化工原理(天大版）---（上册）第一章 流体流动.ppt

目的 1 流体的输送： 第一节 流体静力学基本方程式 1-1-1流体的密度 定义：单位体积流体具有的质量 流体的密度 混合物密度的求取 对于液体 各组分的浓度常用质量分率xw，以1Kg混合物为基准，若各组分在混合前后体积不变，1Kg混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和，用公式表示为： 流体的密度 混合物密度的求取 对于气体 各组分的浓度常用体积分率x?，以1m3混合气体为基准，若各组分在混合前后质量不变，1m3混合物的质量等于各组分的质量之和，用公式表示为： 1-1-2流体的静压强 定义： 1-1-3流体静力学基本方程式 分析流体微元沿x、y、z轴所受到的力： 沿z轴方向： 作用于下底面的压力：Pdxdy 作用于上底面的压力：- （P+（?p/ ?z）dz）dxdy 微元体受到重力：- ?gdxdydz 1-1-3流体静力学基本方程式 P 2-P1+ ?g（z2-z1）=0 （a）或 P 2=P1+ ?g（z1-z2） （b） 当z1位于容器的液面上时，设液面上压强为P0，Z2处的压强为： P=P0+ ?gh （c） 以上a、b、c三式称为流体静力学基本方程式 流体静力学基本方程式适用条件：恒密度、静止的、连续的同一种液体内。 推论： 静止的、连续的同一种液体内，处于同一水平面上各点的压强相等 当P0发生改变时，液体内部各点的压强P也发生同样大小的变化 式c可改写成（p-p0）/ （?g）=h，说明压强差的大小可用一定高度的液柱表示 对于气体而言，认为气体内部压强处处相等 1-1-3流体静力学基本方程式 例1-2 附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m，密度?1=800Kg/m3，水层高度h2=0.6m，密度?2=1000Kg/m3。 判断下列两关系是否成立：PA=P′A，PB=P′B 计算水在玻璃管内的高度h ： （1） PA=P′A?， 1-1-4流体静力学基本方程式的应用 压强与压强差的测量 1-1-4流体静力学基本方程式的应用 倾斜液柱压差计 1-1-4流体静力学基本方程式的应用 微差压差计 根据P1-P2=（ ?A- ?B）gR 微差压差计的特点： 压差计内装有两种密度相近且不互溶的 指示液A和C，且C与被测流体B也不互溶 U管两端为扩大室 当P1=P2时，R=0，两扩大室液面是平的 当P1?P2时，R ?0，两扩大室液面仍是平的 1-1-4 流体静力学基本方程式的应用 液位的测量 1-1-4 流体静力学基本方程式的应用 例:用远距离测量液位的装置来测量贮罐内对硝基氯苯的液位，其流程如图所示。自管口通入压缩空气，用调节阀1调节其流量。管内氮气的流速控制得很小，只要在鼓泡观察器内看出有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管4的流动阻力可以忽略不计。管内某截面上的压强用U管压差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面的高度。 现已知U管压差计的指示液为水银，其上读数R=100mm，罐内对硝基氯苯的密度?=1250kg/m3，贮罐上方与大气相通，试求贮罐中液面离吹气管出口的距离h为若干。 1-1-4 流体静力学基本方程式的应用 液封高度的计算 例：如附图所示，某厂为了控制乙炔发生炉a内压强不超过10.7x103pa（表压），需在炉外装有安全液封（又称水封）装置，其作用是当炉内压强超过规定值时，气体就从液封管b中排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。 1-1-4 流体静力学基本方程式的应用 例：真空蒸发操作中产生的水蒸气，往往送入附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器上方与真空泵相通，不时将器内不凝气（空气）抽走。同时为了 防止外界空气由气压管4漏入，致使设备内真空度降 低，因此，气压管必须插入液封槽5中，水即在管内 上升一定的高度h，这种措施称为液封。若真空表的 读数为80x103pa,试求气压管中水上升的高度h. 解：设气压管上方水面的绝压为p，大气压强为pa。 根据流体静力学基本方程式得： pa=p+ ?gh 又已知真空度：pa-p=80x103 80x103=?gh 得：h=8.15m 1-2-1 流量与流速 概念 流量 1-2-2 定态流动与非定态流动 概念 定态流动：在流动系统中，若截门上流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而变化，不随时间变化 非定态流动：在流动系统中，若截门上流体各有关物理量既随位置而变化，又随时间变化 1-2-2 定态流动与非定态流动 当阀门打开时，定态流动 当阀门关闭时，非定态流动 1-2-3 连续性方程式 对1-1′和2-2 ′截面做物料