流体静力学方程课件.ppt

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1、项目一流体输送及设备操作南京科技职业学院南京科技职业学院南京科技职业学院南京科技职业学院职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库化工单元操作化工单元操作课程课程任务二、流体静力学方程任务二、流体静力学方程 （一）压强的定义与单位（一）压强的定义与单位 流流体体垂垂直直作作用用于于单单位位面面积积上上的的力力，称称为为流流体体的的静静压压强强，简简称称压强（压强（工程上习惯称为压力）。工程上习惯称为压力）。设设压压强强为为p（N/m2即即Pa），作作用用在在流流体体表表面面上上的的力力为为F（N），流体的表面积为流体的表面积为A（m2），），表达式为表达式

2、为 工程上常用的压强计量单位有三种，应力单位、液柱单位和工程上常用的压强计量单位有三种，应力单位、液柱单位和大气压单位。大气压单位。一、流体的压强一、流体的压强分项目二、分项目二、分项目二、分项目二、流体输送过程工艺参数的确定流体输送过程工艺参数的确定流体输送过程工艺参数的确定流体输送过程工艺参数的确定 1、应应力力单单位位：在在SI制制中中用用N/m2即即Pa（帕帕），kPa，MPa或或bar（巴，巴，1bar=105Pa）。）。重力单位制中用重力单位制中用kgf/cm2。2、液柱单位、液柱单位：mH2O，mmH2O或或mmHg。流体柱高度流体柱高度h与压强之间的关系与压强之间的关系或或 注

3、意：若用流体柱高度注意：若用流体柱高度h表示压强表示压强p大小时，必须指明流体的种类。大小时，必须指明流体的种类。3、大气压单位、大气压单位：标准大气压（物理大气压）：标准大气压（物理大气压）atm和工程大气压和工程大气压at。常见压强单位之间的关系如下：常见压强单位之间的关系如下：1atm=101.325kPa=760mmHg=1.033 kgf/cm2=10.33mH2O 1at=1 kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg=98.07kPa流体输送及设备操作（二）压强的基准（二）压强的基准以没有气体分子存在的绝对真空作为基准量得的压强称为绝对以没有气体分子存在的绝对真空作为基准量

4、得的压强称为绝对压强（绝压）；以当地大气压强为基准量得的压强称为相对压强。压强（绝压）；以当地大气压强为基准量得的压强称为相对压强。绝对压强永远为正值，而相对压强则可能为正值，也可能为负绝对压强永远为正值，而相对压强则可能为正值，也可能为负值。被测流体的绝对压强高出当地大气压的数值，称为表压强值。被测流体的绝对压强高出当地大气压的数值，称为表压强（表压）。它与绝对压强之间的关系为（表压）。它与绝对压强之间的关系为 表压强表压强=绝对压强绝对压强-当地大气压力当地大气压力被测流体的绝对压强低于当地大气压力的数值，称为真空度。被测流体的绝对压强低于当地大气压力的数值，称为真空度。它与绝对压强之间的

5、关系为它与绝对压强之间的关系为 真空度真空度=当地大气压力当地大气压力-绝对压强绝对压强真空度与表压之间的关系真空度与表压之间的关系 真空度真空度=-表压表压流体输送及设备操作绝对压强、表压和真空度之间的关系可用下图来表示绝对压强、表压和真空度之间的关系可用下图来表示绝对零压线绝对零压线大气压线大气压线绝绝对对压压强强表表压压真真空空度度 绝对压强、表压与真空度的关系绝对压强、表压与真空度的关系绝绝对对压压强强BApA表表pA绝绝pB绝绝pB真真流体输送及设备操作注意：注意：为了避免相互混淆，当压强以表压或真空度表示时，为了避免相互混淆，当压强以表压或真空度表示时，应用括号注明，应用括号注明，

