流体静力学

第二章流体的输送流体的输送1345概述流体静力学流体输送机械主要内容2流体的主要物理量流体动力学1概述流体：具有流动性的物质，气体和液体的总称特征：具有流动性；无固定形状；在外力作用下内部发生相对运动液体和气体的区别：液体：（1）受压时体积基本不变,不可压缩（2）受热时体积略膨胀气体：（1）压缩性很大（2）受热时体积急剧膨胀液体气体流体1.1流体的定义化工生产中所处理的物料，大多数是流体1.2常见流体输送方式高位槽送料真空抽料压缩空气送料液体输送机械送料1.3流体的流动和输送解决生产上的哪些问题？a、流体输送中所需管径的选择。b、估算选择所需的输送机械及所需的功率。c、流体性能参数的测量和控制——流速、流量和压强等d、研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供理论依据。∵化工生产中的传热、传质过程都是在流体流动的情况下进行的e、了解输送设备的工作原理和性能，以正确使用输送设备。2.1.1液体的密度流体的密度（）——单位体积流体所具有的质量Vm质量（kg）体积（m3）2流体的主要物理量2.1密度2.1.2液体的相对密度液体的相对密度是指某种液体在一定温度下时的密度和277K、标准大气压下纯水的密度之比：d=/水由于水=1000kg/m3，推导出=1000d工业上测定相对密度最简单的方法用密度计。2.1.3混合液体的密度混合液体的密度：nn...12211式中混合液体的密度，kg/m31,2,…n混合液体中各组分的密度，kg/m3w1,w2,…wn混合液体中各组分的质量分数。常温下苯的密度为879kg/m3，甲苯的密度为866kg/m3，试求浓度为40%（质量）苯、甲苯溶液的平均密度？甲苯甲苯苯苯WW13/15.871mkg习题：001148.08666.08794.02.1.4气体的密度理想状态方程式：整理得：RTMmnRTpVMRTMRTVmVMmRTp所以气体的密度为式中p气体的压力，kPa；T气体的温度，K；(T=t+273)M气体的摩尔质量，kg/kmol；R摩尔气体常数，8.314kJ/(kmol·K)RTpM2.1.5混合气体的密度混合气体的密度可以用上面的公式计算，但是应该以混合气体的平均摩尔质量M均代替M。nn2211...yyMyMMM均M1,M2,…,Mn:气体混合物中各组分的摩尔质量y1,y2,…,yn:气体混合物中各组分的摩尔数（或者体积分数）式中苯和甲苯的混合蒸气可视为理想气体，其中含苯0.60（体积分数）。试求30℃、102kPa压强下该混合蒸气的平均密度?kmolkgMxMii/6.83924.0786.0均3/385.330273314.86.83102mkgRTpM均习题：苯的分子量：78甲苯的分子量：922.2比体积单位质量流体的体积，称为比体积，其表达式为：可以看出，流体的比体积与密度互为倒数。1mVv2.3粘度粘性：流体在流动时产生内摩擦力的这种性质粘度：衡量流体粘性大小的物理量，用表示。单位是帕秒Pa·s粘度对流体输送的影响粘度与流体的性质和温度有关气体，温度升高时粘度增大液体，温度升高时粘度减小2.4压力流体垂直作用在单位面积上的力，成为压强或压力。单位是帕斯卡，符号Pa。若某流体的面积为A(m2),垂直于这个面积上的力为F(N),则压力p为:PaAFp1bar=105Pa=750mmHg1MPa=103KPa=106Pa一般，化工厂里所指的压力都是指工程大气压若近似计算，1atm≈1at（工程大气压）。1atm=101325N/m2=1.013×105Pa=1.013bar=1.033at=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg1at（工程大气压）=1kgf/cm2（公斤力）=10mH2O=9.81×104Pa=0.968atm化工生产中，常用测量压力的仪表，有压力表、真空表。绝压：流体的真实压力称为绝对压力。压力表的读数叫表压，反映的是容器设备内的真实压力比大气压高出的数值，即表压=绝对压力-大气压真空表的读数叫真空度，反映的是容器设备内的真实压力低于大气压的数值，即真空度=大气压-绝对压力p表=-p真（1）U形压差计（2）机械式压力表（3）数字式压力表p1pa常见的压力表绝对压强、真空度、表压强的关系习题：一、某设备上真空表的读数为13.3×103Pa，计算设备内的绝对压强。已知该地区大气压强为98.7×103Pa。解：绝对压强=大气压-真空度=98.7×103-13.3×103=85.4×103Pa二、甲乙两地的平均大气压强分别为85.3×103Pa和101.33×103Pa，在甲地操作的真空精馏塔塔顶的真空表读数为80×103Pa，在乙地操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表读数应为多少?解：在甲地绝对压强=大气压-真空度=85.3×103-80×103=5.3×103Pa真空度=大气压-绝对压力绝对压强=大气压-真空度在乙地真空度=大气压-绝对压强=101.33×103-5.3×103=96.03×103Pa作业:2已知甲城市的大气压为760mmHg，乙城市的大气压为750mmHg。某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为600mmHg，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用mmHg和Pa表示。1p74页习题2注意分子量N2=28;H2=2;CO2=443流体静力学概念由于流体处于相对静止状态，所以流体所受的质量力只有重力，而重力就是地心吸力，是可以看作不变的，但静止流体内部各点的压力是不同的，所以实质上是讨论流体内部压力变化的规律，用于描述这一规律的数学表达式称为流体静力学基本方程。3.1流体静力学基本方程式公式推导液柱所受到的作用力：作用于上底的压力p1A作用于下底的压力-p2A作用于整个液柱的重力G=mg=ρgA(z1-z2)液柱静止，处于平衡状态，合力=0∴p1A-p2A+ρgA(z1-z2)=0gz1+p1/ρ=gz2+p2/ρ或p2=p1+ρg(z1-z2)若液柱在液面上，则：p1=p0令h=z1-z2h----液柱高度，m则p2=p1+ρgh=p0+ρghp=p0+ρgh3.2静力学方程的讨论12Z1Z21.流体某一深处的压力与深度和密度有关。2.液面上方流体压力改变，液体内部压力随着改变且变化值相同。3.静止的、连续的同一流体内、同一水平面处各点压力相等。(等压面)4.压力或压差可用液柱高度表示。从这个方程式可以看出静止液体内部压力变化的规律：静止液体内任一点的压力与液体的密度和深度有关在连通着的同一种液体内，同一水平面各点的压力相等，与容器的形状无关，这个压力相等的水平面称为等压面。当液体内部任一点压力或者液面上方压力发生变化时，液体内部各点的压力也发生同样大小的变化，即液体能把所受到的压力，大小不变地传递到液体内部各点。例：开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。（1）判断下列两关系是否成立，即：pA=pA’，pB=pB′（2）计算水在玻璃管内的高度h。解：(1)判断题给两关系式是否成立pA=pA′的关系成立。∵截面A—A’为等压面。pB=pB′的关系不能成立。∵B及B’两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B’不是等压面。（2）计算玻璃管内水的高度hpA=pA′pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2pA’=pa+ρ2gh∴pa+ρ1gh1+ρ2gh2=pa+ρ2gh800×0.7+1000×0.6=1000h∴h=1.16m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。压强炉内1P3107.10aPghPPa221PPghPPaa3107.10mh9.10