,化工原理,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 流体流动与输送机械,1.,研究流体流动问题的重要性,流体是气体与液体的总称。,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。,1.,1,概述,第一章 流体流动与输送机械 1.研究,概述和流体静力学ppt课件,概述和流体静力学ppt课件,2.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，从宏观研究,流体。,高真空稀薄气体是否适合连续性假定？,2.连续介质假定,自由程(,free path),在热动平衡态下，一个气体分子在任意连续两次碰撞之间所经过的直线路程。由于分子运动的无序性，分子各段自由程长度不同。,平均自由程（,mean free path）,在一定的条件下，一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值。,自由程(free path),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。,3.流体的特征 具有流动性；不可压缩流体：流体的体积不,流体静力学,是研究流体在外力作用下的平衡规律，即研究流体在外力作用下处于静止或相对静止的规律。,第一节 流体静力学,流体静力学是研究流体在外力作用下的平衡规律，即研究流体在外力,流体流动中的作用力,体积力（重力、离心力）,表面力（压力、剪切力）,流体流动中的作用力体积力（重力、离心力）,1.压力,流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的,静压强,，习惯上又称为,压力,。,1.1 压力的特性,流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；,任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；,作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。,1.2,压力的单位,SI,制：,N/m,2,或,Pa；,1.压力 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体,或,以流体柱高度表示,：,注意,：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类，,如,600,mmHg,，,10mH,2,O,等。,标准大气压的换算关系：,1,atm=1.01310,5,Pa=760mmHg=10.33m H,2,O,1,工程大气压,=1at=1kgf/cm,2,=735.6mmHg=10m H,2,O,=9.8110,4,Pa,或以流体柱高度表示：注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流,表 压=绝对压力 大气压力,真空度=大气压力 绝对压力,=,负的表压,绝对压力,绝对压力,绝对真空,表压,真空度,大气压,绝对压力,以绝对真空为基准测得的压力。,表压或真空度,以大气压为基准测得的压力。,1.3,压力的表示方法,表 压=绝对压力 大气压力绝对压力 绝对压力,例,1-1,若已知某地的大气压力为,750 mmHg,，而设备,A,内压力为,1000 mmHg,，则,P,A,表,=,_,mmHg=,_,Pa,。,若设备,B,的真空度为,300 mmHg,，则,P,B,（绝）,=,_,mmHg,。,概述和流体静力学ppt课件,2.密度,2.1定义,单位体积流体的质量，称为流体的密度。,kg/m,3,2.2单组分密度,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。,2.密度kg/m3 2.2单组分密度 液体 密度仅随温,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：,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，则密度需,进行换算,。,相对密度：,液体密度与4水的密度之比值。,水在,4（实为3.98）时密度最大（定为1,g/cm,3,）。,气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想注意：手册中,2.3混合物的密度,混合气体,各组分在混合前后质量不变，则有,气体混合物中各组分的体积分率。,或,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。,2.3混合物的密度 混合气体 各组分在混合前后质量不变,混合液体,假设各组分在混合前后体积不变，则有,液体混合物中各组分的质量分率。,2.4,比容,单位质量流体具有的体积，是密度的倒数。,m,3,/kg,混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有 液体,3.,流体静力学平衡方程,3.1静力学基本方程,重力场中对液柱进行受力分析：,（1）上端面所受总压力,（2）下端面所受总压力,（3）液柱的重力,设流体不可压缩，,p,0,p,2,p,1,z,1,z,2,G,方向向下,方向向上,方向向下,3.流体静力学平衡方程 3.1静力学基本方程 重力场中对液柱,液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:,静力学基本方程,压力形式,(,引伸,),能量形式,液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:静力学基本方程 压,讨论：,（1）适用于,重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体,；,（2）,物理意义：,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,。,讨论：（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；,（3）,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,。例子：连通器。,（4）,压力具有传递性,：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。,说明压力或压力差可用液柱高度表示，此为前面介绍压力的单位可用液柱高度表示的依据，但需注明液体的种类。,（3）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,3.2,静力学基本方程的应用,a.,压力及压力差的测量,（1,）压力计,单管压力计,3.2静力学基本方程的应用 a.压力及压力差的测量（1）,U,形,压力计,设指示液的密度为 ，,被测流体的密度为 。,U形压力计设指示液的密度为 ，,（,3,）,U,形压差计,设指示液的密度为 ，,被测流体的密度为 。,A,与,A,面,为等压面，即,而,p,1,p,2,m,R,A,A,（3）U形压差计 设指示液的密度为 ，A与A面 为等压,所以,整理得,若被测流体是气体，则有,所以整理得若被测流体是气体，则有,讨论：,（1）,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,。,表压,真空度,p,1,p,a,p,1,p,a,讨论：（1）U形压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端,（2）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。,（2）指示液的选取：,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？,p,1,p,2,z,2,R,A,A,z,1,R,并不是真正的压差，而是虚拟压强之差。,思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数p1p2z2RA,（,4,）,双液体,U,管压差计,扩大室内径与,U,管内径之比应大于,10。,密度接近但不互溶的两种指示,液,A,和,C ；,适用于压差较小的场合。,（4）双液体U管压差计 扩大室内径与U管内径之比应大于10,（,5,）,倒,U,形压差计,指示剂就是被测流体本身，,假如,空气的密度为,0,（5）倒U形压差计 指示剂就是被测流体本身，,适用于压差较小的情况。,当所测量的流体压力差较小时，可将压差计倾斜放置，即为斜管压差计，用以放大读数，提高测量精度,。,高压端设有扩张室,（,6,）斜管,压差计,适用于压差较小的情况。当所测量的流体压力差较小时，可将,例1-,2,如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压力，直接在该处连接一,U,形压差计，,指示液为水银，读数,R,250mm,，,m,900mm,。,已知当地大气压为,101.3,kPa,，,水的密度,1000kg/m,3,，,水银的密度,13600kg/m,3,。,试计算该截面处的绝对压力。,例1-2 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截,例1-,3,如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水银，两,U,形压差计间充满水。相对于某一基准面，各指示液界面高度分别为,Z,0,=2.1m,Z,2,=0.9m,Z,4,=2.0m,Z,6,=0.7m,Z,7,=2.5m。,试计算锅炉内水面上方,的蒸汽压力。,例1-3 如附图所示，蒸汽锅炉上装一复式压力计，指示液为水,b.,液位测量,（1）近距离液位测量装置,压差计读数,R,反映出容器,内的液面高度。,液面越高，,h,越小，压差计读数,R,越小；当液面达到最高时，,h,为零，,R,亦为零。,b.液位测量（1）近距离液位测量装置 压差计读,（2）远距离液位测量装置,管道中充满氮气，其密度较小，近似认为,而,所以,A,B,（2）远距离液位测量装置 管道中充满氮气，其密度较小，近,c.,液封高度的计算,液封作用：,确保设备安全：当设备内压力超过规定值时，气体从液封管排出；,防止气柜内气体泄漏。,液封高度：,c.液封高度的计算 液封作用：液封高度：,D,D,E,E,例,1-4,远距离液位测定,为测量腐性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶今测得,U,形压差计读数为,R,130mm,，通气管距贮槽底面,h=20cm,，贮槽直径为,2m,，液体密度为,980kg,m,3,，试求贮槽内液体的储存量为多少吨,?,例1-4 远距离液位测定 为测量腐性液体贮槽中的存液量，,概述和流体静力学ppt课件,