6、如未注明，则视为绝对压力；如未注明，则视为绝对压力；压强计算时基准要一致。压强计算时基准要一致。大气压强以当时、当地气压表的读数为准。大气压强以当时、当地气压表的读数为准。流体输送及设备操作假设在容器侧壁上开三个小孔，容器内灌满水，然后把三个小孔的假设在容器侧壁上开三个小孔，容器内灌满水，然后把三个小孔的塞头打开，这时可以看到水流分别从三个小孔喷射出来，孔口愈低，塞头打开，这时可以看到水流分别从三个小孔喷射出来，孔口愈低，水喷射愈急。这个现象说明水对容器侧壁不同深处的压强是不一样水喷射愈急。这个现象说明水对容器侧壁不同深处的压强是不一样的，即压强随着水深的增加而增大，如果在容器侧壁同一深度处开

7、的，即压强随着水深的增加而增大，如果在容器侧壁同一深度处开几个小孔，则我们可以看到从各孔口喷射出来的水流都一样，这说几个小孔，则我们可以看到从各孔口喷射出来的水流都一样，这说明水对容器侧壁同一深度处的压强相等。明水对容器侧壁同一深度处的压强相等。二、流体静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式二、流体静力学基本方程式流体输送及设备操作 （一）公式的推导（一）公式的推导对液柱垂直方向进行受力分析对液柱垂直方向进行受力分析 作用于上端面的压力为作用于上端面的压力为P1 P1=p1A 方向向下方向向下 作用于下端面的压力为作用于下端面的压力为P2 P2=p2A 方向向上方向向

8、上液柱处于静止状态，根据牛顿第二定律，在垂直方向上合力为零，即液柱处于静止状态，根据牛顿第二定律，在垂直方向上合力为零，即液柱所受到的重力为液柱所受到的重力为G流体输送及设备操作或为或为（a）（）（b）两式均称为流体静力学基本方程式。式中）两式均称为流体静力学基本方程式。式中 又称为总势能，说明同一种连续静止流体总势能处处相等。又称为总势能，说明同一种连续静止流体总势能处处相等。（二）流体静力学基本方程式的讨论（二）流体静力学基本方程式的讨论（1 1）流体内部任一处的静压强与流体的密度有关及所处的）流体内部任一处的静压强与流体的密度有关及所处的深度有关。连续静止的同一种流体内部，在同一个水平面

9、上深度有关。连续静止的同一种流体内部，在同一个水平面上压强处处相等。压强相等的面为等压面。压强处处相等。压强相等的面为等压面。流体输送及设备操作（2）若取）若取1断面在液面上，则断面在液面上，则p1=p0，且取，且取p2=p，液柱的，液柱的垂直高度为垂直高度为z1-z2=h，流体静力学基本方程式又可写为，流体静力学基本方程式又可写为：p=p0+g h。可得：当液面上方压强可得：当液面上方压强p0改变时，液体内部改变时，液体内部各处的压强各处的压强p也发生同样大小的改变。也发生同样大小的改变。（3）压强差的大小也可以用液柱高度来表示。）压强差的大小也可以用液柱高度来表示。（4）方程适用于重力场中

10、静止、不可压缩流体。对气体）方程适用于重力场中静止、不可压缩流体。对气体若压强变化不大，可近似的采用，但其密度要取压强范若压强变化不大，可近似的采用，但其密度要取压强范围内的平均值。围内的平均值。流体输送及设备操作 （一）压强与压强差的测量（一）压强与压强差的测量 1、测压管、测压管如图所示，这是一种简单的液柱式压强计。它是一根如图所示，这是一种简单的液柱式压强计。它是一根玻璃管，为减少毛细管现象引起的测量误差，玻璃管玻璃管，为减少毛细管现象引起的测量误差，玻璃管内径不小于内径不小于5mm5mm，管下端与测量压强的地方相连接，管，管下端与测量压强的地方相连接，管上端与大气相通，上端与大气相通，

