1、 第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) （Fluid Flow) 1 1 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)2 2 流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體在管內(nèi)的流動(dòng)3 3 流體的流動(dòng)現(xiàn)象流體的流動(dòng)現(xiàn)象4 4 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力5 5 管路計(jì)算管路計(jì)算6 6 流量測(cè)量流量測(cè)量12流體的特性流體的特性 流體是氣體與液體的總稱。(但是超臨界流體既不是氣體也不是液體）。流體的特征流體的特征：（1）具有流動(dòng)性； （2）無(wú)固定形狀，隨容器形狀而變化； （3）受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不可壓縮不可壓縮（incompressible）流體流體：體積（密度）不隨壓強(qiáng)變化，如液體；可壓縮可壓縮（compressible）流

2、體流體：體積（密度）隨壓強(qiáng)變化，如氣體。3連續(xù)介質(zhì)假定連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無(wú)數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒(méi)有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）所組成的連續(xù)介質(zhì)。 質(zhì)點(diǎn)：是由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程。 假定的工程意義：可以利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從宏觀研究流體，不必考慮微觀的分子狀態(tài)。注注：極低壓強(qiáng)（極高真空）下的氣體不符合上述假定。41 1 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué) (Fluid Statics）研究靜止流體的基本規(guī)律靜力學(xué)方程一.流體的密度二.流體的靜壓強(qiáng)三.流體靜力學(xué)基本方程四.流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用重點(diǎn)：靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用重點(diǎn)：靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用5一、流體的

3、密度（一、流體的密度（densitydensity）1. 1. 定義定義: 單位體積流體的質(zhì)量。Vmkg/m3 2. 2. 單組分單組分( (純物質(zhì)純物質(zhì)) )的密度的密度:是壓力和溫度的函數(shù)，即),(Tpf（1 1）液體的密度）液體的密度：液體可近似看成不可壓縮流體，其密度僅隨溫度變，可從有關(guān)手冊(cè)中查得。 水在20時(shí) 9981000 kg/m3 6（2） 氣體的密度：氣體的密度： 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算： RTpMP 是壓力 （kPa），T 是絕對(duì)溫度 （K），M 是摩爾分子量（kg/kmol),R 是氣體常數(shù)，R8.315 kJ/(kmolK)。注意注意：若p

4、為 Pa，則R8.315103 J/(kmolK)。 空氣在20、1 atm 時(shí)的1.2 kg/m3 kg/m3 73. 3. 混合物的密度混合物的密度（1)1)混合氣體混合氣體 以1m3氣體為基準(zhǔn)，各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 nnm2211氣體混合物中各組分的體積(摩爾)分率。 n21,或RTpMmmmM混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 nnmyMyMyMM2211nyyy21,氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。 8(1)(1)混合液體混合液體 以1kg液體為基準(zhǔn)，假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 nnmaaa22111naaa21,液體混合物中各組分的質(zhì)量分率。 4. 4. 比容比容指單位

5、質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。1mVvm3/kg 9 二、流體的靜壓強(qiáng)二、流體的靜壓強(qiáng) 1.1.定義定義： 垂直作用于流體單位面積上的力，簡(jiǎn)稱為 壓強(qiáng)，工業(yè)上習(xí)慣稱為壓力。 2. 2. 單位單位 SI制：N/m2 或 Pa(帕斯卡或帕）習(xí)慣上有：atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）也有以流體柱高度h 表示 ：ghp還有工程大氣壓即 kgf/cm2換算關(guān)系： 1atm =101.33103 Pa =760 mmHg =10.33 m H2O1.033 kgf/cm2(g9.81m/s2)10表壓=絕對(duì)壓大氣壓真空度=大氣壓絕對(duì)壓=表壓 絕對(duì)壓絕對(duì)壓 絕對(duì)壓絕對(duì)壓 絕對(duì)真空絕對(duì)真空 表壓表壓 真空度真空度 1

6、p2p大氣壓大氣壓 (1)(1)絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓強(qiáng)。 (2)(2)表壓或真空度表壓或真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓強(qiáng)。3. 3. 壓強(qiáng)的表示方法壓強(qiáng)的表示方法 11壓強(qiáng)測(cè)量（1 1）U U形壓差計(jì)形壓差計(jì)（2 2）機(jī)械式壓力表）機(jī)械式壓力表 （3 3）數(shù)字式壓力表）數(shù)字式壓力表p1pa12三、三、流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 設(shè)流體不可壓縮，為常數(shù)，在重力場(chǎng)中對(duì)液柱（截面積為A）進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力 ApP11方向向下（2）下端面所受總壓力 ApP22方向向上（3）液柱的重力)(21zzgAG方向向下p0p2p1z1z2G13液柱處于靜止時(shí)，上

