第二章 流体流动过程-l流体静力学第一次课

null第二章 流体流动过程第二章 流体流动过程 流体流动 流体流动 1.研究流体流动问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的重要性 流体是气体与液体的总称nullnullnull 流体流动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。null2 .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，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。 工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观角度研究流体流动。3.流体的特征3.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。第一节 流体静力学基本方程式第一节 流体静力学基本方程式研究流体的平衡规律及其在工程实际中的应用1.1.密度和相对密度 定义 单位体积流体的质量，称为流体的密度。SI制：kg/m3 液体不同流体密度不同。对一定的流体，密度是P和T的函数，除极高压力情况下，液体的密度随压力变化甚小，但是随T的有变化，所以从 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 中查阅液体的密度数据时，要注意其所对应的温度。null实际气体：压力不太高，温度不太低，气体的密度可近似按照理想气体状态方程计算 注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温 度下之值，若条件不同，则需进行换算 气体： 理想气体：流体静力学流体静力学②对于混合物 A、液体混合物（混合前后体积不变） B 气体混合物（混合前后质量不变）B 气体混合物（混合前后质量不变）null相对密度 物质密度与4 oC纯水密度之比，用d 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。例如硫酸的相对密度d420= 1.84,表示20 oC的硫酸的密度和4 oC纯水密度的比值。例 合成NH3原料气体中的H2和N2的体积比为3:1，试求氢氮混合气体在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状况时的密度。例 合成NH3原料气体中的H2和N2的体积比为3:1，试求氢氮混合气体在标准状况时的密度。解：取标准状态时的P = 101 K Pa, T = (273+20) K = 293 K 氢气和氮气的摩尔密度 MH2 = 2.016 Kg/kmol MN2 = 28.02 Kg/K mol 氢气和氮气的摩尔分数 yH2 = 0.75, yN2 = 0.25 平均摩尔质量 M混 = MH2× yH2+ MN2 × yN2 = 2.016 ×0.75+28.02 ×0.25 = 8.52 kg/kmol 混合气的平均密度为 ρ= PM混 /RT = 101 ×8.52 / 8.314 ×293 = 0.353 Kg/m3 比体积比体积定义：单位质量流体的体积，称为流体的比体积或者比容 表达式单位：压力压力 流体垂直于单位面积上的力称为流体的压力，其方向指向流体的作用面。通常单位面积上的压力为流体的静压强。单位：液柱高度 h标准大气压为计量单位工程上null表示方法： 绝对压力：以绝对真空作为基准测得的压力 表压：以当时当地大气压为基准测得的压力 讨论： ①压力单位与表示方法不同 ②压力要指明计量标准 ③当时当地大气压与标准大气压的关系 ④表压为负值，称为真空度null绝对压力绝对压力绝对真空 表压 真空度 大气压 表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力例 测得一台正在工作的离心泵进、出口压力表的读数为35 kPa（真空度）和145 kPa（表压），如果当时当地的大气压为1工程大气压，试求泵的进，出口的绝对压力各为多少kPa? 例 测得一台正在工作的离心泵进、出口压力表的读数为35 kPa（真空度）和145 kPa（表压），如果当时当地的大气压为1工程大气压，试求泵的进，出口的绝对压力各为多少kPa? 解 ：1 at = 100 kPa （ at 工程大气压） 泵进口绝对压力 P1 = 大气压力 – 真空度 = （100 – 35）kPa = 65 kPa 泵出口绝对压力 P2 = 表压 + 大气压力 = （100 + 145）kPa = 245 kPa 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 用于描述静止流体内部的压力随位置高低而变化的数学表达式，即表示流体处于静止状态下所受压力和重力的平衡关系式。null 流体静力学方程A P0P1 P2 G Z1Z2 静力学基本方程式静力学基本方程式在垂直方向上作用于此液柱的力有： 向上作用于液体下底的总压力 p2A 向下作用于液体上底的总压力 p1A 液体柱的重力 G = ρgA( Z1-Z2) 静止液体中 p1A + G = p2A 即 p2A - p1A - ρgA( Z1-Z2) = 0 p2/ρg + Z2 = p1/ρg + Z1 (p2 – p1)/ρg = Z1-Z2 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式 如果液柱上表面取在液面上表面则 Z1 - Z2 = h p2 = p1 + ρg h (p2-p1)/ ρg = h 流体静力学基本方程式 适用条件： 连续、静止、均质、在重力场下研究的不可压缩性流体 讨论讨论p2/ρg + Z2 = p1/ρg + Z1可以推出p /ρg + Z = 常数，表明在连续均一的流体内，各点的机械能总和相等。 