第一章流體流動1

2023/2/4食品工程原理授課教師郭春鋒gcf@2023/2/4第一章流體流動第一節(jié):流體靜力學(xué)第二節(jié):流體動力學(xué)第三節(jié):流體流動現(xiàn)象第四節(jié):流體流動的阻力第五節(jié):管路計(jì)算第六節(jié):流量測定2023/2/4第一章

流體流動一、流體的密度二、流體的壓力三、流體靜力學(xué)方程四、流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用第一節(jié)流體靜力學(xué)2023/2/41密度的定義

單位體積的流體所具有的質(zhì)量，稱為密度，用ρ表示。其SI單位為kg/m3，其表達(dá)式為：2影響密度的因素一、流體的密度氣體：——不可壓縮性流體液體：——可壓縮性流體2023/2/43.1單一液體密度的計(jì)算3.2混合液體密度的計(jì)算3液體密度的計(jì)算令混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2023/2/44與密度相關(guān)的幾個(gè)物理量4.1比容：單位質(zhì)量的流體所具有的體積稱為比容，國際標(biāo)準(zhǔn)單位為m3/kg。其表達(dá)式為：4.2相對密度：某物質(zhì)的密度與4℃下的水的密度的比值稱為相對密度，用d表示，是量綱一的量。2023/2/4二、流體的壓力1壓力的定義Pa可以表示為N/m2或J/m3。壓力除了帕[Pa]以外還可以用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓[atm]、工程大氣壓[kgf/cm2]、巴[Bar]、流體柱高度[mmH2O或mmHg]等表示。垂直作用在流體表面上的力與作用面積之比，稱為壓強(qiáng)，工程上習(xí)慣稱為壓力，用p表示，SI制單位為帕斯卡[帕]，英文用Pa表示。2023/2/4各種壓力單位換算關(guān)系為：2023/2/42壓力的表示方式根據(jù)壓力的起量點(diǎn)不同，在工程計(jì)算中，壓力可以用不同方式來表示。以絕對真空(零壓)為起量點(diǎn)得壓力稱為絕對壓力；以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽槠鹆奎c(diǎn)測得的壓力稱為相對壓力。當(dāng)被測流體的絕對壓力大于外界大氣壓時(shí)，所用的測壓儀表稱為壓力表，壓力表上的讀數(shù)表示被測流體的絕對壓力比大氣壓力高出的數(shù)值，稱為表壓力。表壓力=絕對壓力-大氣壓力2023/2/4當(dāng)被測流體的絕對壓力小于外界大氣壓時(shí)，所用測壓儀表稱為真空表。真空表上的數(shù)值表示被測流體的絕對壓力低于大氣壓力的數(shù)值，稱為真空度，即真空度=大氣壓力-絕對壓力當(dāng)用表壓力或真空度來表示壓力時(shí)，應(yīng)特別注明。2023/2/4絕對壓力、真空度、表壓力的關(guān)系為

絕對零壓線大氣壓力線絕對壓力表壓力絕對壓力真空度2023/2/4三、流體靜力學(xué)方程1方程的推導(dǎo)上底面受到的向下壓力：下底面受到的向下壓力：

小液柱本身所受的向下的重力：

2023/2/4因?yàn)樾∫褐幱陟o止?fàn)顟B(tài)，所以方程兩側(cè)同時(shí)除以面積A若取液柱的上底面位于液體表面，并設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為p0，則距液面深度h處的壓強(qiáng)p為：

[Pa]-----------------------------------------(1)

[Pa]-----------------------------------------(2)(1)和(2)稱為流體靜力學(xué)方程2023/2/4(1)式可以進(jìn)行下列變換[Pa]或[J/m3]-------------------------------(3)上式每一項(xiàng)都表示單位體積流體所具有的能量。該式表明：對于靜止流體而言，無論處于位置1還是處于位置2，單位體積流體的靜壓能和位能之和是恒定的。表示1m3流體所具有的靜壓能表示1m3流體所具有的位能2023/2/4[J/kg]----------------------------------------(4)將(3)式的每一項(xiàng)都除以ρ，可得上式每一項(xiàng)都表示單位質(zhì)量流體所具有的能量。表示1kg流體所具有的靜壓能表示1kg流體所具有的位能該式表明：對于靜止流體而言，無論處于位置1還是處于位置2，單位質(zhì)量流體的靜壓能和位能之和是恒定的。2023/2/4[m]

[J/N]----------------------------------------(5)將(4)式的每一項(xiàng)都除以g，可得上式每一項(xiàng)都表示單位重量流體所具有的能量。表示1

N流體所具有的靜壓能表示1

N流體所具有的位能該式表明：對于靜止流體而言，無論處于位置1還是處于位置2，單位重量流體的靜壓能和位能之和是恒定的。2023/2/42流體靜力學(xué)方程的討論(1)液體內(nèi)部壓力p是隨p0和h的改變而改變的，即：

(2)當(dāng)容器液面上方壓力p0一定時(shí)，靜止液體內(nèi)部的壓力p僅與垂直距離h有關(guān)。(3)液面上方壓力改變時(shí)，液體內(nèi)部的壓力也隨之發(fā)生改變。即：液面上所受的壓力能以同樣大小傳遞到液體內(nèi)部的任一點(diǎn)。2023/2/4(4)從流體靜力學(xué)的推導(dǎo)可以看出,它們只能用于靜止的連通著的同一種流體的內(nèi)部，對于間斷的并非單一流體的內(nèi)部則不滿足這一關(guān)系。可以改寫成

這表明壓力差的大小可利用一定高度的液體柱來表示，這就是液體壓差計(jì)的的設(shè)計(jì)原理。(5)2023/2/4例題1U型管壓差計(jì)根據(jù)流體靜力學(xué)方程四、靜力學(xué)方程的應(yīng)用2023/2/4例題2微差壓差計(jì)U型管的兩側(cè)管的頂端增設(shè)兩個(gè)小擴(kuò)大室,其內(nèi)徑與U型管的內(nèi)徑之比＞10，裝入兩種密度接近且互不相溶的指示液A和C，且指示液C與被測流體B亦不互溶。根據(jù)流體靜力學(xué)方程可以導(dǎo)出：2023/2/4例題3液位高度計(jì)算

abxU形管上方的流體與罐體內(nèi)流體是同一種流體2023/2/4例題4液封高度計(jì)算

某廠為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)的壓強(qiáng)不超過10.7×103Pa（表壓），需在爐外裝有安全液封，其作用是當(dāng)爐內(nèi)壓力超過規(guī)定，氣體就從液封管口排出，試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度。解：令安全液封管應(yīng)插入液面的深度不超過h，p0表示大氣壓。