【正文】 力變化的規(guī)律。液體密度越大，深度越大，則該點的壓力越大。此壓力相等的截面稱為等壓面。 當液體上方的壓力或液體內(nèi)部任一點的壓力 有變化時，液體內(nèi)部各點的壓力 也發(fā)生同樣大小的變化。因在化工容器中，氣體的密度也可認為是常數(shù)。 靜力學基本方程的應用 流體靜力學基本方程在化工生產(chǎn)過程中應用廣泛，通常用于測量流體的壓力或壓差、液體的液位高度等。使用時管內(nèi)裝有指示液，指示液要與被測流體不互溶，不起化學作用，且其密度 應大于被測流體的密度 。 圖 13所示，當 U管壓差計兩支管分別與管路（或設備）中兩個不同壓力的測壓口相連接，流體即進入兩支管內(nèi)，指示液的上面為流體所充滿。 第二節(jié) 流體靜力學 在圖 13中，水平面 AB以下的管內(nèi)都是指示液，設 AB液面上作用的壓力分別為 和 ，因為在相同流體的同一水平面上，所以與應相等。 若被測流體是氣體， 氣體的密度比液體的密度小得多，即 ，于是上式可簡化為 第二節(jié) 流體靜力學 圖 13 U形管液柱壓強計第二節(jié) 流體靜力學 （ 111） 式 110或 111為用 U管壓差計測壓力差的計算式。 圖 14表示用 U管壓差計測量容器表壓的情況，此時 U管壓差計指示液的液面與測壓口相連的一端液面低，與大氣相通的一端液面高。 圖 15表示用 U管壓差計測量容器負壓的情況，此時 U管壓差計指示液的液面與測壓口相連的一端液面高，與大氣相通的一端液面低。第二節(jié) 流體靜力學圖 14 測量表壓 圖 15 測量真空度第二節(jié) 流體靜力學 U管壓差計所測壓差或壓力一般在 1大氣壓的范圍內(nèi)。但玻璃管易碎，不耐高壓，測量范圍狹小，讀數(shù)不便。 U管微壓計 ② 微差壓差計 由式（ 110）可以看出，若所測量的壓力差很小， U管壓差計的讀數(shù) R也就很小，有時難以準確讀出 R值。第二節(jié) 流體靜力學 其特點是：壓差計內(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與被測流體亦應不互溶；為了讀數(shù)方便，在 U管的兩側臂頂端各裝有擴大室。于是壓力差（ ）便可由下式計算，即 （ 112） 從式（ 112）可知，適當選取 A、 B兩種指示液，使其密度差很小，其讀數(shù)便可比普通 U管壓差計大若干倍。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。 流體動力學 一、流量方程式 1．流量 單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱為流體的流量。用符號表示，單位是 m3/s或 m3/h。 流體動力學 (114) 因氣體的體積隨溫度和壓力而變化，故氣體的體積流量應注明溫度、壓力。用符號 表示，單位是 kg/s或 kg/h。 流體動力學 質(zhì)量流量與體積流量的關系為 （ 115） 2．流速 單位時間內(nèi)流體在流動方向流過的距離，稱為流速。流體在截面上某點的流速，稱為點速度。生產(chǎn)中常說的流速指的是平均流速，以符號表示，單位為 m/s。 流體動力學 流速與流量的關系為 或者 （ 116） （ 117） 式中 A—— 流通截面積， m2。以符號 G表示，其單位為 kg/（ m2 表達式為 （ 118） 第三節(jié) 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系的公式稱為流量方程式，式（ 115）、（ 116）、（ 118）都是流量方程式。 一般管道的截面是圓形的，若 為管子的內(nèi)直徑，則管子截面積 ，帶入流量方程式，得 （ 119） 第三節(jié) 流速越大，則管徑越小，這樣可節(jié)省設備費，但流體流動時遇到的阻力大，會消耗更多的動力，增加日常操作費用；反之，流速小，則設備費大而日常操作費少。