PPT《1. 流体静力学》

1.

流体静力学 1.1 压力 流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,习惯上又称为压力.

一、压力的特性 流体压力与作用面垂直,并指向该作用面;

任意界面两侧所受压力,大小相等、方向相反;

作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同.

二、压力的单位 SI制:N/m2或Pa;

或以流体柱高度表示 : 注意:用液柱高度表示压力时,必须指明流体的种类, 如600mmHg,10mH2O等. 标准大气压的换算关系:1atm = 1.013*105Pa =760mmHg =10.33m H2O

三、 压力的表示方法 绝对压力: 以绝对真空为基准测得的压力. 表压或真空度: 以大气压为基准测得的压力. 表压=绝对压力 - 大气压力真空度 = 大气压力 - 绝对压力 绝对压力 绝对压力 绝对真空 表压 真空度 大气压 1.2.

1、密度定义 单位体积流体的质量,称为流体的密度(kg/m3 ) .

一、单组分密度 液体:密度仅随温度变化(极高压力除外),其变 化关系可从手册中查得. 1.2 密度与比体积 气体 当压力不太高、温度不太低时,可按理想气体状态方程计算: 注意:手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值,若条件不同,则密度需进行换算.

二、混合物的密度 混合气体:各组分在混合前后质量不变,则有 ― 气体混合物中各组分的体积分率. 或―混合气体的平均摩尔质量 混合液体:假设各组分在混合前后体积不变,则有 ― 液体混合物中各组分的质量分率. 1.2.2 比容 单位质量流体具有的体积,是密度的倒数(m3/kg) . 1.3 流体静力学方程

一、静力学基本方程 重力场中对液柱进行受力分析: (1)上端面所受总压力 (2)下端面所受总压力 (3)液柱的重力 设流体不可压缩, p0 p2 p1 z1 z2 G 方向向下 方向向上 方向向下 液柱处于静止时,上述三项力的合力为零: ― 静力学基本方程 压力形式 能量形式 讨论: (1)适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体;

(2)物理意义: ― 单位质量流体所具有的位能,J/kg;

― 单位质量流体所具有的静压能,J/kg. 在同一静止流体中,处在不同位置流体的位能和静压能各不相同,但二者可以转换,其总和保持不变 . (3)在静止的、连续的同种流体内,处于同一水平面上各点的压力处处相等.压力相等的面称为等压面.(4)压力具有传递性:液面上方压力变化时,液体内部各点的压力也将发生相应的变化. ――巴斯噶原理

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3 5 P1 P2 p 1.4 静力学基本方程的应用 1. 压力及压力差的测量 (1)U形压差计 设指示液的密度:被测流体的密度: A与A′面 为等压面,即而p1 p2 m R A A' 所以 整理得 若被测流体是气体,则有 (1)U形压差计可测系统内两点的压力差,当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时,也可测得流体的表压或真空度;

表压 真空度 p1 pa p1 pa 讨论: (2)指示液的选取: 指示液与被测流体不互溶,不发生化学反应;

其密度要大于被测流体密度. 应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液. (2)双液体U管压差计(微差压计) 扩大室内径与U管内径之比应大于10 . 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ;

适用于压差较小的场合. (3) 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度,如空气作为指示剂 (4) 倾斜式压差计 被测液体 例1-1 如附图所示,水在水平管道内流动.为测量流体在某截面处的压力,直接在该处连接一U形压差计, 指示液为水银,读数R=250mm,m=900mm.已知当地大气压为101.3kPa,水的密度1000kg/m3,水银的密度13600kg/m3.试计算该截面处的压力. 例1-2 如附图所示,蒸汽锅炉上装一复式压力计,指示液为水银,两U形压差计间充满水.相对于某一基准面,各指示液界面高度分别为 Z0=2.1m, Z2=0.9m, Z4=2.0m, Z6=0.7m, Z7=2.5m.试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力. 2. 液位测量 (1)近距离液位测量装置 压差计读数R反映出容器内的液面高度. 液面越高,h越小,压差计读数R越小;

当液面达到最高时,h为零,R亦为零. A (2)远距离液位测量装置 管道中充满氮气,其密度较小,近似认为 而 所以 A B 3. 液封高度的计算 液封作用: 确保设备安全:当设备内压力超过规定值时,气体从液封管排出;

防止气柜内气体泄漏. 液封高度: