【正文】 2022/4/13 1 第一章 流體流動 ① 研究流體流動問題的重要性 流體流動與輸送是最普遍的化工單元操作之一； 研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ) 。 2022/4/13 2 2022/4/13 3 2022/4/13 4 ② 連續(xù)介質(zhì)假定 假定流體是由無數(shù)內(nèi)部緊密相連 、 彼此間沒有 間隙的流體質(zhì)點 （ 或微團 ） 所組成的連續(xù)介質(zhì) 。 質(zhì)點：由大量分子構(gòu)成的微團 ， 其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備 尺寸 、 遠(yuǎn)大于分子自由程 。 工程意義：利用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具 ， 從宏觀研究 流體 。 2022/4/13 5 ③ 流體的可壓縮性 不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變 化 ， 如液體； 可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化 ， 如氣體 。 2022/4/13 6 一 、 壓力 流體垂直作用于單位面積上的力 ， 稱為流體的靜壓強 ， 習(xí)慣上又稱為壓力 。 SI制： N/m2或 Pa； 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓： 1atm = 105Pa =760mmHg = H2O 第一節(jié) 流體靜力學(xué) 2022/4/13 7 2. 壓力的表示方法 絕對壓力 以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓力 。 表壓或真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測得的壓力 。 2022/4/13 8 表 壓 = 絕對壓力 － 大氣壓力 真空度 = 大氣壓力 － 絕對壓力 絕對壓力 絕對壓力 絕對真空 表壓 真空度 1p2p大氣壓 2022/4/13 9 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； 作用于任意點不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同 。 2022/4/13 10 二 、 流體的密度與比體積 （ 一 ） 密度 單位體積流體的質(zhì)量 。 Vm?? kg/m3 ),( Tpf?? 液體 密度僅隨溫度變化 （ 極高壓力除外 ） ， 其變 化關(guān)系可從手冊中查得 。 2022/4/13 11 氣體 當(dāng)壓力不太高 、 溫度不太低時 ， 可按理想 氣體狀態(tài)方程計算： RTpM??注意：手冊中查得的氣體密度均為一定壓力與溫度 下之值 ， 若條件不同 ， 則需進(jìn)行換算 。 2022/4/13 12 混合氣體 各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 nn2111m ??????? ???? ?—— 氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù) 。 n21 , ??? ?或 RTpM mm ??mM—— 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量； nn2211m yMyMyMM ???? ?n21 , yyy ?—— 氣體混合物中各組分的摩爾 (體積 )分?jǐn)?shù) 。 2022/4/13 13 混合液體 假設(shè)各組分在混合前后體積不變 ， 則有 nmn12121 w w w? ? ? ?? ? ? ?n12,w w w—— 液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。 （ 二 ） 比體積 單位質(zhì)量流體的體積 。 1Vvm ???m3/kg 2022/4/13 14 重力場中對液柱進(jìn)行受力分析： ApP 11 ?（ 1） 上端面所受總壓力 ApP 22 ?（ 2） 下端面所受總壓力 （ 3） 液柱的重力 )( 21 zzgAG ?? ?設(shè)流體不可壓縮 ， .Co n s t??p0 p2 p1 z1 z2 G 方向向下 方向向上 方向向下 三 、 流體靜力學(xué)基本方程式 2022/4/13 15 液柱處于靜止時 ， 上述三力的合力為零 : 0)( 2112 ???? zzgAApAp ?)( 2112 zzgpp ??? ?gzpgzp 2211 ??? ??—— 靜力學(xué)基本方程 式 壓力形式 能量形式 2022/4/13 16 討論： （ 1） 適用于 重力場中靜止 、 連續(xù)的同種不可壓縮性流體 ； （ 2） 物理意義： zg —— 單位質(zhì)量流體所具有的位能 ， J/kg； ?p —— 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 。 2022/4/13 17 （ 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 ， 液體內(nèi)部各點的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化 。 2022/4/13 18 四、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 （ 一 ） 壓力測量 1. U形管液柱壓差計 設(shè)指示液的密度為 ， 被測流體的密度為 。 ?0?A與 A′ 面 為等壓面 ， 即 39。AA pp ?)(1A Rmgpp ??? ?gRgmpp 02A 39。 ?? ???而 p1 p2 m R A A’ 2022/4/13 19 所以 gRgmpRmgp021 )( ??? ?????整理得 gRpp )( 021 ?? ???若被測流體是氣體 ， ， 則有 0?? ??021 ?Rgpp ??2022/4/13 20 討論： ① U形管壓差計可測系統(tǒng)內(nèi)兩點的壓力差 ， 當(dāng)將 U形管一端與被測點連接 、 另一端與大氣相通時 ， 也可測得流體的表壓或真空度； ② 指示液的選?。? 指示液與被測流體不互溶 ， 不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 其密度要大于被測流體密度 。 應(yīng)根據(jù)被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液 。 2022/4/13 21 2. 倒 U形管壓差計 ??? RgRgpp ???? )( 021 指示劑密度小于被測流體密度 ， 如 空氣作為指示劑 2022/4/13 22 3. 斜管 壓差計 適用于壓差較小的情況 。 ?s i n39。 RR ??值越小 ， 讀數(shù)放大倍數(shù)越大 。 2022/4/13 23 密度接近但不互溶的兩種指示 液 A和 C ； )(CA ?? ?4. 微差壓差計 擴大室內(nèi)徑與 U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于 10 。 )( CA21 ?? ??? Rgpp2022/4/13 24 （ 二 ） 液位測量 壓差計讀數(shù) R反映出容器 內(nèi)的液面高度 。 Rh ? ?? ?? 0 液面越高 ， h越小 ， 壓差計讀數(shù) R越??；當(dāng)液面達(dá)到最高時 ， h為零 ， R亦為零 。 2022/4/13 25 BA pp ? 管道中充滿氮氣 ，其密度較小 ， 近似認(rèn)為 ghpp ??? aAgRpp 0aB ???Rh ?? 0?而 所以 A B 2022/4/13 26 （ 三 ） 液封高度的計算 液封作用： 確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時 ， 氣體從液封管排出； 防止氣柜內(nèi)氣體泄漏 。 gph??液封高度： 2022/4/13 27 第二節(jié) 管內(nèi)流體流動的基本方程 1. 體積流量 單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積 。