第1节 流体静止的基本方程优秀课件.ppt

第1节 流体静止的基本方程第1页，本讲稿共29页 在日常生活中在日常生活中小区居民供水问题小区居民供水问题第2页，本讲稿共29页煤煤 气气 洗洗 涤涤 工业生产中煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池第3页，本讲稿共29页本章内容提要本章内容提要第一节第一节:流体静止的基本方程流体静止的基本方程第二节第二节:流体流动的基本方程流体流动的基本方程第三节第三节:流体流动现象流体流动现象第四节第四节:流体在管内流动阻力流体在管内流动阻力第五节第五节:管路计算管路计算第六节第六节:流速和流量的测定流速和流量的测定第4页，本讲稿共29页一、流体的密度一、流体的密度二、流体的压强二、流体的压强三、流体静力学方程三、流体静力学方程四、流体静力学方程的应用四、流体静力学方程的应用第第第第 一一一一 节节节节 流体静止的基本方程流体静止的基本方程流体静止的基本方程流体静止的基本方程第5页，本讲稿共29页 一、流体的密度一、流体的密度 1.流体密度定义流体密度定义 单位体积的流体所具有的质量，;SI单位kg/m3。2.影响影响的主要因素的主要因素T p 一一般般来来说说，气气体体的的密密度度随随温温度度和和压压力力变变化化都都比比较较大大，而而液液体的密度随温度变化则比较小，随压力变化就更小了。体的密度随温度变化则比较小，随压力变化就更小了。第6页，本讲稿共29页液体：可视为不可压缩流体可视为不可压缩流体气体：可压缩流体可压缩流体3.气体密度的计算气体密度的计算在在压压力力不不太太高高和和温温度度不不太太低低的的情情况况下下，气气体体的的密密度度可可根根据据理想气体状态方程来计算：理想气体状态方程来计算：而而（1-2）将（将（11）式代入（）式代入（12）式得）式得（1-3）由理想气体状态方程由理想气体状态方程（1-1）得：得：第7页，本讲稿共29页4.4.混合物的密度混合物的密度 1）液体）液体混合物的密度混合物的密度m 取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分数分别为:如果混合后总体积不变，如果混合后总体积不变，第8页，本讲稿共29页 2)2)气体混合物的密度气体混合物的密度 取取1m3 的气体为基准的气体为基准,令各组分的体积分数为令各组分的体积分数为:y1、y2,yn,其中其中:i =1,2,.,n混合物中各组分的质量为：混合物中各组分的质量为：当当V=1m3时，时，由于混合前后气体质量不变由于混合前后气体质量不变，因为因为V=1m3,第9页，本讲稿共29页当混合物气体可视为理想气体时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理想气体混合物密度计算式第10页，本讲稿共29页5.与与密度相关的几个物理量密度相关的几个物理量 1）比比容容：单单位位质质量量的的流流体体所所具具有有的的体体积积，用用表表示示，国国际际标准单位为标准单位为m3/kg。2）比比重重(相相对对密密度度)：某某物物质质的的密密度度与与4下下的的水水的的密密度度的的比比 值，用值，用 d 表示。表示。在数值上在数值上:第11页，本讲稿共29页二、流体的静压强二、流体的静压强1 1、静压强的定义、静压强的定义 静止静止流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强静压强，简称，简称压压强强。SI制单位：制单位：N/m2，即，即Pa。其它常用单位有：其它常用单位有：标标准准大大气气压压（atm）、工工程程大大气气压压（kgf/cm2、bar）；流流体体柱高度（柱高度（mmH2O，mmHg等）。等）。第12页，本讲稿共29页换算关系为：换算关系为：2、压强的表示方法、压强的表示方法 1）绝对压强（绝压）：绝对压强（绝压）：流体的真实压强称为绝对压强。流体的真实压强称为绝对压强。2）表压表压强（表压）：强（表压）：压力表的读数称为表压。压力表的读数称为表压。表压强表压强绝对压强绝对压强大气压强大气压强 1工程大气压工程大气压1kgf/cm2=735.6mmHg=10.0mH2O =0.9807bar=9.807104Pa第13页，本讲稿共29页3）真空度：）真空度：真空表的读数真空表的读数 真空度真空度=大气压强大气压强-绝对压强绝对压强=-=-表压表压绝对压强、真空度、表压强的关系为绝对压强、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。当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。如：如：4103Pa（真空度）、（真空度）、200kPa（表压）（表压）。第14页，本讲稿共29页三、流体静力学方程三、流体静力学方程1、方程的推导、方程的推导在在1-1截面受到垂直向下的压力截面受到垂直向下的压力 在在2-2 截面受到垂直向上的压力：截面受到垂直向上的压力：小液柱本身所受的重力：小液柱本身所受的重力：因为小液柱处于静止状态因为小液柱处于静止状态，第15页，本讲稿共29页两边同时除两边同时除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若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为p0，取下底面在距离液面取下底面在距离液面z处，作用在它上面的压强为处，作用在它上面的压强为p 第16页，本讲稿共29页流体的静力学方程流体的静力学方程 反映的是在重力作用下反映的是在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律静止液体内部压强的变化规律2、方程的讨论、方程的讨论 1 1）液体内部压强）液体内部压强p是是p0和和z的函数，即：的函数，即：2 2）当容器液面上方压强）当容器液面上方压强p0一定时，静止液体内部的一定时，静止液体内部的 压强压强p仅与垂直距离仅与垂直距离z有关，有关，处于同一水平面上各点的压强相等。