化工原理第一章第一节.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,一,章,流 体 流 动,第,一,节,流体静力学基本方程式,一、流体的密度,密度定义,单位体积的流体所具有的质量,，,;,SI,单位,kg/m,3,。,2.,影响,的主要因素,液体：,不可压缩性流体,气体：,可压缩性流体,3.气体密度的计算,理想气体在标况下的密度为：,例如：标况下的空气，,操作条件下,（,T,P,）,下的密度：,指定：,273,开尔文和,1,大气压（约为,101.325kPa,）下为标准状况。有时也把,298,开尔文和,1,大气压下作为标准状况使用。两种状态下数据的差距很小。,由理想气体方程求得操作条件（,T,P,）,下的密度,4.混合物的密度,1）液体,混合物的密度,m,取,1,kg,液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:,假设混合后总体积不变，,液体混合物密度计算式,2)气体混合物的密度,取,1,m,3,的气体为基准,令各组分的体积分率为:,y,A,y,B,y,n,其中:,i =1,2,.,n,混合物中各组分的质量为：,当,V,总,=,1,m,3,时,，,若混合前后,气体的质量不变，,当,V,总,=1,m,3,时,气体混合物密度计算式,当混合物气体可视为理想气体时,理想气体混合物密度计算式,5.与,密度相关的几个物理量,1,）比容,：单位质量的流体所具有的体积，用,表示，单位,为,m,3,/kg,。,2,）比重,(,相对密度,),：,某物质的密度与,4,下的水的密度的比,值，用,d,表示。,在数值上:,二、流体的静压强,1、压强的定义,流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的,静压强,，简称,压强,。,SI,制单位：,N/m,2,，,即,Pa,。,其它常用单位有：,atm,（,标准大气压）、工程大气压,kgf/cm,2,、,bar,；,流体柱高度（,mmH,2,O,，,mmHg,等）。,换算关系为：,2、压强的表示方法,1）,绝对压强（绝压）：,流体体系的真实压强称为绝对压强。,2）,表压,强（表压）：,压力上读取的压强值称为表压。,表压强,=,绝对压强,-,大气压强,3）真空度：,真空表的读数,真空度=大气压强-绝对压强=-表压,绝对压强、真空度、表压强的关系为,绝对零压线,大气压强线,A,绝对压强,表压强,B,绝对压强,真空度,当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。,如：4,10,3,Pa,（,真空度）、,200,KP,a,（,表压）。,三、流体静力学方程,1、方程的推导,在1-1截面受到垂直向下的压力,在,2-2,截面受到垂直向上的压力：,小液柱本身所受的重力：,因为小液柱处于静止状态,，,两边同时除,A,令,则得：,若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为,P,0,，,取下底面在距离液面,h,处，作用在它上面的压强为,P,流体的静力学方程,表明在重力作用下,，,静止液体内部压强的变化规律,。,2、方程的讨论,1）液体内部压强,p,是随,p,0,和,h,的改变而改变的，即：,2）当容器液面上方压强,p,0,一定时，静止液体内部的,压强,p,仅与垂直距离,h,有关，即：,处于同一水平面上各点的压强相等。,3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之,改变，即,：,液面上所受的压强能以同样大小传递到,液体内部的任一点,。,4）从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于,静止的,连通着的同一种流体的内部,，对于,间断的并非单一,流体的内部,则不满足这一关系。,5）,可以改写成,压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示，这就,是,液体压强计的根据,，在使用液柱高度来表示压强,或压强差时，需指明何种液体。,6)方程是以,不可压缩流体,推导出来的，对于可压缩性的,气体，只适用于压强变化不大的情况。,例,：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度,h,1,=0.7m,密度,，水层高度,h,2,=0.6m，,密度为,1,）判断下列两关系是否成立,p,A,p,A,，,p,B,p,B,。,2,）,计算玻璃管内水的高度,h,。