7、述三項(xiàng)力的合力為零:0)(2112zzgAApAp)(2112zzgpp從而得靜力學(xué)基本方程： 或 設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為po ,距液面h處的壓強(qiáng)為p，則有 ghppogzpgzp221114靜力學(xué)基本方程靜力學(xué)基本方程討論：討論：（1）適用于重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體（液體），在高度變化不大時(shí)也可近似地用于氣體。（2）在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。（3）壓強(qiáng)具有傳遞性：液面上方壓強(qiáng)變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)也將發(fā)生相應(yīng)的變化。（4）壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差可用液柱高度表示即 hgppo15（5）靜力學(xué)基本方程的能量形式：gzpgzp2211 上式中左邊第一項(xiàng)為單位質(zhì)

8、量流體的靜壓能,第二項(xiàng)為單位質(zhì)量流體的位能. 因此靜力學(xué)方程的物理意義：在靜止的流體內(nèi)部，任一點(diǎn)的靜壓能和位能之和為常數(shù)，兩者互相轉(zhuǎn)換。16四、四、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 1. 1. 壓強(qiáng)及壓強(qiáng)降的測(cè)量壓強(qiáng)及壓強(qiáng)降的測(cè)量 （1 1）U U形壓差計(jì)形壓差計(jì) A與A面為等壓面，即AApp)(1RmgppAgRgmppAA2而p1p2mRAA設(shè)指示液的密度為A被測(cè)流體的密度為17所以gRgmpRmgpA21)(ARgpp21)(21ARgpp整理得若被測(cè)流體是氣體，則有 指示液的選?。?1）應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類(lèi)及壓差的大小選擇；（2）指示液與被測(cè)流體不互溶、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（3）其

9、密度要大于被測(cè)流體密度。18 若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，則壓強(qiáng)差公式變?yōu)?)()(1221zzggRppAp1p2z2RAAz119 當(dāng)將U形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，可測(cè)得流體的表壓或真空度； 測(cè)表壓測(cè)真空度p1pap1pa20（2 2）微差（雙液體）微差（雙液體U U管）壓差計(jì)管）壓差計(jì) 擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10 。 壓強(qiáng)差公式：)(CA密度接近但不互溶的兩種指示 液A和C ；適用于壓差較小的場(chǎng)合。)(21CARgpp21（3 3） 倒倒U U形壓差計(jì)形壓差計(jì) )(21ARgpp 指示劑密度小于被測(cè)流體密度，適用于壓差較小的情況。 壓強(qiáng)差公式：Rgpp21如用空

10、氣作為指示劑 ,則22P17 例1-2 天津和蘭州的大氣壓強(qiáng)分別為101.33 kPa，和 85.3 kPa，苯乙烯真空精餾塔的塔頂要求維持5.3kPa的絕對(duì)壓強(qiáng)，試計(jì)算兩地真空表的讀數(shù)（即真空度）。解：真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓強(qiáng) 天津: 真空度=101.33-5.3=96.03 kPa 蘭州: 真空度=85.3-5.3=80 kPa23P19 例1-3 本題附圖所示的開(kāi)口容器內(nèi)盛有油和水。油層高度h1=0.8m，密度1=800 kg/m3，水層高度h2=0.6m、密度2= 1000 kg/m3。 （1）判斷下列關(guān)系是否成立， PA=PA PB=PB（2）計(jì)算水在玻璃管內(nèi)的高度h。24P21

11、例1-5 在本題附圖所示的密閉容器A與B內(nèi)，分別盛有水和密度為810 kg/m3的某溶液，A、B間由一水銀U管壓差計(jì)相連。(1)當(dāng)pA=29103 Pa（表壓）時(shí)，U管壓差計(jì)讀數(shù)R=0.25m，h=0.8 m。試求容器B內(nèi)的壓強(qiáng)pB。(2)當(dāng)容器A液面上方的壓強(qiáng)減小至 pA=20103 Pa （表壓），而pB 不變時(shí)，U形管壓差計(jì)的讀數(shù)為若干？252. 2. 液位測(cè)量液位測(cè)量 （1 1）近距離液位測(cè)量裝置）近距離液位測(cè)量裝置 壓差計(jì)讀數(shù)R反映出容器內(nèi)的液面高度。 RhA 液面越高，h 越小，壓差計(jì)讀數(shù)R越??；當(dāng)液面達(dá)到最大高度時(shí)，h 為零，R 亦為零。26（2 2）遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置）遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置( (p23 p23 例例1 17 7） BApp 管道中充滿氮?dú)猓涿芏容^小，近似認(rèn)為 ghppaAgRppAaBRhA而所以 AB273. 液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算( (p24 p24 例例1 18 8） 液封作用：（1）確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體從液封管排出；（2）防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。gph)(表液封高度：28P24 例1-9