第2章流体静力学PPT讲稿.ppt
第2章 流体静力学过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室1第1页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室2l流体静力学研究流体处于流体静力学研究流体处于平衡状态平衡状态时各种物理量的分布时各种物理量的分布规律规律n平衡条件平衡条件n压强分布压强分布n流体与固体之间的相互作用流体与固体之间的相互作用 第2页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室3l平衡状态平衡状态n流体整体对于地球没有相对运动流体整体对于地球没有相对运动绝对静止绝对静止n宏观质点间无相对运动宏观质点间无相对运动相对平衡相对平衡u流体整体相对地球有相对运动，但流体各质点之间没有相对运动流体整体相对地球有相对运动，但流体各质点之间没有相对运动相对静止相对静止p匀速直线运动匀速直线运动p匀加速直线运动匀加速直线运动p匀角速度旋转匀角速度旋转 第3页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室4l平衡状态平衡状态n流体处于平衡状态时，流层之间以及流体与固体之间没有相对运流体处于平衡状态时，流层之间以及流体与固体之间没有相对运动，没有动，没有切向应力切向应力，流体不呈现，流体不呈现粘性粘性。n流体静力学得出的结论对流体静力学得出的结论对理想流体和粘性流体理想流体和粘性流体都使用。都使用。第4页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室5l本章内容本章内容n2.1 2.1 流体静压强及其特性流体静压强及其特性 n2.2 2.2 流体平衡微分方程式流体平衡微分方程式 n2.3 2.3 重力场中流体的平衡重力场中流体的平衡 n2.4 2.4 流体的相对平衡流体的相对平衡 n2.5 2.5 静止流体作用在固体壁面上的总压力静止流体作用在固体壁面上的总压力 n2.6 2.6 静止流体作用在潜体和浮体的总浮力静止流体作用在潜体和浮体的总浮力第5页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室6l本章重点本章重点n静压强及其特性、压强的计算、静压强分布静压强及其特性、压强的计算、静压强分布n作用于平面上液体总压力作用于平面上液体总压力n作用于曲面上液体总压力作用于曲面上液体总压力n本章难点本章难点n应用静力学基本定律计算作用在平面、曲面上的总压力应用静力学基本定律计算作用在平面、曲面上的总压力n不同高度的液体对固体壁面总压力的计算不同高度的液体对固体壁面总压力的计算 第6页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室72.1 2.1 流体静压强及其特性流体静压强及其特性第7页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室8l静压强定义静压强定义n压强压强u在流体内部或流体与壁面间存在的单位面积上的法向作用力。在流体内部或流体与壁面间存在的单位面积上的法向作用力。n静压强静压强u流体处于静止状态时，流体的压强称为流体静压强。流体处于静止状态时，流体的压强称为流体静压强。n流体处于静止状态时，在流体内部或流体与固体壁面间流体处于静止状态时，在流体内部或流体与固体壁面间存在的单位面积上负的法向表面力。存在的单位面积上负的法向表面力。第8页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室9l静压强定义静压强定义PAP表面力表面力静压强静压强第9页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室10l静压强定义静压强定义表面力：外界表面力：外界 流体内部流体内部静压强：流体内部静压强：流体内部 外界外界静压强静压强表面力表面力第10页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室11l静压强的特性静压强的特性n流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向。流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向。n静止流体中任一点流体静压强的大小与作用面在空间的方位无关，是点的坐静止流体中任一点流体静压强的大小与作用面在空间的方位无关，是点的坐标的连续可微函数。标的连续可微函数。第11页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室12n流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向 假设：假设：在静止流体中，流体静压强方向不与作用面相垂直，与作用在静止流体中，流体静压强方向不与作用面相垂直，与作用面的切线方向成面的切线方向成角。角。切向压强切向压强p pt t法向压强法向压强p pn n则存在：则存在：流体要流动流体要流动与假设静止流体相矛盾与假设静止流体相矛盾第12页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室13n静止流体中任一点流体静压强的大小与作用面在空间的方位无关，静止流体中任一点流体静压强的大小与作用面在空间的方位无关，是点的坐标的连续可微函数。是点的坐标的连续可微函数。u证明：证明：p取一微元四面体的流体取一微元四面体的流体微团微团ABCDABCD，边长分别为，边长分别为x,y和和z。p由于流体处于由于流体处于平衡状态平衡状态，故作用在其上的一切力在任意轴上投，故作用在其上的一切力在任意轴上投影的总和等于零。影的总和等于零。第13页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室14n表面力表面力uABDABD面面uABCABC面面uACDACD面面uBCDBCD面面第14页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室15n质量力质量力第15页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室16nX=0X=0第16页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室17n同理同理即即第17页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室18l静压强的特性静压强的特性n静静止止流流体体中中不不同同点点的的静静压压强强一一般般是是不不等等的的，是是空空间间坐坐标标的的连连续续函函数数。