PDF《第二章：流体流动与输送》

第二章:流体流动与输送 本章主线 本章主线 流体流动与输送 流体流动 流体输送 其它 流体静 力学 流体动 力学 离心泵 主要性能参数 安装高度 操作的两种失误 吸上真空度 汽蚀余量 He ---qv;

P--- qv;

η---qv.

气缚 汽蚀 伯努利 方程 流体静力 学方程及 应用 ?

第一节:流体静止的基本方程 ?

第二节:流体在管内的流动 ?

第三节:实际流体的流动 ?

第四节:流体在管内流动阻力 ?

第五节:管路计算 ?

第六节:流速和流量的测定

第二章:流体流动与输送

第二章流体的流动 和输送

一、流体的密度

二、流体的压强

三、流体静力学方程

四、流体静力学方程的应用

第一节流体静力学方程

一、流体的密度 1. 密度定义 单位体积的流体所具有的质量,ρ;

SI单位kg/m3. 2. 影响ρ的主要因素 液体: ――不可压缩性流体 气体: ――可压缩性流体 3.气体密度的计算 理想气体在标况下的密度为: 例如:标况下的空气, M-摩尔质量 操作条件下(T, P)下的密度: 由理想气体方程求得操作条件(T, P)下的密度 5.与密度相关的几个物理量 1)比容:单位质量的流体所具有的体积,用υ表示,单位 为m3/kg. 2)比重(相对密度):某物质的密度与4℃下的水的密度的比 值,用d表示. 在数值上:

二、压强

1、压强的定义 流体的单位表面积上所受的压力,称为流体的静压强, 简称压强. SI制单位:N/m2,即Pa. 其它常用单位有: atm(标准大气压)、工程大气压kgf/cm

2、bar;

流体柱 高度(mmH2O,mmHg等). 换算关系为:

2、压强的表示方法 1)绝对压强(绝压) : 流体体系的真实压强称为绝对压强. 2)表压 强(表压): 压力表上读取的压强值称为表压. 表压强=绝对压强-大气压强 3)真空度: 真空表的读数 真空度=大气压强-绝对压强 绝对压强、真空度、表压强的关系为 绝对零压线0Pa 真空状态 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. 如:4*103Pa(真空度)、200KPa(表压).

三、流体静力学方程

1、方程的推导 在1-1'截面受到垂直向下的压力 在2-2' 截面受到垂直向上的压力: 小液柱本身所受的重力: 因为小液柱处于静止状态 , 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P0, 取下底面在距离液面h处,作用在它上面的压强为P ――流体的静力学方程 表明在重力作用下,静止液体内部压强的变化规律.

2、方程的讨论 1)液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的,即: 2)当容器液面上方压强P0一定时,静止液体内部的 压强P仅与垂直距离h有关,即: 处于同一水平面上各点的压强相等. 3)当液面上方的压强改变时,液体内部的压强也随之 改变,即: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. 4)从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的 连通着的同一种流体的内部,对于间断的并非单一 流体的内部则不满足这一关系. 5) 可以改写成 压强差的大小可利用一定高度的液体柱来表示,这就 是液体压强计的根据,在使用液柱高度来表示压强 或压强差时,需指明何种液体. 6)方程是以不可压缩流体推导出来的,对于可压缩性 的 气体,只适用于压强变化不大的情况. 例:图中开口的容器内盛有油和水,油层高度h1=0.7m, 密度 ,水层高度h2=0.6m,密度为 1)判断下列两关系是否成立 PA=PA ',PB=P'B. 2)计算玻璃管内水的高度h. 解:(1)判断:题中所给的两关系是否成立 ∵A,A'在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h PA和PA '又分别可用流体静力学方程表示 设大气压为Pa

四、静力学方程的应用

1、压强与压强差的测量 1)U型管压差计 根据流体静力学方程 当被测的流体为气体时, 可忽略,则,――两点间压差计算公式 若U型管的一端与被测流体相连接,另一端与大气相通, 那么读数R就反映了被测流体的绝对压强与大气压之差,也 就是被测流体的表压. 当P1-P2值较小时,R值也较小,若希望读数R清晰,可 采取三种措施:两种指示液的密度差尽可能减小、采用倾斜 U型管压差计、 采用微差压差计. 当管子平放时: 2)倾斜U型管压差计 假设垂直方向上的 高度为Rm,读数为R1 ,与水平倾斜角度α 2) 微差压差计 U型管的两侧管的顶端增设两个小扩大室,其内径与U型管 的内径之比>10,装入两种密度接近且互不相溶的指示液A 和C,且指示液C与被测流体B亦不互溶. 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 例:用3种压差计测量气体的微小压差 试问: 1)用普通压差计,以苯为指示液,其读数R为多少? 2)用倾斜U型管压差计,θ=30°,指示液为苯,其读 数R'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 室截面积远远大于U型管截面积,此时读数R〃为多少? R〃为R的多少倍? 已知:苯的密度 水的密度 计算时可忽略气体密度的影响. 解:1)普通管U型管压差计 2)倾斜U型管压差计 3)微差压差计 故:

2、液位的测定 液位计的原理――遵循静止液体内部压强变化的规律, 是静力学基本方程的一种应用. 液柱压差计测量液位的方法: ? 由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度. ? 当R=0时,容器内的液面高度将 达到允许的最大高度,容器内液面 愈低,压差计读数R越大.

3、液封高度的计算 液封的作用: ? 若设备内要求气体的压力不超过某种限度时,液封的作用 就是: 当气体压力超过这个限度时,气体冲破液封流出,又称 为安全性液封. ? 若设备内为负压操作,其作用是: ? 液封需有一定的液位,其高度的确定就是根据流体静力学 基本方程式. 防止外界空气进入设备内 例1:如图所示,某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过 10.7*103Pa(表压),需在炉外装有安全液封,其作用是 当炉内压强超过规定,气体就从液封管口排出,试求此炉 的安全液封管应插入槽内水面下的深度h. 解:过液封管口作基准水平面 o-o',在其上取1,2两点. 例2:真空蒸发器操作中产生 的水蒸气,往往送入本题附图 所示的混合冷凝器中与冷水直 接接触而冷凝.为了维持操作 的真空度,冷凝器的上方与真 空泵相通,不时将器内的不凝 气体(空气)抽走.同时为了 防止外界空气由气压管漏入, 致使设备内真空度降低,因此 ,气压管必须插入液封槽中, 水即在管内上升一定高度h, 这种措施称为液封. 若真空表读数为 80*103Pa,试求气压管内水上升的高 度h. 解:设气压管内水面上方的绝对压强为P,作用于液封 槽内水面的压强为大气压强Pa,根据流体静力学基本方程 式知: