化工原理(南京理工大学)01流体流动流体静力学.pptVIP

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 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。 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。 压力的测量 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。 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： 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） 1.1.4 静力学基本方程的应用 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） （5）复式压差计 相反，如果一个U形管压差计量程不够如何处理？ ——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 。 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。 p 1. 压力及压力差的测量 （1）U形压差计 指示液A 待测液B 假想液膜 基本方程 p1 p2 m R 1 2 a b a’ 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 p1 pa p1 pa 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。 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？ p1 p2 z2 R a a’ z1 b 1 2 例3 如图所示，水在水平管道内流动。为测量某截面处的流体压力，直接在该处连接一U形压差计， 指示液为水银，读数 R＝200mm，m＝900mm。水的密度1000kg/m3，水银的密度13600kg/m3。试计算该截面处的表压。 （2） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度， 如以空气作为指示剂 待测液B 指示剂为空气时， 指示流体A （3） 倾斜U形管压差计 （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。 南京理工大学化工学院化学工程系 南京理工大学化工学院化学工程系 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 1.1.1 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 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