同同一一点点的的各各向静压强大小相等。向静压强大小相等。n运运动动状状态态下下的的实实际际流流体体，流流体体层层间间若若有有相相对对运运动动，则则由由于于粘粘性性会会产产生生切切应力，这时同一点上各法向应力不再相等。应力，这时同一点上各法向应力不再相等。n运运动动流流体体是是理理想想流流体体时时，由由于于粘粘度度等等于于零零，不不会会产产生生切切应应力力，所所以以理理想想流体动压强呈静水压强分布特性，即流体动压强呈静水压强分布特性，即第18页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室192.2 2.2 流体平衡微分方程式流体平衡微分方程式第19页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室202.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l17751775年由瑞士学者欧拉首先提出年由瑞士学者欧拉首先提出l欧拉平衡微分方程式欧拉平衡微分方程式l流体静力学方程流体静力学方程第20页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室212.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l在静止流体中任取一平行六面体的流体微团，边长为在静止流体中任取一平行六面体的流体微团，边长为dx、dy、dz，中心点，中心点静压强为静压强为p(x,y,z)。lX方向受力分析方向受力分析n 表面力表面力 n 质量力质量力只有静压强只有静压强如何求解是关键如何求解是关键第21页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室222.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l作用在六个平面中心点上的静压强可按泰勒级数展开作用在六个平面中心点上的静压强可按泰勒级数展开第22页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室232.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l垂直于垂直于X轴的左、右两个平面中心点上的静压强分别为轴的左、右两个平面中心点上的静压强分别为l略去二阶以上无穷小量后，分别等于略去二阶以上无穷小量后，分别等于第23页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室242.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l垂直于垂直于X轴的左、右两微元面上的总压力分别为轴的左、右两微元面上的总压力分别为l因为流体平衡因为流体平衡第24页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室252.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l同理得同理得l写成矢量形式写成矢量形式流体平衡微分方程式流体平衡微分方程式欧拉平衡微分方程式欧拉平衡微分方程式哈密顿算子哈密顿算子第25页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室262.2.1 2.2.1 流体平衡微分方程流体平衡微分方程l在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体上的在静止流体内的任一点上，作用在单位质量流体上的质量力质量力与与静压强静压强的合力相平衡。的合力相平衡。l对对不可压缩不可压缩流体和流体和可压缩可压缩流体的流体的静止静止和和相对静止相对静止状态都适用。状态都适用。第26页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室272.2.2 2.2.2 压强差公式压强差公式 等压面等压面l压强差公式压强差公式第27页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室28l压强差公式压强差公式压强差公式压强差公式 在静止流体中，空间点的坐标增量为在静止流体中，空间点的坐标增量为dx、dy、dz时，相应的流体静时，相应的流体静压强增加压强增加dp，压强的增量取决于质量力。，压强的增量取决于质量力。第28页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室29l等压面等压面n在流体中，压强相等的各点所组成的面称为在流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面等压面。n等压面可以用等压面可以用p(x,y,z)=const（或（或dp=0 ）来表示。）来表示。n对不同的等压面，其常数值是不同的。对不同的等压面，其常数值是不同的。n流体中任意流体中任意一点一点只能有只能有一个一个等压面通过。等压面通过。第29页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室30l等压面等压面n等压面微分方程等压面微分方程u在静止流体中，作用于任一点的质量力垂直于经过该点的等压面。在静止流体中，作用于任一点的质量力垂直于经过该点的等压面。u质量力只有重力，等压面处处与重力方向正交，是一个与地球同心的近质量力只有重力，等压面处处与重力方向正交，是一个与地球同心的近似球面。但是，通常我们所研究的仅是这个球面上非常小的一部分，所似球面。但是，通常我们所研究的仅是这个球面上非常小的一部分，所以可以看成是以可以看成是水平面水平面。第30页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室31l等压面等压面n举例说明举例说明u液体与气体的分界面，即液体的液体与气体的分界面，即液体的自由液面自由液面就是等压面，其上各点的压就是等压面，其上各点的压强等于在分界面上各点气体的压强。强等于在分界面上各点气体的压强。u互不掺混的两种液体的互不掺混的两种液体的分界面分界面也是等压面。