化工原理1

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：ghp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=10.33mH2O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1p2p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）。Vm一、单组分密度),(Tpf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4液体密度℃时相对密度水的密度气体当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：RTpM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nnm2211—气体混合物中各组分的体积分率。n21,或RTpMmmmM—混合气体的平均摩尔质量nnmyMyMyMM2211混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有nnmaaa22111naaa21,—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mVv1.3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：ApP11（1）上端面所受总压力ApP22（2）下端面所受总压力（3）液柱的重力)(21zzgAG设流体不可压缩，.Constp0p2p1z1z2G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零:0)(2112zzgAApAp)(2112zzgppgzpgzp2211—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：zg—单位质量流体所具有的位能，J/kg；p—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1132244535P1P2p1.4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:0A与A′面为等压面，即'AApp)(1RmgppAgRgmppA02'而p1p2mRAA’所以gRgmpRmgp021)(整理得gRpp)(021若被测流体是气体，，则有0021Rgpp（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p1pap1pa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。)(CA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。)(21CARgppp1p2z11z1R2（3）倒U形压差计RgRgpp)(021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p1Rp2R0倾斜式压差计'sinRR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。Rh0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BApp管道中充满氮气，其密度较小，近似认为ghppaAgRppaB0Rh0而所以AB3.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。gph)(表液封高度：