在静止的连续均一流体内，处于同一水平面上的各点压力相等，此压力相等的水平面为等压面。（静压力仅于垂直位置有关，而与同一水平面上的不同位置无关） 液体内部各点的压力与大气压（p0)有关 压力可以用一定高度的液柱高度表示 讨论讨论通过p2 = p1 + ρg h，液面上所受到的压力p0能以同样大小传递到流体内部各点（压力传递原理，帕斯卡定律） 流体静力学方程表明： 静止流体的压力分布规律 静止流体的能量分布规律 流体静力学基本方程式的应用 1 压力测量流体静力学基本方程式的应用 1 压力测量u形管压差计若被测流体是气体 由于 ρ≤ρ0 则 p1-p2 = ρg R 1 压力测量1 压力测量（a）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，也可 测得流体的表压或真空度 p1p1流体静力学基本方程式的应用 1 压力测量流体静力学基本方程式的应用 1 压力测量（b）指示液的选取： 指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；其密度要大于被测流体密度。 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。 提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低nullnullu形管压差计nullu形管压差计null倒u形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，如空气作为指示剂 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？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？null倾斜压差计 适用于压差较小的情况null 单管压差计在测量时需要同时读取玻璃管两侧读数带来的误差，把u型管的一侧用一只储液杯代替，其截面积比玻璃管的截面积大很多.nullnull如果压差计的几何参数已定，此常数称为压差计校正常数。null微差压差计（双液体） 适用于压差较小和较精确测量压力的场合。密度接近但不互溶的两种指示液A和C； 扩大室内径与U管内径之比大于10。如果ρA - ρ C 越小，则读数R越大，在测量很小的压差时，也能精确读取R值null例 如图所示A与B两设备内充满水，两设备之间的U形管液柱压差计内的指示液为水银。试说明： （1）1、2、3、4各点压强是否都相等？ （2）5、6、7、8各点压强是否都相等？ （3）9、10、11、12各点压强是否都相等？ （4）两U形压差计读数R与H是否相同？为什么？null例 某化工厂为了测得一压力锅炉液面上方的压力P,在锅炉侧面安装了一个复式U型管水银液压计，截面2，4间充满了水，以U型管底部为基准面，图中各点的标高分别为Z0 = 2.2 m, Z2= 1.0 m, Z4 = 2.2 m, Z6 = 0.8 m, Z0 = 2.6 m,试求压力锅炉中蒸汽的表压？ 例 某化工厂为了测得一压力锅炉液面上方的压力P,在锅炉侧面安装了一个复式U型管水银液压计，截面2，4间充满了水，以U型管底部为基准面，图中各点的标高分别为Z0 = 2.2 m, Z2= 1.0 m, Z4 = 2.2 m, Z6 = 0.8 m, Z0 = 2.6 m,试求压力锅炉中蒸汽的表压？ null解 ：根据静力学原理，同一静止流体的连通管内的同一水平面上的压力相等， 则： p5 = p6, p4 = p3, p2 = p1 P2 = p1 = pa + ρHg g (Z0 – Z1) p4 = p3 = p2 – ρH2O g (Z4 – Z2) p6 = p5 = p4 + ρHg g (Z4 – Z5) P = p6 - ρH2O g (Z7 – Z6) 所以 P - pa = ρHg g (Z0 – Z1) + ρHg g (Z4 – Z5) - ρH2O g (Z4 – Z2) - ρH2O g (Z7 – Z6) = 305.1 kpanull思考题： 采用U形压差计测某阀门的压力差，压差计的读数与U形压差计放置的位置有关吗？液位的测量液位的测量 液位计是化工生产中指示生产设备内液体储量的仪表。 作用原理： 遵循静止液体内压力变化的规律 液位计-较小容器液位计-较小容器pA = pB pA = p1+ ρgh1 pB = p2+ ρgh2 即 p1+ ρgh1 = p2+ ρgh2 所以 h1 = h2 表明： 玻璃管内液位与设备内的液位等高大容器的液位计大容器的液位计由平衡器和压差计串联而成的液位计压差计读数R反应出容器内的液面高度。 液位计内装入Hg, 上方平衡器内充填被测流体，控制贮槽内与平衡器液位等高时，R = 0 当贮槽内液位下降时，R增加。根据静力学基本方程式远距离测量液位计远距离测量液位计 管道中充满氮气，其密度较小，近似认为 Ρ为被测流体的密度；p0为大气压，地上储罐和U型管压差计均通大气确定液封高度确定液封高度用液体的静压来封闭气体通道的装置 目的： 防止储气柜或气体洗涤塔等生产设备内气体外溢。还用于压力设备超压时泄压，保护设备安全，以及气体输送系统中防止气体倒流等。 油封 水封液封高度的计算液封高度的计算当容器内的压强超过规定值h mH2O柱时，气体由管中经水封槽排出，达到泄压的目的。液封中溢出的水中溶有部分气体，或气体为水所夹带，而使水的密度降低。因此，实际安装时，为安全起见，管子插入液体的高度应略大于计算得到的计算值。