化工原理流體靜力學(xué)

1、化工原理流體靜力學(xué)第1頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二1.應(yīng)用*測定壓強(qiáng)、流速、流量 *流體輸送(機(jī)械能衡算)*流動(dòng)阻力*管路計(jì)算*為強(qiáng)化設(shè)備提供適宜的 流動(dòng)條件2.理論基礎(chǔ)流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量傳遞煤氣洗滌塔FICPi1Pi23-32-201-10-0本章主要內(nèi)容第2頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 1.1 概述1.1.1 流體及其特性1、定義：2、特征：液體、氣體運(yùn)動(dòng)過程中，具有流動(dòng)性。流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與流體流動(dòng)性密切相關(guān)。 流體質(zhì)點(diǎn) 含大量分子的流體微團(tuán)，具有流體宏觀特性 分子自由程流體質(zhì)點(diǎn)尺寸設(shè)備宏觀尺寸流體的連續(xù)性假設(shè) 假設(shè)流體 宏

2、觀上，由大量質(zhì)點(diǎn)組成、彼此沒有空隙、 完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì) 微觀上，微觀粒子組成的不連續(xù)介質(zhì)第3頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二優(yōu)點(diǎn)：局限性： 例：不連續(xù)、一個(gè)一個(gè)分子流過管道。流體物性及運(yùn)動(dòng)參數(shù)連續(xù)變化，可用連續(xù)函數(shù)，解決流體力學(xué)問題。壓力很低的條件下，該假設(shè)不成立。在10-1 mmHg、15時(shí)，空氣平均自由程48.6mm若管道直徑小于48.6mm，則空氣流動(dòng)方式：第4頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二例：流體流動(dòng)中， 1）各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 內(nèi)摩擦力 流動(dòng)阻力（流體粘度）流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與流體流動(dòng)性密切相關(guān) 2）流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞 加速流體傳遞動(dòng)

3、量、質(zhì)量、熱量第5頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二3、分類 壓縮性 流動(dòng)阻力 粘度類型可壓縮流體-氣體（一般）不可壓縮流體-液體（一般）理想流體（無阻力，理想簡化）真實(shí)流體（有阻力，所有流體）牛頓型流體非牛頓型流體 4、流動(dòng)狀態(tài) 層流、過渡流、湍流 明確：流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)傳遞過程影響很大。 第6頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二1.1.3 流體的密度 1、點(diǎn)密度2、平均密度3、幾種變形比體積 *相對(duì)密度 4、影響因素 1）液體 校正 2）氣體第7頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 理想氣體 適用：5、流體混合物的密度 液體混合物

4、氣體混合物 適用： 另： 混合效應(yīng)忽略不計(jì)。 壓力不太高，溫度不太低的氣體。 否則，應(yīng)采用真實(shí)氣體狀態(tài)方程。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二6、流體的壓縮性 體積壓縮性系數(shù)結(jié)論：壓縮性系數(shù)表明流體壓縮性的大小 V 越大，流體越容易被壓縮 不可壓縮流體，V =0，如液體 可壓縮流體，V 0，如氣體第9頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 1、表面力 指：在流體表面上作用的力分解：切向力（粘滯力） 法向力（壓力）特點(diǎn)：接觸力，大小與接觸面積成正比。2、質(zhì)量力（體積力） 指：作用于流體全部質(zhì)點(diǎn)上的力。 包括：重力、離心力、慣性力 特點(diǎn)：非接觸力，大小與

5、流體質(zhì)量成正比。1.2.1 作用于流體上的力分為：表面力和質(zhì)量力1-2 流體靜力學(xué)第10頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二1.2.2 流體的壓強(qiáng)及其表示法1、流體的壓強(qiáng) p（壓力）指：垂直作用于流體單位面積上的力 平均壓力 點(diǎn)壓力2、特點(diǎn) 1）方向：作用面的內(nèi)法向方向； 2）點(diǎn)壓力：與測壓方位無關(guān)； 3）影響因素：第11頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二3、單位制的使用 要求：使用國際單位制（SI） 掌握： CGS(物理單位制) 工程單位制(重力單位制) 掌握：單位換算第12頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二壓力單位 1）SI單

6、位 Pa(N/m2)、MPa、KPa 2）常用單位 at (kgf/cm2)、mmHg、mH2O、 atm、bar (105 Pa)單位換算第13頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二4、壓力的表示方法 1）絕對(duì)壓力（絕壓） 基準(zhǔn)：絕對(duì)0壓 2）表壓 基準(zhǔn)：當(dāng)?shù)卮髿鈮?3）真空度（負(fù)表壓） 壓力低于大氣壓的數(shù)值相互間的關(guān)系 表壓 = 絕對(duì)壓力 - 當(dāng)?shù)卮髿鈮?真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮?- 絕對(duì)壓力第14頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 1、壓力表、真空表各測何種壓力 2、表壓0.2 Mpa，問絕壓 ? atm 3、真空度分別為20、40mmHg，比較絕壓大小

