止靜止的、的、連續(xù)連續(xù)的的同種流體同種流

11、體內(nèi)，處于內(nèi)，處于同一同一水平面水平面上各點的壓力處處相等。壓力相等的面稱上各點的壓力處處相等。壓力相等的面稱為為等壓面等壓面。 壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時，液壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時，液體內(nèi)部各點的壓力也將發(fā)生相應的變化。體內(nèi)部各點的壓力也將發(fā)生相應的變化。 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 例：圖中開口的容器內(nèi)盛有油和水，油層高度例：圖中開口的容器內(nèi)盛有油和水，油層高度h1=0.7m，31800/kg m，水層高度，水層高度h2=0.6m，密度為密度為 32/1000mkg 1）判斷下列兩關系是否成立）判斷下列兩關系是否成立 PAPA，PBPB。 2）計算玻璃

12、管內(nèi)水的高度）計算玻璃管內(nèi)水的高度h?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 3解：（解：（1） AAPPBBPP（2）AAPP 21ghghPPaA水油aAPghP水ghPghghPaa水水油21 h10006 . 010007 . 0800mh16. 1( (關鍵找關鍵找等壓面等壓面） 等壓面：等壓面：靜止、連通著的同一連續(xù)流體，在同一靜止、連通著的同一連續(xù)流體，在同一 水平面上水平面上化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 35.5.靜力學基本方程的應用靜力學基本方程的應用 1. 壓力及壓力差的測量壓力及壓力差的測量 （1）U形壓差計形壓差計 設指示液的密度為 ，被測流體的密度為 。

13、 0A與A面 為等壓面，即AApp)(1RmgppAgRgmppA02而p1p2mRAA化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3所以gRgmpRmgp021)(整理得gRpp)(021若被測流體是氣體， ，則有0021Rgppp1p2mRAA化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3討論：討論：（1）U形壓差計可測系統(tǒng)內(nèi)兩點的壓力差，當將形壓差計可測系統(tǒng)內(nèi)兩點的壓力差，當將U形形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時表壓真空度p1pap1pa讀數(shù)讀數(shù)R就反映了被測流體的就反映了被測流體的表壓或真空度表壓或真空度。 化工原理化工原理2 0 1 32 0

14、 1 3 指示液與被測流體不互溶，不發(fā)生化學反應；指示液與被測流體不互溶，不發(fā)生化學反應； 其密度要大于被測流體密度。其密度要大于被測流體密度。 應根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。應根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 常用指示液常用指示液:汞汞,四氯化碳四氯化碳,水水,液體石蠟液體石蠟化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3思考：思考：若U形壓差計安裝在傾斜管路中，此時讀數(shù) R反映了什么？gzzgRpp)()(12021p1p2z2RAAz1化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3（2 2） 傾斜傾斜U U管壓差計管壓差計 p1 R p2 R 0 傾傾斜斜式式壓壓差差

15、計計假設垂直方向上的高度為假設垂直方向上的高度為R，讀數(shù)為，讀數(shù)為R，與水平傾斜角度，與水平傾斜角度 sinRRsinRR放大倍數(shù)為放大倍數(shù)為1sin式中式中為傾斜角，其值越小，為傾斜角，其值越小，R值越大。值越大。化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3（3 3） 倒倒U U形壓差計形壓差計 RgRgpp)(021 指示劑密度小于被測流體密度，如空氣作為指示劑 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3（5 5）微差壓差計（）微差壓差計（雙液體雙液體U U管壓差計管壓差計） 擴大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應大于10 。)(CA 密度接近但不互溶的兩種指示 液A和C ；適用于壓差較小的場合。)

16、(21CARgpp化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3(6)(6)多多U U型管壓差計型管壓差計1011gRghppA)()(11220222RhhggRRhgppBBApp )()(112202221011RhhggRRhgpgRghp)()()()(2102121021RRgRRgRRgppp化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 化工原理化工原理2 0 1 32 0 1 3 2、液位的測定液位的測定 a 液位計的原理液位計的原理遵循靜止液體內(nèi)部壓強變化的規(guī)律遵循靜止液體內(nèi)部壓強變化的規(guī)律, 是靜力學基本方程的一種應用。是靜力學基本方程的一種應用。 化工廠中經(jīng)常要了解容器里物料的貯存量，或要控制化工廠中經(jīng)常要了解容器里物料的貯存量，或要控制設備里的液面，因此要進行液位的測量。設備里的液面，因此要進行液位的測量?；ぴ砘ぴ? 0 1 32 0 1 3b b 近距離液位測量裝置近距離液位測量裝置 壓差計讀數(shù)壓差計讀數(shù)R反映出容器內(nèi)反映出容器內(nèi)的液面高度。的液面高度。 Rh0液面越高，液面越高，h越小，壓差計讀數(shù)越小，壓差計讀數(shù)R越小；當液面達越小；當液面達到最高時，到最高時，h為零，為零，