11、该容器中液体的密度为该容器中液体的密度为，当地大，当地大气压为气压为papa，可得，可得M M点处得绝压为：点处得绝压为：容器液面上的绝压容器液面上的绝压P P为：为：三、流体静力学基本方程式三、流体静力学基本方程式三、流体静力学基本方程式三、流体静力学基本方程式流体输送及设备操作2、U形测压管与形测压管与U形压差计形压差计U形测压管与形测压管与U形压差计是在形压差计是在U形玻璃管内装形玻璃管内装有某种液体作为指示剂，指示剂与被测流体不有某种液体作为指示剂，指示剂与被测流体不互溶且不发生化学反应，其密度互溶且不发生化学反应，其密度 i大于被测流大于被测流体密度体密度，常用的指示剂有水，水银以及

12、四氯常用的指示剂有水，水银以及四氯化碳等。常用于测量压强或压强差较小的情况。化碳等。常用于测量压强或压强差较小的情况。如图一如图一U形测压管，确定形测压管，确定C点处的压强。点处的压强。流体输送及设备操作根据等根据等压压面的条件，有面的条件，有 ，可得可得C点的点的绝压为绝压为 一管路系统如图，用一一管路系统如图，用一U形压差计测量形压差计测量1、2两断面上的压强差。两断面上的压强差。流体输送及设备操作 A、B两点为等压面，压强相同，即两点为等压面，压强相同，即pA=pB 当当U形管内指示剂密度小于被测流体密度时，形管内指示剂密度小于被测流体密度时，U形管安装形式如图，称为倒形管安装形式如图，

13、称为倒U形压差计，往形压差计，往往往U形压差计所使用指示剂为气体，形压差计所使用指示剂为气体，被测流体被测流体为液体，为液体，其压差为：其压差为：流体输送及设备操作3、微差压差计、微差压差计 图为微差压差计，压差计内装有两种图为微差压差计，压差计内装有两种密度相近且不互溶的指示液密度相近且不互溶的指示液A和和C。在。在U形形管压差计两侧顶部分别装有扩大室，两扩管压差计两侧顶部分别装有扩大室，两扩大室内指示液大室内指示液C液面维持等高。由于扩大液面维持等高。由于扩大室的截面积远大于室的截面积远大于U形管截面积，形管截面积，U形管内形管内R值发生变化时，两扩大室内的液面能维值发生变化时，两扩大室内

14、的液面能维持基本不变，压强差可用下式计算持基本不变，压强差可用下式计算流体输送及设备操作 若容器或设备的位置离操若容器或设备的位置离操作室较远时。在管内通入压缩作室较远时。在管内通入压缩氮气，用阀氮气，用阀1调节其流量，测调节其流量，测量时控制流量使在观察器量时控制流量使在观察器2中中有少许气泡逸出。用有少许气泡逸出。用U形压差形压差计计3测量吹气管测量吹气管4内的压强，其内的压强，其读数读数R的大小，即可反映出容的大小，即可反映出容器器5内的液位高度，关系为内的液位高度，关系为 1-调节阀；调节阀；2-鼓泡观察器；鼓泡观察器；3-U形压差计；形压差计；4-吹气管；吹气管；5-贮槽贮槽2 2、鼓泡式液柱测量装置、鼓泡式液柱测量装置 流体输送及设备操作 根据静力学基本方程，可写出根据静力学基本方程，可写出1 1、液柱差压计式液位计、液柱差压计式液位计流体输送及设备操作（二）液位的测量（二）液位的测量（三）液封高度的确定（三）液封高度的确定流体输送及设备操作（P P是表压）是表压）液封作用为：液封作用为：（1 1）当设备内压强超过规定值时，）当设备内压强超过规定值时，气体则从水封管排出，以确保设备操气体则从水封管排出，以确保设备操作的安全。作的安全。（2 2）防止气柜内气体泄漏。）防止气柜内气体泄漏。