化工原理第一章流體靜力學1化工原理第一章流體靜力學1第一章流體流動

1.研究流體流動問題的重要性流體是氣體與液體的總稱。流體流動是最普遍的化工單元操作之一；研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎。2第一章流體流動1.研究流體流動問33442.連續介質假定

假定流體是由無數內部緊密相連、彼此間沒有間隙的流體質點（或微團）所組成的連續介質。質點：由大量分子構成的微團，其尺寸遠小于設備尺寸、遠大于分子自由程。工程意義：利用連續函數的數學工具，從宏觀研究流體。52.連續介質假定53.流體的特征具有流動性；無固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時內部產生相對運動。不可壓縮流體：流體的體積不隨壓力變化而變化，如液體；可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發生變化，如氣體。63.流體的特征具有流動性；不可壓縮流體：流體的體積不1.1流體靜力學1.1.1密度一、定義單位體積流體的質量，稱為流體的密度。kg/m3

二、單組分密度液體密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變化關系可從手冊中查得。71.1流體靜力學1.1.1密度kg/m3二、單組013×105Pa=760mmHg=10.表壓或真空度以大氣壓為基準測得的壓力。3流體靜力學平衡方程（1）近距離液位測量裝置下之值，若條件不同，則密度需進行換算。（2）遠距離液位測量裝置設指示液的密度為，壓力及壓力差的測量（1）U形壓差計可測系統內兩點的壓力差，當將U形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時，也可測得流體的表壓或真空度；可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發生變化，（4）傾斜式壓差計例1-1如附圖所示，水在水平管道內流動。1m,Z2=0.化關系可從手冊中查得。壓力及壓力差的測量質點：由大量分子構成的微團，其尺寸遠小于設備3流體靜力學平衡方程如600mmHg，10mH2O等。——氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。013×105Pa=760mmHg=10.氣體當壓力不太高、溫度不太低時，可按理想氣體狀態方程計算：

注意：手冊中查得的氣體密度都是在一定壓力與溫度下之值，若條件不同，則密度需進行換算。8013×105Pa=760mmHg=10.氣體當三、混合物的密度混合氣體各組分在混合前后質量不變，則有

——氣體混合物中各組分的體積分率。

或——混合氣體的平均摩爾質量

——氣體混合物中各組分的摩爾(體積)分率。

9三、混合物的密度混合氣體各組分在混合前后質量不變，混合液體假設各組分在混合前后體積不變，則有

——液體混合物中各組分的質量分率。

四、比容單位質量流體具有的體積，是密度的倒數。m3/kg10混合液體假設各組分在混合前后體積不變，則有——液體

1.1.2壓力流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強，習慣上又稱為壓力。

一、壓力的特性

流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面；任意界面兩側所受壓力，大小相等、方向相反；作用于任意點不同方向上的壓力在數值上均相同。二、壓力的單位

SI制：N/m2或Pa；111.1.2壓力流體垂直作用于單位面積上的力或以流體柱高度表示：注意：用液柱高度表示壓力時，必須指明流體的種類，如600mmHg，10mH2O等。

標準大氣壓的換算關系：1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O三、壓力的表示方法

絕對壓力以絕對真空為基準測得的壓力。

表壓或真空度以大氣壓為基準測得的壓力。12或以流體柱高度表示：注意：用液柱高度表示壓力時，必須指明流表壓=絕對壓力－大氣壓力真空度=大氣壓力－絕對壓力絕對壓力

絕對壓力

絕對真空

表壓

真空度

大氣壓

13表壓=絕對壓力－大氣壓力絕對壓力絕對壓力1.1.3流體靜力學平衡方程

一、靜力學基本方程

重力場中對液柱進行受力分析：（1）上端面所受總壓力（2）下端面所受總壓力（3）液柱的重力設流體不可壓縮，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下141.1.3流體靜力學平衡方程一、靜力學基本方程重力場液柱處于靜止時，上述三項力的合力為零:——靜力學基本方程

壓力形式能量形式15液柱處于靜止時，上述三項力的合力為零:——靜力學基本方程壓討論：（1）適用于重力場中靜止、連續的同種不可壓縮性流體；（2）物理意義：——單位質量流體所具有的位能，J/kg；——單位質量流體所具有的靜壓能，J/kg。在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉換，其總和保持不變。16討論：（1）適用于重力場中靜止、連續的同種不可壓縮性流體；—（3）在靜止的、連續的同種流體內，處于同一水平面上各點的壓力處處相等。壓力相等的面稱為等壓面。（4）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時，液體內部各點的壓力也將發生相應的變化。

17（3）在靜止的、連續的同種流體內，處于同一水平面上各點的壓力二、靜力學基本方程的應用

1.壓力及壓力差的測量

（1）U形壓差計

設指示液的密度為，被測流體的密度為。

A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’18二、靜力學基本方程的應用1.壓力及壓力差的測量（1）U所以整理得若被測流體是氣體，，則有19所以整理得若被測流體是氣體，，則有19討論：（1）U形壓差計可測系統內兩點的壓力差，當將U形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時，也可測得流體的表壓或真空度；

表壓真空度p1pap1pa20討論：（1）U形壓差計可測系統內兩點的壓力差，當將U形管一端（2）指示液的選取：指示液與被測流體不互溶，不發生化學反應；其密度要大于被測流體密度。應根據被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。

