化工原理(南京理工大学)01流体流动流体静力学

《化工原理(南京理工大学)01流体流动流体静力学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、化工原理（上）第一章流体流动——（1）流体静力学1.0概述研究流体流动问题的重要性主要研究方法流体是气体与液体的总称。流体是可改变形状而具有流动性的一种物质状态。1.研究流体流动问题的重要性连续介质假定：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。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。2.主要研究方法1.1流体静力学流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡，而处于相对静止状态下的规律。对于在地球上进行的化工生产，研究特定的地球环境下流体静力学的具体形式更具有实用意义。故本次课所涉及流体平衡都是在重力存在情况下的平衡。1.1

2、.1密度一、定义单位体积流体的质量，称为流体的密度。二、单组分流体密度kg/m3(1)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。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：(2)三、混合流体密度混合流体密度的影响因素除了压强p、温度T外，还有其组成xi。近似计算方法的理论基础是理想流体的概念：压强p温度T下各纯净理想流体混合所得相同条件下混合流体，其体积等于混合前各纯流体的体积和。质量守恒：混合前后流体的总质量相等。已知各组分体积分率——各组分的体积分率。(3)已知各组分质量分率——液体混合物中各组分的质量分率。(4)已知各组分摩尔分

3、率——液体混合物中各组分的摩尔分率。(5)——混合气体的平均摩尔质量——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。(6)对于中低压下的气体四、比容定义：单位质量流体具有的体积，即密度的倒数称为比容。m3/kg(7)五、重度与比重重度：工程单位制中，表示物质致密程度的相关概念。定义为物质单位体积受的重力，其数值与密度相同，单位：kgf/m3。比重：流体密度与纯水（4℃）密度之比，其数值为密度的1/1000。1.1.2压力与压强压力Fv：垂直于作用面，并指向该作用面内的力；压强p：单位面积上表面所受的压力。N/m2或Pa(8)S——受力面积（m2）。压强的SI单位是Pa，称为帕斯

4、卡。习惯上还有一些常用单位，如：标准大气压（atm）、液柱高度、bar（巴）及kgf/cm2等。这些单位间换算关系为：1atm=1.013×105Pa=1.0133bar=760mmHg=10.33mH2O=1.033at常见压强单位及其换算关系压力的测量加压受力分析流体压强通大气压强的表示方法绝对压强以绝对真空为基准测得的压强。表压或真空度以大气压为基准测得的压强。表压=绝对压强－大气压强真空度=大气压强－绝对压强绝对压强绝对压强绝对真空表压真空度当地大气压静流体压强的特点：流体作用力与作用面垂直；任意截面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压强

5、在数值上均相同。为什么？pz1pz2pz1pz21.1.3流体静力学基本方程流体静力学基本方程是用于描述静止流体内部，流体在重力和气压作用下的平衡规律。描述这一规律的数学表达式称为流体静力学基本方程。研究推导方法：微元法。重力场中液柱受力分析：（1）上端面所受总压力xp0pz1dzpz2z（2）下端面所受总压力+z-zz方向（1）右端面所受总压力（2）左端面所受总压力x方向xp0pz1px2pz2px1zdz液柱的重力设流体不可压缩，xp0pz1Gdzpx2pz2px1z液柱处于静止时，各方向上液柱受力为零:流体静力学方程的微分形式。z方向x方向(9)pz1Gpx2pz2

6、px1流体静力学基本方程：压强形式(10)能量形式(11)——单位质量流体所具有的位能，J/kg；——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。基本方程的讨论适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；物理意义：在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面。压强具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。例1：如图所示，容器内气体表压为p，请问管中液体与容器中液体的高度差为多少？（液体为均匀液体，密度为ρ）p1.压力及

7、压力差的测量（1）U形压差计1.1.4静力学基本方程的应用指示液A待测液B假想液膜基本方程例2：U形管压差计测水平管中流体压差，如右图所示，请问1、2两截面处流体压强差为多少？（指示液A、管中流体B）p1p2mR12aba’所以整理得若被测流体是气体，，则有讨论：a.当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，可测得流体的表压或真空度；表压真空度p1pap1pab.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。思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，