也是等压面。等压面等压面等压面等压面油油水水第31页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室322.2.3 2.2.3 流体平衡的条件和压强分布流体平衡的条件和压强分布 对对y求导求导对对x求导求导同理同理第32页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室33第33页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室342.2.3 2.2.3 流体平衡的条件和压强分布流体平衡的条件和压强分布n仍然是流体平衡微分方程。仍然是流体平衡微分方程。n平衡时，数学上质量力满足上式是质量力存在势函数的充要条件。平衡时，数学上质量力满足上式是质量力存在势函数的充要条件。n若质量力势函数为若质量力势函数为-(x,y,z)，则，则第34页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室352.2.3 2.2.3 流体平衡的条件和压强分布流体平衡的条件和压强分布n对于不可压缩流体，压强差公式可写为对于不可压缩流体，压强差公式可写为n有势函数存在的力称为有势的力有势函数存在的力称为有势的力n流体平衡条件流体平衡条件u只有在有势的质量力作用下，不可压缩均质流体才能处于平衡状态。只有在有势的质量力作用下，不可压缩均质流体才能处于平衡状态。第35页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室36n等势面等势面u势函数等于常数的面称为等势面。势函数等于常数的面称为等势面。u等势面可以用等势面可以用(x,y,z)=const(或或d=0)表示。表示。u在势力场中质量力垂直于等势面。在势力场中质量力垂直于等势面。u等势面也是等压面。等势面也是等压面。第36页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室372.2.3 2.2.3 流体平衡的条件和压强分布流体平衡的条件和压强分布u在重力场中等势面和等压面都是水平的，质量力不仅垂直于等势面和等压面，在重力场中等势面和等压面都是水平的，质量力不仅垂直于等势面和等压面，而且始终指向势函数减小，亦即压强增加的方向。而且始终指向势函数减小，亦即压强增加的方向。重力场重力场第37页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室382.2.3 2.2.3 流体平衡的条件和压强分布流体平衡的条件和压强分布l正压流场正压流场n等压面与等密面平行的流场等压面与等密面平行的流场n正压流场的流体为正压流体正压流场的流体为正压流体n不可压缩流体是正压流体不可压缩流体是正压流体n流体的密度只随压强变化的正压流场流体的密度只随压强变化的正压流场第38页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室39l正压流场正压流场n完全气体的等温过程完全气体的等温过程第39页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室40l正压流场正压流场n完全气体的等熵过程完全气体的等熵过程第40页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室412.3 2.3 重力场中流体的平衡重力场中流体的平衡 第41页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室42l求解的是偏微分方程，复杂。求解的是偏微分方程，复杂。l实际工程中要求得出静止状态下流体静压强的大小，以便于进行结构设计。实际工程中要求得出静止状态下流体静压强的大小，以便于进行结构设计。l简便的方法求解静压强大小。简便的方法求解静压强大小。？第42页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室432.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l方程推导方程推导n假设假设u质量力只有重力质量力只有重力u均质不可压缩流体均质不可压缩流体n单位质量力在各坐标轴上的分力为单位质量力在各坐标轴上的分力为p0G=mg第43页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室442.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l方程推导方程推导代入代入得得积分，积分，流体静力学基本方程流体静力学基本方程 适用范围：适用范围：重力作用下的平衡状态均质不可压缩流体。重力作用下的平衡状态均质不可压缩流体。第44页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室452.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l物理意义物理意义n在重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总在重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总势能是相等的。势能是相等的。单位重量流体对某一基准面的位势能单位重量流体对某一基准面的位势能 单位重量流体的压强势能单位重量流体的压强势能 位势能和压强势能之和称为单位重量流体的总势能位势能和压强势能之和称为单位重量流体的总势能zc第45页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室462.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l物理意义物理意义n单位重量流体的压强势能单位重量流体的压强势能p/g 与真空的压强差对单位重与真空的压强差对单位重量流体做的功变成了单位重量量流体做的功变成了单位重量流体的位势能流体的位势能第46页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室472.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l几何意义几何意义n在重力作用下静止流体中各点的在重力作用下静止流体中各点的静水头静水头都是相等的。都是相等的。