,解：,（,1,）判断题给两关系是否成立,A,，,A,在,静止的连通着的同一种液体的同一水平面上,因,B,，,B,虽在同一水平面上，但,不是连通着的同一种液,体,，即截面,B-B,不是等压面，故 不成立,（,2,）计算水在玻璃管内的高度,h,p,A,和,p,A,又分别可用流体静力学方程表示,设大气压为,p,a,四、静力学方程的应用,1、压强与压强差的测量,1）U,型管压差计,根据流体静力学方程,当被测的流体为,气体,时，,可忽略,则,，,两点间压差计算公式,若,U,型管的一端与被测流体相连接，另一端与大气相通，那么读数,R,就反映了被测流体的绝对压强与大气压之差，也就是被测流体的,表压,。,当,p,1,-p,2,值较小时，,R,值也较小，若希望读数,R,清晰，可采取三种措施：,两种指示液的密度差尽可能减小,、采用,倾斜,U,型管压差计、,采用微差压差计。,当管子平放时：,2）,倾斜,U,型管压差计,假设垂直方向上的高度为,R,m,，,读数为,R,1,，,与水平倾斜角度,2),微差压差计,U,型管的两侧管的顶端增设两个小扩大室,其内径与,U,型管的内径之比,10,，装入两种密度接近且互不相溶的指示液,A,和,C,，,且指示液,C,与被测流体,B,亦不互溶。,根据流体静力学方程可以导出：,微差压差计两点间压差计算公式,例,：用,3,种压差计测量气体的微小压差,试问：,1,）用普通压差计，以苯为指示液，其读数,R,为多少？,2,）用倾斜,U,型管压差计，,=30,，,指示液为苯，其读,数,R,为多少？,3,）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大,室截面积远远大于,U,型管截面积，此时读数,R,为多少？,R,为,R,的多少倍？,已知：苯的密度,水的密度,计算时可忽略气体密度的影响。,解：,1,）普通管,U,型管压差计,2,）倾斜,U,型管压差计,3,）微差压差计,故：,2、液位的测定,液位计的原理,遵循静止液体内部压强变化的规律,是静力学基本方程的一种应用。,液柱压差计测量液位的方法：,由压差计指示液的读数,R,可以计算出容器内液面的高度。,当,R,0,时，容器内的液面高度将达到允许的最大高度，容器内液面愈低，压差计读数,R,越大。,远距离控制液位的方法,：,压缩氮气自管口,经调节阀通入，调,节气体的流量使气,流速度,极小,，只要,在鼓泡观察室内看,出有气泡缓慢逸出,即可。,压差计读数,R,的大小，反映出贮罐内液面的高度,。,R,例,：利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两,相界面位置，已知两吹气管出口的间距为,H,1m,，,压差计中,指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为,800,kg/m,3,、,1000kg/m,3,、,13600kg/m,3,。,求当压差计指示,R,67mm,时，界,面距离上吹气管出口端距离,h,。,解,：忽略吹气管出口端到,U,型管两侧的气体流动阻,力造成的压强差，则：,（表）,(表）,3、液封高度的计算,液封的作用：,若设备内要求气体的压力不超过某种限度时，液封的作用就是：,当气体压力超过这个限度时，气体冲破液封流出，又称为,安全性液封,。,若设备内为负压操作，其作用是：,液封需有一定的液位，其高度的确定就是根据,流体静力学基本方程式,。,防止外界空气进入设备内,例1,：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过,10.710,3,Pa,（,表压），需在炉外装有安全液封，其作用是,当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉,的安全液封管应插入槽内水面下的深度,h,。,解,：过液封管口作基准水平面,o-o，,在其上取,1,，,2,两点。,例2,：真空蒸发器操作中产生的水蒸气，往往送入本题附图,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，冷凝器的上方与真空泵相通，不时将器内的不凝,气体（空气）抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，,致使设备内真空度降低，因此，气压管必须插入液封槽中，,水即在管内上升一定高度,h,，,这种措施称为,液封,。若真空表,读数为,8010,4,Pa,，,试求气压管内水上升的高度,h,。,解,：设气压管内水面上方的绝对压强为,P,，,作用于液封,槽内水面的压强为大气压强,P,a,，,根据流体静力学基本方程,式知：,