西安交大化工原理

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1、第一章流体力学基础1.1概述1.2流体静力学及其应用1.3流体流动的基本方程1.4管路计算1.5流速、流量测量1.1概述1连续介质模型流体是由分子或原子所组成，分子或原子无时无刻不在作无规则的热运动。假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。1.1概述2流体的压缩性流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。实际流体都是可压缩的。液体的压缩性很小，在大多数场合下都视为不可压缩，而气体压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但如果压力变化很小，温度变化也很小，则可近

2、似认为气体也是不可压缩的。1.1概述3作用在流体上的力作用在流体上的所有外力F可以分为两类：质量力和表面力，分别用FB、FS表示，于是：质量力：质量力又称体积力，是指作用在所考察对象的每一个质点上的力，属于非接触性的力，例如重力、离心力等。1.1概述3作用在流体上的力表面力：表面力是指作用在所考察对象表面上的力。任一面所受到的应力均可分解为一个法向应力（垂直于作用面，记为ii）和两个切向应力（又称为剪应力，平行于作用面，记为ij，ij），例如图中与z轴垂直的面上受到的应力为zz（法向）、zx和zy（切向），它们的矢量和为：1.1概述3作用在流体上的力类

3、似地，与x轴、y轴相垂直的面（参见图1-2）上受到的应力分别为：1.2流体静力学及其应用1.2.1静止流体所受的力1.2.2流体静力学基本方程1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用1.2.1静止流体所受的力静止流体所受的外力有质量力和压应力两种,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。（1）压力单位在国际单位制（SI制）中，压力的单位为N/m2，称为帕斯卡（Pa），帕斯卡与其它压力单位之间的换算关系为：1atm（标准大气压）=1.033at（工程大气压）=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O1.2.1静止流体所

4、受的力（2）压力的两种表征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。1.2.2流体静力学基本方程对连续、均质且不可压缩流体，=常数，对于静止流体中任意两点1和2，则有：两边同除以g——静力学基本方程1.2.2流体静力学基本方程讨论（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；（2）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；（3）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。即压力可传递，这就是巴斯噶定理；（4）若记，称为广义压力，代表单位体积静止

5、流体的总势能（即静压能p与位能gz之和），静止流体中各处的总势能均相等。因此，位置越高的流体，其位能越大，而静压能则越小。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用1．压力计（1）单管压力计或表压式中pa为当地大气压。单管压力计只能用来测量高于大气压的液体压力，不能测气体压力。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用1．压力计（2）U形压力计设U形管中指示液液面高度差为R，指示液密度为0，被测流体密度为，则由静力学方程可得：将以上三式合并得：1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用若容器A内为气体，则gh项很小可忽略，于是：显然，U形压力计既

6、可用来测量气体压力，又可用来测量液体压力，而且被测流体的压力比大气压大或小均可。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用2．压差计（1）U形压差计设U形管中指示液液面高度差为R，指示液密度为0，被测流体密度为，则由静力学方程可得：1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用根据而3、3面为等压面及广义压力的定义两边同除以g得：式中：为静压头与位头之和，又称为广义压力头。U形压差计的读数R的大小反映了被测两点间广义压力头之差。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用讨论（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

7、气相通时，也可测得流体的表压或真空度；p1pap1pa表压真空度1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用讨论（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。1.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用思考：若U形压差计安装在倾斜管路中，此时读数R反映了什么？p1p2z2RAA’z11.2.3静力学原理在压力和压力差测量上的应用2．压差计（2）双液柱压差计又称微差压差计适用于压差较小的场合。密度接近但不互溶的两种指示液1和2，1略小于2；扩大室内径与U管内径之比应大于10