n单位重量流体具有的能量用液柱高度来表示称为单位重量流体具有的能量用液柱高度来表示称为水头水头。单位重量流体的位置水头单位重量流体的位置水头 单位重量流体的压强水头单位重量流体的压强水头 位置水头和压强水头之和称为静水头位置水头和压强水头之和称为静水头zc第47页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室482.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l几何意义几何意义n 在重力作用下静止流体中各在重力作用下静止流体中各 点的静水头都是相等的。点的静水头都是相等的。n 各点静水头的连线称为静水各点静水头的连线称为静水 头线。头线。n 重力作用下静止不可压缩流重力作用下静止不可压缩流 体静水头线为水平线。体静水头线为水平线。静水头线静水头线计示静水头线计示静水头线第48页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室492.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l静力学基本方程的另一种形式静力学基本方程的另一种形式n在静止液体中任取两点在静止液体中任取两点1 1和和2 2n点点1 1和点和点2 2压强各为压强各为p1和和p2n点点1 1和点和点2 2位置各为位置各为z1和和z2P0P1P2Z1Z212第49页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室50等压面等压面油油水水123(a)(a)(b)(b)正确答案正确答案 （b b）v 思考一下思考一下第50页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室512.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式ZYOpAzh根据根据A A点与自由液面之间点与自由液面之间静止流体中任意点在自由液面下的深度静止流体中任意点在自由液面下的深度第51页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室522.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式n在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性规律变化，即随深度的增加，静压强值成在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性规律变化，即随深度的增加，静压强值成正比增大。正比增大。n在静止液体中，任意一点的静压强由在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成两部分组成：u自由液面上的压强自由液面上的压强p p0 0；u该点到自由液面的单位面积上的液柱重量。该点到自由液面的单位面积上的液柱重量。n在静止液体中，位于同一深度（在静止液体中，位于同一深度（h=h=常数）的各点的静压强相等，即任一水平面都是等压面。常数）的各点的静压强相等，即任一水平面都是等压面。n自由液面上的压强将以同样的大小传递到液体内部的任意点上自由液面上的压强将以同样的大小传递到液体内部的任意点上 帕斯卡原理帕斯卡原理。第52页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室532.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式l流体静压强分布流体静压强分布h1hggh2hh+hg()1h21hgh第53页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室542.3.1 2.3.1 流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式想一想：想一想：下图所示那个断面是等压面？下图所示那个断面是等压面？答案：答案：B-B重力重力静止静止连续连续均质不可压均质不可压水平面水平面第54页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室552.3.2 2.3.2 标准大气的压强变化标准大气的压强变化l标准大气可视为完全气体标准大气可视为完全气体l对流层内（从海平面到对流层内（从海平面到11000m11000m）的压强变化）的压强变化n标准大气在海平面的温度标准大气在海平面的温度 T1=288.15 K n标准大气在海平面的压强标准大气在海平面的压强 p1=101325 Pan对流层内温度变化规律对流层内温度变化规律 T=T1+z =-0.0065 K/mn对流层内密度变化规律对流层内密度变化规律 =p/R(T1+z)第55页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室562.3.2 2.3.2 标准大气的压强变化标准大气的压强变化第56页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室572.3.2 2.3.2 标准大气的压强变化标准大气的压强变化l同温层内（从同温层内（从11000m11000m到到20100m20100m）的压强变化）的压强变化n同温层内温度同温层内温度 T2=216.7 K n同温层内密度变化规律同温层内密度变化规律 =p/(RT2)第57页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室582.3.2 2.3.2 标准大气的压强变化标准大气的压强变化第58页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室592.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强l依据计量基准的不同依据计量基准的不同n绝对压强绝对压强n计示压强（相对压强、表压强）计示压强（相对压强、表压强）第59页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室602.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n绝对压强绝对压强u以完全真空时的以完全真空时的绝对零压强绝对零压强（p=0）为基准来计量的压强称为绝对压强）为基准来计量的压强称为绝对压强第60页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室612.