化工原理ch1-2流体静力学.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,*,*,2026/4/9 周四,第,1,章 流体流动与输送机械,1.2,流体静力学,1.2.1 静压力特性,1.2.2 流体静力学基,本方程,2026/4/9 周四,1.2.1 静压力特性,流体压力与作用面垂直,并指向作用面,;,静压力与其作用面在空间的方位无关,只与该点位置有关,即静压力各向同性,2026/4/9 周四,1）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,，,1.2.2 流体静力学基本方程,2026/4/9 周四,两边同时除,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,2,流体的静力学方程,2026/4/9 周四,2）方程的讨论,液体内部压强,P,是随,P,0,和,h,的改变而改变的，即：,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。,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,。,2026/4/9 周四,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。,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。,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。,2026/4/9 周四,p,a,p,a,A,C,B,B,A,C,油,水,比较,A,与,A,，B,与,B,，C,与,C,的压力大小关系,思 考,2026/4/9 周四,例,：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度,h,1,=0.7m,密度,1,800kg/m,3,，水层高度,h,2,=0.6m，,密度为,2,=1000,kg/m,3,1）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,。,2026/4/9 周四,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,（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,2026/4/9 周四,作业,:p76,T1-5,2026/4/9 周四,A.U,形压力计,设,U,形管中指示液液面高度差为,R,，,指示液密度为,0,，被测流体密度为,，则由静力学方程可得：,将以上三式合并得：,3,）静力学方程的应用,压力及压力差的测定,2026/4/9 周四,若容器,A,内为气体，则,gh,项很小可忽略，于是,：,显然，,U,形压力计既可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力，而且被测流体的压力比大气压大或小均可。,2026/4/9 周四,B.U,型管压差计,根据流体静力学方程,2026/4/9 周四,当被测的流体为,气体,时，,可忽略,则,，,两点间压差计算公式,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：,2026/4/9 周四,讨论,（1）,U,形压差计可测系统内两点的压力差，当将,U,形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时,，,也可测得流体的表压或真空度,p,1,p,a,p,1,p,a,表压,真空度,2026/4/9 周四,讨论,（2）指示液的选取：,指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；,其密度要大于被测流体密度。,应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。,2026/4/9 周四,C.,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,当被测压差较小时，为使压差计读数较大，以减小测量中人为因素造成的相对误差，也常采用倾斜式压差计,2026/4/9 周四,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,D.,双液体,U,管压计,/,微压计,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。,适用于压差较小的场合,2026/4/9 周四,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？,2026/4/9 周四,解：,1）普通管,U,型管压差计,已知：苯的密度,C,879kg/m,3,，水的密度,A,998kg/m,3,，计算时可忽略气体密度的影响,2）倾斜,U,型管压差计,2026/4/9 周四,3）微差压差计,故：,作业,:,p75,T1-8,2026/4/9 周四,液位测量,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,R0,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。,2026/4/9 周四,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。,2026/4/9 周四,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,R67mm,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：,2026/4/9 周四,（表）,(表）,2026/4/9 周四,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：,防止外界空气进入设备内,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,。,2026/4/9 周四,例1,：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过,10.7,10,3,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。,2026/4/9 周四,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 80,10,4,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,Pa,，,根据流体静力学基本方程,式知：,2026/4/9 周四,