【正文】 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 圖 13 U形管液柱壓強(qiáng)計(jì)第二節(jié) 流體靜力學(xué) （ 111） 式 110或 111為用 U管壓差計(jì)測(cè)壓力差的計(jì)算式。工業(yè)上常用的雙指示液有石蠟油與工業(yè)酒精；苯甲醇與氯化鈣溶液等。 流體動(dòng)力學(xué) 質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系為 （ 115） 2．流速 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向流過(guò)的距離，稱為流速。 3．流量和流速 —— 流量方程式 描述流體流量、流速和流通截面積相互關(guān)系的公式稱為流量方程式，式（ 115）、（ 116）、（ 118）都是流量方程式。 通常鋼管的規(guī)格以外徑和壁厚來(lái)表示，表以 φ外徑 壁厚。 流體動(dòng)力學(xué) 三、流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的物料衡算 —— 連續(xù)性方程 當(dāng)流體在密閉管路中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，既不向管中添加流體，也不發(fā)生漏損，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過(guò)管路任一截面的流體質(zhì)量流量應(yīng)相等。實(shí)際生產(chǎn)中，理想流體是不存在的，它只是實(shí)際流體的一種抽象 “模型 ”。 流體動(dòng)力學(xué) 式中各項(xiàng)單位為： ，其物理意義為：每牛頓重量的流體所具有的能量，通常將其稱為壓頭。通常把基準(zhǔn)面選在低截面處，使該截面處值為零，另一個(gè)值等于兩截面間的垂直距離，使計(jì)算簡(jiǎn)化。阻力越大，靜壓能下降就越多。其原因是油的黏性比水大，即流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力較大，因而流體阻力較大，流速較小。 （ 2）混合液體的黏度（對(duì)于分子不締合的液體混合物） （ 128） 第四節(jié) 流體阻力式中 —— 混合液的黏度， Pa這種流動(dòng)型態(tài)稱作層流或滯流。這種流動(dòng)受外界條件的影響，易促成湍流的發(fā)生，所以過(guò)渡區(qū)的阻力計(jì)算，應(yīng)按湍流流動(dòng)處理。 流體阻力除用損失能量 表示外；也經(jīng)常用損失壓 頭 表示；有時(shí)還用相當(dāng)?shù)膲毫? 表示。即 （ 138）第四節(jié) 流體阻力 值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，列于表 12，圖 120。此外，流體流經(jīng)孔板時(shí)還產(chǎn)生一定的損失能量。第五節(jié) 流量的測(cè)量與調(diào)節(jié) 圖 123 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 第五節(jié) 流量的測(cè)量與調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)是在自下而上逐漸擴(kuò)大的垂直玻璃管內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子或稱浮子，當(dāng)流體自下而上流過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)子向上浮動(dòng)直到作用于轉(zhuǎn)子的重力與浮力之差正好與轉(zhuǎn)子上下的壓力差相等時(shí)，轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)，即停留在一定的位置上。但文氏管流量計(jì)加工精度要求高，造價(jià)較高。但測(cè)壓口并不是開(kāi)在 11和 22截面處，而一般都在緊靠孔口的前后，所以實(shí)際測(cè)得的壓差并非 。第四節(jié) 流體阻力圖 119 摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系第四節(jié) 流體阻力 （ 3）非圓形管的直管阻力 當(dāng)流體流經(jīng)非圓形管道時(shí)，仍可用式（ 136）計(jì)算直管阻力。層流邊界層的厚度與 Re有關(guān)， Re值越大，厚度越??；反之越大。這種組合一般都是在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)影響某一現(xiàn)象或過(guò)程的各種因素有了一定認(rèn)識(shí)之后，利用物理分析或數(shù)學(xué)推導(dǎo)或兩者相結(jié)合的方法產(chǎn)生的。隨著逐漸增大水的流速，作直線流動(dòng)的紅色細(xì)線開(kāi)始抖動(dòng)、彎曲、呈波浪形，如圖 116（ b） 所示。s 第四節(jié) 流體阻力 流體的黏度隨溫度而變化。 所以，流體具有內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生流體阻力的內(nèi)因，流體流動(dòng)時(shí)受流動(dòng)條件的影響是流體阻力產(chǎn)生的外因。第四節(jié) 流體阻力 一、流體的黏度 1．流體阻力的表現(xiàn)和來(lái)源 可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)觀測(cè)流體阻力的表現(xiàn)。第三節(jié) 在式（ 125）的各種實(shí)際應(yīng)用中，為了計(jì)算方便，常可采用不同的衡算基準(zhǔn)，得到如下不同形式的衡算方程。 由柏努利方程可知，流動(dòng)的流體在不同截面間各種機(jī)械能的形式 可以互相轉(zhuǎn)化。 流體動(dòng)力學(xué) 對(duì)于圓形截面的管子 式（ 121）可改寫(xiě)為 （ 122） 即流速與管徑的平方成反比。 