化工原理-流体流动-第一节-流体静力学基本方程.ppt

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1、第一章流体流动一、流体的密度二、流体的压强三、流体静力学方程四、流体静力学方程的应用第一节流体静力学基本方程2021/9/211气体和液体统称流体。流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小；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。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缩流体和可压缩流体；(3)按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与粘性流体（或实际流体）；(4)按流变特性可分为牛顿型和非牛顿型流体。化工生产的原料及产品大多数是流

2、体。在化工生产中，有以下几个主要方面经常要应用流体流动的基本原理及其流动规律：(1)管内适宜流速、管径及输送设备的选定；(2)压强、流速和流量的测量；(3)传热、传质等过程中适宜的流动条件的确定及设备的强化。本章内容包括：流体的基本概念，流体的静力学，流体在管道中流动的基本规律，流体输送所需功率，流量测量等。学习这一章我们主要掌握有五个方面：1、流体的基本概念；2、流体静力学方程及其应用；3、机械能衡算式及柏努利方程；4、流体流动的现象；5、流体流动阻力的计算及管路计算。流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡

3、规律，也就是说，研究流体在外力作用下处于静止或相对静止的规律。静止流体的规律实际上是流体在重力作用下内部压力变化的规律。流体静力学的基本原理在化工生产中有着广泛的应用，例如压力、液面的测量等。本节主要讨论流体静力学的基本原理及其应用。在此，首先介绍与此有关的几个物理量。2021/9/212一、流体的密度1、密度的定义单位体积的流体所具有的质量，ρ;SI单位kg/m3。2、影响密度的主要因素液体：——不可压缩性流体气体：——可压缩性流体3、密度的计算理想气体在标况下的密度：操作条件(T,P)下的密度：(1)理想

4、气体2021/9/213由理想气体方程求得操作条件(T,P)下的密度(2)混合物密度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:假设混合后总体积不变，——液体混合物密度计算式②气体混合物的密度ρm取1m3的气体为基准,令各组分的体积分率为:xvA,xvB,…,xVn,其中:i=1,2,….,n2021/9/214若混合前后,气体的质量不变，当V总=1m3时,——气体混合物密度计算式当混合物气体可视为理想气体时,——理想气体混合物密度计算式当V总=1m3时，混合物中各组分的质量为：

5、4、与密度相关的几个物理量1)比容(比体积)：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位为m3/kg。2)比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的比值，用d表示。2021/9/215二、流体的静压强1、压强的定义流体垂直作用于单位面积上的压力，称为流体的静压强，简称压强。SI制单位：N/m2，即Pa。其它常用单位有：atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。换算关系为：2、压强的表示方法1)绝对压强（绝压）：以绝对零压（绝对真空）做起点计算的压强，

6、是流体体系的真实压强称为绝对压强。2021/9/2162)表压强（表压）：以当时当地的大气压强（外界大气压强）做起点计算的压强，压强表上读取的压强值称为表压。3)真空度：真空表上读取的压强值称为真空度。表压强=绝对压强-大气压强真空度=大气压强-绝对压强=-表压绝对压强、真空度、表压强的关系为应当指出，外界大气压随大气的温度、湿度和所在地区的海拔高度而变。为了避免绝对压强、表压强、真空度三者相互混淆，在以后的讨论中规定，对表压强和真空度均加以标注。如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。2021/

7、9/217三、流体静力学方程1、方程的推导在1-1’截面受到垂直向下的压力：在2-2’截面受到垂直向上的压力：液柱本身所受的重力：因为小液柱处于静止状态，两边同时除A令则得：2021/9/218若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为p0，取下底面在距离液面h处，作用在它上面的压强为p——流体的静力学方程表明在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律。2、方程的讨论1)液体内部压强p是随p0和h的改变而改变的，即：2)当容器液面上方压强p0一定时，静止液体内部的压强p仅与垂直距离h有关，即：处于同一水平面

8、上各点的压强相等。3)当液面上方的压强P0改变时，液体内部的压强也随之改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到液体内部的任一点。4)从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一流体的内部则不满足这一关系。5)可以改写成压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示，这就是液体压强计的根据,在使用液柱高度来表示压强或压强差时，需指明何种液体。2021/9/2