【化工原理 課件】1.2流體靜力學(xué)

1 2流體靜力學(xué) 1 2 2流體靜力學(xué)基本方程 1 2 1靜壓力的特性 1 2流體靜力學(xué) 流體壓力與作用面垂直 并指向該作用面 任意界面兩側(cè)所受壓力 大小相等 方向相反 作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同 1 2 1靜壓力的特性 流體垂直作用于單位面積上的力 稱為流體的靜壓強(qiáng) 習(xí)慣上又稱為壓力 一 壓力的單位 SI制 N m 2或Pa 或以流體柱高度表示 注意 用液柱高度表示壓力時(shí) 必須指明流體的種類 如600mmHg 10mH2O等 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的換算關(guān)系 1atm 1 013 105Pa 760mmHg 10 33mH2O 二 壓力的表示方法 絕對(duì)壓力以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力 表壓或真空度以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力 表壓 絕對(duì)壓力 大氣壓力真空度 大氣壓力 絕對(duì)壓力 例1 2 已知某離心泵進(jìn)口真空表讀數(shù)為76kPa 出口壓力表讀數(shù)為245kPa 試求離心泵進(jìn)出口的絕對(duì)壓力及壓差 大氣壓力為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 解 進(jìn)口處絕對(duì)壓力出口處絕對(duì)壓力進(jìn)出口的壓力差 一 靜力學(xué)基本方程 重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)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(shè)流體不可壓縮 方向向下 方向向上 方向向下 1 2 2流體靜力學(xué)基本方程 液柱處于靜止時(shí) 上述三項(xiàng)力的合力為零 靜力學(xué)基本方程 壓力形式 能量形式 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 2 物理意義 單位質(zhì)量流體所具有的位能 J kg 單位質(zhì)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(zhuǎn)換 其總和保持不變 3 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(shí) 液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化 解 等溫狀態(tài)下 pv 常數(shù) 因此有 假設(shè)g為常數(shù) 由于因此 例1 3 如圖所示 將大氣視為靜止流體 且認(rèn)為從海平面到20000m高度間是等溫狀態(tài) 試計(jì)算20000m高度處的大氣壓強(qiáng) 假設(shè)海平面處p1 101 3kPa 1 1 205kg m3 T1 273 15K 積分得最后得 二 靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 1 壓力及壓力差的測(cè)量 1 U形壓差計(jì) 設(shè)指示液的密度為 被測(cè)流體的密度為 A與A 面為等壓面 即 而 所以 整理得 若被測(cè)流體是氣體 則有 討論 1 U形壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差 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) 也可測(cè)得流體的表壓或真空度 表壓 真空度 2 指示液的選取 指示液與被測(cè)流體不互溶 不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 其密度要大于被測(cè)流體密度 應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液 思考 若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中 此時(shí)讀數(shù)R反映了什么 密度接近但不互溶的兩種指示液A和C 2 雙液體U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 適用于壓差較小的場(chǎng)合 3 倒U形壓差計(jì) 指示劑密度小于被測(cè)流體密度 如空氣作為指示劑 4 傾斜式壓差計(jì) P18 適用于壓差較小的情況 例1 4 如圖所示 水在水平管道內(nèi)流動(dòng) 為測(cè)量流體在某截面處的壓力 直接在該處連接一U形壓差計(jì) 指示液為水銀 讀數(shù)R 200mm m 1000mm 已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01 3kPa 水的密度為1000kg m 3 水銀的密度為13600kg m 3 試計(jì)算該截面處的壓力 64844Pa 例1 5 如圖所示 用一復(fù)式U形壓差計(jì)測(cè)量某種流體流過管路A B兩點(diǎn)的壓力差 已知流體的密度為 指示液的密度為 0 且兩U形管指示液之間的流體與管內(nèi)流體相同 已知兩個(gè) U形壓差計(jì)的讀數(shù)分別為R1 R2 試推導(dǎo)A B兩點(diǎn)壓力差的計(jì)算式 由此可得出什么結(jié)論 流體管路傾斜放置 又該怎樣 2 液位測(cè)量 1 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 液面越高 h越小 壓差計(jì)讀數(shù)R越小 當(dāng)液面達(dá)到最高時(shí) h為零 R亦為零 2 遠(yuǎn)距離液位測(cè)量裝置 管道中充滿氮?dú)?其密度較小 近似認(rèn)為 而 所以 3 液封高度的計(jì)算 液