表達(dá)式為 （ 118） 第三節(jié) 用符號(hào) 表示，單位是 kg/s或 kg/h。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 其特點(diǎn)是：壓差計(jì)內(nèi)裝有兩種密度相近、且互不相溶的指示液 A和 B， 而指示液 B與被測(cè)流體亦應(yīng)不互溶；為了讀數(shù)方便，在 U管的兩側(cè)臂頂端各裝有擴(kuò)大室。 圖 13所示，當(dāng) U管壓差計(jì)兩支管分別與管路（或設(shè)備）中兩個(gè)不同壓力的測(cè)壓口相連接，流體即進(jìn)入兩支管內(nèi)，指示液的上面為流體所充滿。并設(shè)液柱上、下底與基準(zhǔn)面的垂直距離分別 為和 ｍ。 如果已知流體的壓強(qiáng)為，密度為，與它相當(dāng)?shù)囊褐叨瓤捎上率角蟮? 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 所以，用液柱高度表示液體的壓強(qiáng)時(shí)，必須注明流體的名稱及溫度，才能確定液體的密度，否則即失去了表示壓強(qiáng)的意義。 由上式可知，相對(duì)密度是一個(gè)比值，沒(méi)有單位?！?氣體的絕對(duì)壓力， kPa ； 173。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 一般說(shuō)來(lái)，液體的形狀與容器相同，具有一定的自由表面，其體積幾乎不隨壓強(qiáng)和溫度而改變。研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)宏觀規(guī)律的科學(xué)稱為流體力學(xué)。 一般說(shuō)來(lái)，液體的形狀與容器相同，具有一定的自由表面，其體積幾乎不隨壓強(qiáng)和溫度而改變。從手冊(cè)中查得的氣體密度往往是某一指定條件下的數(shù)值，這就需要將查得的密度換算成操作條件下的密度。如液體混合時(shí)，體積變化不大，則混合液體密度的近似值可由下式求得： （ 13） —— 液體混合液的密度； —— 混合液中各純組分的密度； —— 混合液中各純組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 各種壓力單位的換算關(guān)系如下： 1 atm= kPa= kgf/cm2 =760mmHg = 1 at==1kgf/cm2= mmHg =10 mH2O 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 實(shí)際生產(chǎn)中還經(jīng)常采用以某液體的液柱高度表示流體壓力的方法。此方程的導(dǎo)出方法如下： 如圖 12所示，敞口容器內(nèi)盛有密度為 的靜止流體，液面上方受外壓強(qiáng) 的作用（當(dāng)容器敞口時(shí)， 即為外界大氣壓強(qiáng)）。第二節(jié) 流體靜力學(xué) （ 1）測(cè)量流體的壓力或壓差 ① U管壓差計(jì) U管壓差計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖 13所示，系由兩端開(kāi)口的 U形玻璃管，中間配有讀數(shù)標(biāo)尺所構(gòu)成。通常用于測(cè)量較低的表壓、真空度或壓差。 （ 2） 質(zhì)量流速 質(zhì)量流量與管道截面積之比稱為質(zhì)量流速。 每種流體的適宜流速范圍，可從手冊(cè)中查取。所以本章只討論穩(wěn)定流動(dòng)。 （ 121） 第三節(jié) 五、柏努力方程的應(yīng)用 應(yīng)用柏努利方程時(shí)應(yīng)注意以下各點(diǎn)： 1．截面選?。合纫ǔ龉苈返纳嫌谓孛?11和下游截面 22，以明確所討論的流動(dòng)系統(tǒng)的范圍。對(duì)于氣體，當(dāng)所取系統(tǒng)兩截面之間的絕 對(duì)壓力變化小與原來(lái)壓力的 20% 時(shí)，仍可使 用式（ 125）（ 126）（ 127）進(jìn)行計(jì)算。 第四節(jié) 流體阻力 此外，當(dāng)流體流動(dòng)激烈呈紊亂狀態(tài)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)流速的大小與方向發(fā)生急劇的變化，質(zhì)點(diǎn)之間相互激烈的交換位置。 物理單位制中黏度的單位與 SI制中黏度單位的換算關(guān)系如下： 1 Pa清水從恒位槽穩(wěn)定地流入玻璃管，玻璃管進(jìn)口中心處插有聯(lián)接紅墨水的針形細(xì)管，分別用閥 A、 B調(diào)節(jié)清水與紅墨水的流量。雷諾數(shù)即是反映了上述四個(gè)因素對(duì)流體流動(dòng)類型的影響，因此 Re數(shù)值的大小，可以作為判別流體流動(dòng)類型的標(biāo)準(zhǔn)。但層流與湍流時(shí)在管道截面上的流速分布并不一樣，第四節(jié) 流體阻力所以流體的平均流速與最大流速的關(guān)系也不相同。這樣粗略地劃分光滑管與粗糙管為應(yīng)用圖 119提供了方便。因流體慣性的作用，流道截面積最小處是比孔板稍微偏下的下游位置，該處的流道截面積比圓孔的截面積更小，這個(gè)最小的流道截面積稱為縮脈。一般收縮角 ，擴(kuò)大角 。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子位置與流量的關(guān)系需要預(yù)先校正。流量計(jì)所測(cè)定的流量范圍一般應(yīng)取在為定值的區(qū)域，其值約為 ~。其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，列于表 13。 第四節(jié) 流體阻力 摩擦系數(shù) 與管內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù) Re有關(guān)，也與管道內(nèi)壁的粗糙程度有關(guān)，這種關(guān)系隨流體流動(dòng)的類型不同而不同。 第四節(jié) 流體阻力 3．當(dāng)量直徑 如果管路的截面不是圓形， Re計(jì)算式中的 應(yīng)用當(dāng)量直徑代替。 第