处于同一水平面上各点的压强相等。第17页，本讲稿共29页 3 3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之 改变，即改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到液面上所受的压强能以同样大小传递到 液体内部的任一点液体内部的任一点。4 4）从流体静力学的推导可以看出）从流体静力学的推导可以看出，它们只能用于它们只能用于静止的静止的 连通着的同一种流体的内部连通着的同一种流体的内部，对于，对于间断的并非单一间断的并非单一 流体的内部流体的内部则不满足这一关系。则不满足这一关系。5）可以改写成可以改写成 压强差的大小可利用一定高度的液柱来表示，这就是压强差的大小可利用一定高度的液柱来表示，这就是液体压强计的工作原理液体压强计的工作原理，在使用液柱高度来表示压强或压强，在使用液柱高度来表示压强或压强差时，需指明何种液体。差时，需指明何种液体。第18页，本讲稿共29页 6)6)方方程程是是以以不不可可压压缩缩流流体体推推导导出出来来的的，对对于于可可压压缩缩性性的的气体，只适用于压强变化不大的情况。气体，只适用于压强变化不大的情况。例例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.6m,，水层高度，水层高度h2=0.7m，密度为密度为 1）判断下列两关系是否成立）判断下列两关系是否成立 pApA，pBpB。2）计算玻璃管内水的高度）计算玻璃管内水的高度h。0 00 0第19页，本讲稿共29页解：解：（1）判断题给两关系是否成立）判断题给两关系是否成立 A，A在在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上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）计算水在玻璃管内的高度hpA和和pA又分别可用流体静力学方程表示又分别可用流体静力学方程表示 设大气压为设大气压为p0 第20页，本讲稿共29页0 00 0第21页，本讲稿共29页四、静力学方程的应用四、静力学方程的应用1 1、压强与压强差的测量、压强与压强差的测量1）U型管压差计型管压差计根据流体静力学方程第22页，本讲稿共29页当被测的流体为当被测的流体为气体气体时，时，可忽略可忽略,则则，若若U型型管管的的一一端端与与被被测测流流体体相相连连接接，另另一一端端与与大大气气相相通通，那那么么读读数数R就就反反映映了了被被测测流流体体的的绝绝对对压压强强与与大大气气压压之之差差，也也就是被测流体的就是被测流体的表压表压。当当p1-p2值值较较小小时时，R值值也也较较小小，为为了了准准确确读读取取R的的值值，可可采取以下三种措施：采取以下三种措施：当管子平放时：当管子平放时：1、使指示液与待测液体的、使指示液与待测液体的密度差尽可能小密度差尽可能小；2、采用、采用倾斜倾斜U型管压差计型管压差计；3、采用、采用微差压差计微差压差计。第23页，本讲稿共29页2)倾斜倾斜U型管压差计型管压差计 假假设设垂垂直直方方向向上上的的高高度度为为Rm，读读数数为为R1，与水平倾斜角度与水平倾斜角度 第24页，本讲稿共29页3)微差压差计微差压差计 U型型管管的的两两侧侧管管的的顶顶端端增增设设两两个个小小扩扩大大室室，其其内内径径与与U型型管管的的内内径径之之比比10，装装入入两两种种密密度度接接近近且且互互不不相相溶溶的的指指示示液液A和和C，且且指指示示液液C与与被被测测流流体体B亦不互溶。亦不互溶。第25页，本讲稿共29页根据流体静力学方程可以导出：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微差压差计两点间压差计算公式 例例：用：用3种压差计测量气体的微小压差种压差计测量气体的微小压差 试问：试问：1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？为多少？第26页，本讲稿共29页2）用倾斜）用倾斜U型管压差计，型管压差计，=3030，指示液为苯，其读，指示液为苯，其读 数数R为多少？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）若用微差压差计，其中加入苯和水两种指示液，扩大 室截面积远远大于室截面积远远大于U型管截面积，此时读数型管截面积，此时读数R为多少？为多少？R为为R的多少倍？的多少倍？已知：苯的密度已知：苯的密度 水的密度水的密度 计算时可忽略气体密度的影响。计算时可忽略气体密度的影响。解：解：1）普通管）普通管U型管压差计型管压差计第27页，本讲稿共29页2）倾斜）倾斜U型管压差计型管压差计 3）微差压差计）微差压差计 故：故：第28页，本讲稿共29页作业：作业：1-4;1-6第29页，本讲稿共29页