7、 4、各種表示法的使用場合 注意：使用表壓、真空度時(shí)，必須注明提出問題?第15頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二1.2.3 流體靜力學(xué)方程式描述：靜止流體內(nèi)部，壓力分布規(guī)律。形式：研究內(nèi)容：1、方程的導(dǎo)出2、方程的意義 3、方程的應(yīng)用第16頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二1、方程的導(dǎo)出依據(jù)：動(dòng)量守恒定律1）微元體(控制體)選取2）受力分析第17頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二設(shè)：微元體中心的壓強(qiáng)為pX方向上，表面力： 左側(cè) 右側(cè)質(zhì)量力：合力(X方向)：第18頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二化簡，得：(

8、歐拉方程) 整理： 因此，重力場中， 因此， 積分：第19頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二3）流體具有的能量形式 內(nèi)能 機(jī)械能 動(dòng)能 勢能 位能 靜壓能設(shè)流體不可壓縮，流體靜力學(xué)方程式： 其它形式：第20頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二* 流體靜力學(xué)方程式(三種形式) 流體靜力學(xué)方程表明 * 靜止流體具有兩種形式的勢能-靜壓能和位能* 在不同截面上，靜壓能和位能之和(總勢能) 保持不變。* 各截面上，兩種形式的能量可相互轉(zhuǎn)化。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二4332、關(guān)于靜力學(xué)方程的幾點(diǎn)討論 1）方程的適用條件 重力

9、場中，靜止的、連續(xù)的、不可壓縮的 同一種流體。 問題1：液體、氣體是否都能用靜力學(xué)方程 液體：不可壓縮，一般可用 氣體：可壓縮，僅用于壓力變化不大的場合問題2：存在幾種不互溶流體時(shí)，如何應(yīng)用 應(yīng)分段應(yīng)用靜力學(xué)方程問題3：連續(xù)流體 流體需處于相同的相態(tài)。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二2）等壓面等壓面事例1132244535P1P2靜止、連續(xù)的均質(zhì)流體，壓力相等的各點(diǎn)連接所組成的面，稱為等壓面。重力場中,等壓面是各個(gè)水平面。p81234567第23頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 重力場中，分析1-1截面上的兩點(diǎn) 1、管道中，水靜止 2、靜止

10、管道中混有氣泡 3、管道中，水流動(dòng) 4、改為離心力場3-31-14-42-2提出問題?第24頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二P0z0h012P1P2z2z1圖1-5 重力場中的壓力分布3)靜止流體內(nèi)部，各不同截面上的靜壓能和位能兩者之和為常數(shù)。 P= P0 +gh P0 = P1- g(Z0-Z1) P0 = P2- g(Z0-Z2) P1+ gZ1 = P2 +gZ2 P0一定，p僅隨P0變某一數(shù)值，p改變同樣的數(shù)值壓力的可傳性、h有關(guān)。 P= P0 + gh第25頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二2、測壓管 表壓 絕壓一、壓力測量 1-2-3

11、靜力學(xué)方程的應(yīng)用1、氣壓計(jì) 適用：液體，壓力高于大氣壓第26頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二(指示液)3、U形壓差計(jì) 目的：求點(diǎn)1、2間壓力差方法：選截面列靜力學(xué)方程第27頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二（1）如何測點(diǎn)壓力， 與簡單測壓管的區(qū)別提出問題?（2）垂直、傾斜管道， 思考測壓公式第28頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二問題：垂直、傾斜管道，測壓公式讀數(shù)R：* 直接反映兩點(diǎn)總勢能差* 位能相等時(shí),直接反映 靜壓能差0勢能=靜壓能+位能第29頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二4、倒U形壓差計(jì) 適用

12、： 或?yàn)闇p小讀數(shù)誤差（放大讀數(shù)R）選取等壓面：第30頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 5、微差壓差計(jì)、傾斜液柱壓差計(jì)（自學(xué)） 公式： 目的： 適用：放大讀數(shù)R，減小誤差。測量微小壓差P2P1RcA圖1-8 微差壓差計(jì)R1RaP1P2圖1-7 傾斜液柱壓差計(jì)第31頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二 小結(jié)：U型壓差計(jì)測壓公式：減小測壓誤差的方法：放大讀數(shù)R，具體有：* 指示液與被測液體密度相近* 傾斜液柱壓差計(jì)* 微差壓差計(jì)注意：壓差的計(jì)算，均從等壓面入手。第32頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二P00水氣體h06、液封目的：（1）恒定設(shè)備內(nèi)的壓力， 防止超壓；（2）密封， 防止氣體泄漏；液封高度計(jì)算： P = Pa + ghh0P溢流水00圖1-9 安全液封氣、液氣第33頁，共36頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)37分，星期二P0bah(a)m