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n计示压强（相对压强、表压强）计示压强（相对压强、表压强）u以以当地大气压强当地大气压强为基准来计量的压强称为计示压强。为基准来计量的压强称为计示压强。第61页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室622.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n真空真空u负的计示压强，称为负的计示压强，称为真空真空或或负压强负压强。u当压强当压强比当地大气压强低比当地大气压强低时，流体压强与当地大气压强的差值称为真空时，流体压强与当地大气压强的差值称为真空度。度。u真空以液柱表示时称为真空以液柱表示时称为真空高度真空高度u绝对压强等于零的状态称为绝对压强等于零的状态称为完全真空完全真空p实际上达不到完全真空实际上达不到完全真空第62页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室632.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n真空真空u水泵和风机的吸入管中水泵和风机的吸入管中u 凝汽器凝汽器u 锅炉炉膛锅炉炉膛u 烟囱的底部烟囱的底部n真空的测量真空的测量第63页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室642.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n绝对压强、计示压强、真空之间的关系绝对压强、计示压强、真空之间的关系 绝对压强绝对压强计示压强计示压强真空真空绝对压强绝对压强大气压强大气压强完全真空完全真空p0p第64页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室652.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n实际测定的压强为计示压强实际测定的压强为计示压强，随大气压强的变化而变化，随大气压强的变化而变化.n由于绝大多数气体的性质是气体绝对压强的函数，如正压性气体由于绝大多数气体的性质是气体绝对压强的函数，如正压性气体=(p)，所以，所以气体的压强都用绝对压强气体的压强都用绝对压强表示。表示。n液体的性质几乎不受压强的影响，所以液体的性质几乎不受压强的影响，所以液体的压强常用计示压强液体的压强常用计示压强表示，只有表示，只有在汽化点时，才用液体的绝对压强。在汽化点时，才用液体的绝对压强。第65页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室662.3.3 2.3.3 绝对压强绝对压强 计示压强计示压强n压强的单位：压强的单位：Pa MPa kPa bar atm kgf/cm2 mmHg mH2On压强单位的换算压强单位的换算 表表2.3.12.3.1第66页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室672.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计l测量压强的仪表称为测压计测量压强的仪表称为测压计l测压计的分类测压计的分类n液柱式测压计液柱式测压计n金属式测压计金属式测压计n电测式测压计电测式测压计第67页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室682.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计1.1.测压管测压管第68页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室692.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计1.测压管测压管u被测流体压强高于大气压强被测流体压强高于大气压强第69页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室702.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计1.测压管测压管u被测流体压强低于大气压强被测流体压强低于大气压强第70页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室712.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计2.2.U U形管测压计形管测压计第71页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室722.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计2.2.U U形管测压计形管测压计u被测流体压强高于大气压强被测流体压强高于大气压强第72页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室732.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计2.2.U U形管测压计形管测压计u被测流体压强低于大气压强被测流体压强低于大气压强第73页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室742.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计2.2.U U形管测压计形管测压计u二容器中流体的压差二容器中流体的压差 第74页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室752.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计3.3.倾斜式微压计倾斜式微压计u无压强差时，液面位于无压强差时，液面位于0 0 0 0up p2 2pp1 1时，液面下降时，液面下降h h2 2，斜管中上升，斜管中上升h h1 1微压计系数微压计系数 第75页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室762.