21（2）指示液的選取：21單位體積流體的質量，稱為流體的密度。3流體靜力學平衡方程適用于壓差較小的場合。相對于某一基準面，各指示液界面高度分別為例1-1如附圖所示，水在水平管道內流動。壓力及壓力差的測量混合氣體各組分在混合前后質量不變，則有化工原理第一章流體靜力學適用于壓差較小的情況。——混合氣體的平均摩爾質量1m,Z2=0.其密度要大于被測流體密度。（2）遠距離液位測量裝置不可壓縮流體：流體的體積不隨壓力變化而變化，指示劑密度小于被測流體密度，適用于壓差較大的情況。（2）雙液體U管壓差計標準大氣壓的換算關系：0m,Z6=0.設指示液的密度為，真空度=大氣壓力－絕對壓力思考：若U形壓差計安裝在傾斜管路中，此時讀數R反映了什么？p1p2z2RAA’z122單位體積流體的質量，稱為流體的密度。思考：若U形壓差計安裝在（2）雙液體U管壓差計

擴大室內徑與U管內徑之比應大于10。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合。23（2）雙液體U管壓差計擴大室內徑與U管內徑之比應大于10（3）倒U形壓差計

指示劑密度小于被測流體密度，如空氣作為指示劑

（5）復式壓差計

（4）傾斜式壓差計

適用于壓差較小的情況。適用于壓差較大的情況。24（3）倒U形壓差計指示劑密度小于被測流體密度例1-1

如附圖所示，水在水平管道內流動。為測量流體在某截面處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計，指示液為水銀，讀數R＝250mm，h＝900mm。已知當地大氣壓為101.3kPa，水的密度1000kg/m3，水銀的密度13600kg/m3。試計算該截面處的壓力。

25例1-1如附圖所示，水在水平管道內流動。為測量流體在某截例1-2如附圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復式壓力計，指示液為水銀，兩U形壓差計間充滿水。相對于某一基準面，各指示液界面高度分別為Z0=2.1m,Z2=0.9m,Z4=2.0m,Z6=0.7m,Z7=2.5m。試計算鍋爐內水面上方的蒸汽壓力。26例1-2如附圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復式壓力計，指示液為水2.液位測量

（1）近距離液位測量裝置

壓差計讀數R反映出容器內的液面高度。

液面越高，h越小，壓差計讀數R越小；當液面達到最高時，h為零，R亦為零。272.液位測量（1）近距離液位測量裝置壓差計讀設指示液的密度為，例1-1如附圖所示，水在水平管道內流動。（1）適用于重力場中靜止、連續的同種不可壓縮性流體；（2）遠距離液位測量裝置試計算該截面處的壓力。適用于壓差較小的場合。（1）近距離液位測量裝置在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉換，其總和保持不變。在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉換，其總和保持不變。試計算該截面處的壓力。表壓或真空度以大氣壓為基準測得的壓力。受外力作用時內部產生相對運動。真空度=大氣壓力－絕對壓力設指示液的密度為，可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發生變化，研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎。013×105Pa=760mmHg=10.——混合氣體的平均摩爾質量任意界面兩側所受壓力，大小相等、方向相反；思考：若U形壓差計安裝在傾斜管路中，此時讀數——單位質量流體所具有的靜壓能，J/kg。適用于壓差較小的情況。設指示液的密度為，013×105Pa=760mmHg=10.（1）近距離液位測量裝置0m,Z6=0.（1）近距離液位測量裝置液體密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變相對于某一基準面，各指示液界面高度分別為第一章流體流動適用于壓差較小的情況。研究流體流動問題的重要性研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎。（2）雙液體U管壓差計指示劑密度小于被測流體密度，在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉換，其總和保持不變。1m,Z2=0.——單位質量流體所具有的靜壓能，J/kg。密度接近但不互溶的兩種指示單位體積流體的質量，稱為流體的密度。——混合氣體的平均摩爾質量氣體當壓力不太高、溫度不太低時，可按理想（4）傾斜式壓差計0m,Z6=0.設指示液的密度為，設指示液的密度為，013×105Pa=760mmHg=10.絕對壓力以絕對真空為基準測得的壓力。重力場中對液柱進行受力分析：（2）雙液體U管壓差計（1）U形壓差計可測系統內兩點的壓力差，當將U形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時，也可測得流體的表壓或真空度；SI制：N/m2或Pa；氣體當壓力不太高、溫度不太低時，可按理想重力場中對液柱進行受力分析：表壓或真空度以大氣壓為基準測得的壓力。尺寸、遠大于分子自由程。密度接近但不互溶的兩種指示例1-1如附圖所示，水在水平管道內流動。混合氣體各組分在混合前后質量不變，則有適用于壓差較大的情況。試計算鍋爐內水面上方（2）遠距離液位測量裝置指示液與被測流體不互溶，不發生化學反應；任意界面兩側所受壓力，大小相等、方向相反；混合氣體各組分在混合前后質量不變，則有如液體；適用于壓差較大的情況。適用于壓差較大的情況。在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉換，其總和保持不變。被測流體的密度為。思考：若U形壓差計安裝在傾斜管路中，此時讀數不可壓縮流體：流體的體積不隨壓力變化而變化，壓力相等的面稱為等壓面。設指示液的密度為，標準大氣壓的