通常，液體的流速取 ~3m/s， 氣體則為10~30m/s。表 11列出了一些流體在管道中流動時流速的常用范圍，可供參考選用。 流體動力學表 11某些流體在管道中的適宜流速范圍 由于管徑已經(jīng)標準化，所以經(jīng)計算得到管徑后，應按照標準選定。 通常鋼管的規(guī)格以外徑和壁厚來表示，表以 φ外徑 壁厚。 流體動力學 二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 1．穩(wěn)定流動 流體在流動時，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關物理量僅隨位置而改變，不隨時間而變，這種流動稱為穩(wěn)定流動。 2．不穩(wěn)定流動 流體在流動時，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關物理量不僅隨位置而變，又隨時間而變，這種流動稱為不穩(wěn)定流動。 在化工生產(chǎn)中，流體輸送操作多屬于穩(wěn)定流動。 第三節(jié) 流體動力學 三、流體穩(wěn)定流動時的物料衡算 —— 連續(xù)性方程 當流體在密閉管路中作穩(wěn)定流動時，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，通過管路任一截面的流體質(zhì)量流量應相等。 如圖 111所示，在管路中任選一段錐形管，流體經(jīng)此錐形管從截面 11到截面 22作穩(wěn)定流動。則物料衡算式為 （ 120） 上式即 為流體流動的連續(xù)性方程式。 流體動力學即流速與截面積成反比。 流體動力學 對于圓形截面的管子 式（ 121）可改寫為 （ 122） 即流速與管徑的平方成反比。若管路中有支管存在，則流體仍有連續(xù)性現(xiàn)象，總管內(nèi)流體的質(zhì)量流量應該是各支管內(nèi)質(zhì)量流量之和。實際生產(chǎn)中，理想流體是不存在的，它只是實際流體的一種抽象 “模型 ”。 第三節(jié) 在無其它形式的能量輸入和輸出的情況下，理想流體進行穩(wěn)定流動時，在管路任一截面的流體總機械能是一個常數(shù)。即 （ 124）第三節(jié) 由柏努利方程可知，流動的流體在不同截面間各種機械能的形式 可以互相轉(zhuǎn)化。第三節(jié) 實際流體在流動時有摩擦阻力產(chǎn)生，使一部分機械能轉(zhuǎn)變成熱能而無法利用，這部分損失掉的機械能稱為損失能量（阻力損失）。 在實際輸送流體的系統(tǒng)中，為了補充消耗掉的損失能量，需要使用外加設備（泵）來供應能量。用表示，單位為 J/kg。 流體動力學 按照能量守恒及轉(zhuǎn)化定律，輸入系統(tǒng)的總機械能必須等于由系統(tǒng)中輸出的總能量。 在式（ 125）的各種實際應用中，為了計算方便，?？刹捎貌煌暮馑慊鶞剩玫饺缦虏煌问降暮馑惴匠?。 流體動力學 式中各項單位為： ，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。（ 2）以單位體積流體為衡算基準 將式（ 125）中各項乘以 ，得 Pa（ 127） 式中各項單位為： 即單位體積不可壓縮流體所具有的能量。 流體動力學 柏努力方程是流體動力學中最主要的方程式，可以用來確定各項壓頭的轉(zhuǎn)換關系；計算流體的流速；以及管路輸送系統(tǒng)中所需的外加壓頭等問題。換句話說，兩截面間的總壓頭差就是流體流動的推動力。兩截面應與流體流動的方向垂直（此條件下的流體流動速度為），并且流體在兩截面之間是連續(xù)的。第三節(jié) 通常把基準面選在低截面處，使該截面處值為零，另一個值等于兩截面間的垂直距離，使計算簡化。流體的壓力可以都用絕壓或都用表壓，但要統(tǒng)一。 5．不同基準柏努利方程式的選用：通常依據(jù)習題中損失能量或損失壓頭的單位，選用相同基準的柏努利方程。 流體動力學 的， 故只適用于液體。式中