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计3.倾斜式微压计倾斜式微压计u测压时高压接容器，低压接斜管。测压时高压接容器，低压接斜管。u用于测量气体压强，测量精度较高。用于测量气体压强，测量精度较高。u用于测量较小压强、压强差。用于测量较小压强、压强差。u由于工作液体蒸发、斜管沾污等，需定期清污标定。由于工作液体蒸发、斜管沾污等，需定期清污标定。第76页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室772.3.4 2.3.4 流体静压强的测量流体静压强的测量 液柱式测压计液柱式测压计n液柱式测压计液柱式测压计4.补偿式微压计补偿式微压计 用于测量气体压强，测量精度用于测量气体压强，测量精度很高，可测量很微小的压强很高，可测量很微小的压强第77页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室78【例例2-12-1】如如图图所所示示，一一倒倒置置的的U U形形管管，其其工工作作液液体体为为密密度度2=917kg/m3的的油油，下下部部是是密密度度为为1的的水水，已已知知h=10cm，a=10cm，求求两两容容器器用用水水柱柱高高度度表表示示的压强。的压强。第78页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室79【例例2-22-2】已已知知活活塞塞直直径径d=35mm，重重量量W=15N。油油的的密密度度1=920kg/m3，水水银银的的密密度度2=13600kg/m3。若若不不计计活活塞塞的的摩摩擦擦和和油油的的泄泄漏漏，当当活活塞塞底底面面和和U U形形管管中中水水银银液面的高度差液面的高度差h=0.7m时，求时，求U U形管中两水银液面的高度差。形管中两水银液面的高度差。第79页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室80【例例 2-32-3】如如 图图 所所 示示，h1=600mm，h2=250mm，h3=200mm，h4=300mm，h5=500mm，1=1000kg/m3，2=800kg/m3，3=13598 kg/m3，求求A A、B B两两点点的压强差。的压强差。第80页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室81【例例2-42-4】如如图图所所示示，两两圆圆筒筒用用管管子子连连接接，内内充充水水银银。第第一一个个圆圆筒筒直直径径d1=45cm，活活塞塞上上受受力力F1=3197N，密密封封气气体体的的计计示示压压强强pe=9810Pa；第第二二个个圆圆筒筒直直径径d2=30cm，活活塞塞上上受受力力F2=4945.5N，开开口口通通大大气气。若若不不计计活活塞塞质质量量，求求平衡状态时两活塞的高度差平衡状态时两活塞的高度差h。（已知水银的密度。（已知水银的密度=13600kg/m3）。）。第81页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室822.4 2.4 流体的相对平衡流体的相对平衡 第82页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室832.4.1 2.4.1 水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡1.流体静压强分布规律流体静压强分布规律第83页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室842.4.1 2.4.1 水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡2.等压面方程等压面方程n平面方程（斜平面）平面方程（斜平面）n不同不同C1代表不同的等压面代表不同的等压面第84页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室852.4.1 2.4.1 水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡2.等压面方程等压面方程n等压面倾角等压面倾角n质量力的合力仍垂直于等压面质量力的合力仍垂直于等压面n自由液面方程自由液面方程第85页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室862.4.1 2.4.1 水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡2.等压面方程等压面方程n液面下压强液面下压强 水平直线等加速运动容器中液体相对平衡时，液体内水平直线等加速运动容器中液体相对平衡时，液体内任一点的静压强仍然是液面上的压强任一点的静压强仍然是液面上的压强p0与淹深为与淹深为h密度为密度为的液体柱产生的压强的液体柱产生的压强gh之和之和第86页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室872.4.1 2.4.1 水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡水平直线等加速运动容器中液体的相对平衡3.与绝对静止情况比较与绝对静止情况比较n压强分布压强分布u绝对静止绝对静止u相对静止相对静止n等压面等压面u绝对静止绝对静止u相对静止相对静止第87页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室882.4.2 2.4.2 等角速度旋转容器中液体的相对平衡等角速度旋转容器中液体的相对平衡l液体以液体以角速度旋转角速度旋转l液面呈抛物线液面呈抛物线l液面压强为液面压强为p0l建立如图所示的坐标系建立如图所示的坐标系l单位质量惯性力单位质量惯性力l重力重力第88页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室892.4.2 2.4.2 等角速度旋转容器中液体的相对平衡等角速度旋转容器中液体的相对平衡1.流体静压强分布规律流体静压强分布规律第89页，共152页，编辑于2022年，星期一过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室902.4
