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        化工原理:流體力學與應用-2

        上傳人:努力****83 文檔編號:190473025 上傳時間:2023-02-27 格式:PPT 頁數:32 大?。?.01MB
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        1、流體力學流體力學p流體靜力學流體靜力學研究流體在靜止時的規律研究流體在靜止時的規律p流體動力學流體動力學研究流體在運動時的基本規律研究流體在運動時的基本規律p水力學水力學流體在運動時,速度和加速度及其作用流體在運動時,速度和加速度及其作用力之間關系力之間關系 1.2 流體靜力學流體靜力學1.2.1 1.2.1 靜壓力的特性靜壓力的特性1.2.2 1.2.2 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程 1.2 流體靜力學流體靜力學 流體壓力與作用面垂直,并指向該作用面;流體壓力與作用面垂直,并指向該作用面;任意界面兩側所受壓力,大小相等、方向相反;任意界面兩側所受壓力,大小相等、方向相反;作用于任意點

        2、不同方向上的壓力在數值上均相同。作用于任意點不同方向上的壓力在數值上均相同。1.2.1 靜壓力的特性靜壓力的特性一、靜力學基本方程一、靜力學基本方程 重力場中對液柱進行受力分析:重力場中對液柱進行受力分析:ApP11(1)上端面所受總壓力)上端面所受總壓力 ApP22(2)下端面所受總壓力)下端面所受總壓力 (3 3)液柱的重力)液柱的重力)(21zzgAG 設流體不可壓縮,設流體不可壓縮,.Const p0p2p1z1z2G方向向下方向向下方向向上方向向上方向向下方向向下1.2.2 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程 液柱處于靜止時,上述三項力的合力為零液柱處于靜止時,上述三項力的合力為零

        3、:0)(2112zzgAApAp)(2112zzgpp gzpgzp2211 靜力學基本方程靜力學基本方程 壓強形式壓強形式能量形式能量形式討論:討論:(1)適用于)適用于重力場中靜止、連續的同種不可壓縮性重力場中靜止、連續的同種不可壓縮性流體流體;(2)物理意義:)物理意義:zg單位質量單位質量流體所具有的位能,流體所具有的位能,J/kgJ/kg;p單位質量單位質量流體所具有的靜壓能,流體所具有的靜壓能,J/kgJ/kg。kgJkgmNkgkgsmm2kgJkgmNmkgmN32(3 3)在)在靜止靜止的、的、連續連續的的同種流體同種流體內,處于內,處于同一水平同一水平面面上各點的壓強處處相

        4、等。壓強相等的面稱為上各點的壓強處處相等。壓強相等的面稱為等壓等壓面面。(4 4)在同一靜止流體中,處在不同位置流體的)在同一靜止流體中,處在不同位置流體的位能位能和靜壓能和靜壓能各不相同,但二者可以轉換,其各不相同,但二者可以轉換,其總和保持總和保持不變不變 。(5 5)壓強具有傳遞性:液面上方壓強變化時,液體)壓強具有傳遞性:液面上方壓強變化時,液體內部各點的壓強也將發生相應的變化。內部各點的壓強也將發生相應的變化。流體靜力學原理的應用很廣泛,它是連通器和液柱流體靜力學原理的應用很廣泛,它是連通器和液柱壓差計工作原理的基礎,還用于容器內液柱的測量,液壓差計工作原理的基礎,還用于容器內液柱的

        5、測量,液封裝置,不互溶液體的重力分離(傾析器)等。解題的封裝置,不互溶液體的重力分離(傾析器)等。解題的基本要領是正確確定等壓面。本節介紹它在測量液體的基本要領是正確確定等壓面。本節介紹它在測量液體的壓力和確定液封高度等方面的應用。壓力和確定液封高度等方面的應用。a)普通 U 型管壓差計b)倒 U 型管壓差計c)傾斜 U 型管壓差計d)微差壓差計(a)R0(b)a0(c)R10(d)0102p1p2p1p2p1p2p1p2baRbabab壓強的測量壓強的測量(1)U形壓差計形壓差計 設指示液的密度為設指示液的密度為 被測流體的密度為被測流體的密度為 0A與與A面面 為等壓面,即為等壓面,即AA

        6、pp)(1ARmgpp gRgmpp02Ap1p2mRA A ABA所以所以gRgmpRmgp021)(整理得整理得gRpp)(021 若被測流體是氣體,若被測流體是氣體,則有,則有0 021 Rgpp討論:討論:(1)U形壓差計可測系統內兩點的壓強差,當將形壓差計可測系統內兩點的壓強差,當將U形形管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時,也可測管一端與被測點連接、另一端與大氣相通時,也可測得流體的表壓或真空度得流體的表壓或真空度單管壓差計單管壓差計 表壓表壓真空度真空度p1pap2pahhp1=p2=(2)指示液的選?。海┲甘疽旱倪x?。褐甘疽号c被測流體不互溶,不發生化學反應;指示液與被測流體不

        7、互溶,不發生化學反應;其密度要大于被測流體密度。其密度要大于被測流體密度。應根據被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。應根據被測流體的種類及壓差的大小選擇指示液。結論:結論:表壓強與真空度都是從壓強表上測得表壓強與真空度都是從壓強表上測得的,只不過一個是正值一個是負值。的,只不過一個是正值一個是負值。思考:若思考:若U形壓差計安裝在傾斜管路中,此時讀數形壓差計安裝在傾斜管路中,此時讀數 R反映了什么?反映了什么?gzzgRpp)()(12021 p1p2z2RAAz1 密度接近但不互溶的兩種指示密度接近但不互溶的兩種指示 液液A和和C ;)(CA (2)雙液體雙液體U管壓差計管壓差計 擴大室內

        8、徑與擴大室內徑與U管內徑之比應管內徑之比應 大于大于10。適用于壓差較小的場合。適用于壓差較小的場合。)(CA21 Rgpp(3)倒倒U形壓差計形壓差計 RgRgpp)(021 指示劑密度小于被測流體密度,指示劑密度小于被測流體密度,如如空氣作為指示劑空氣作為指示劑 Inclined manometersin1RgppBAbaInclined manometeraRmR1papbpressurepressure 適用于壓差較小的適用于壓差較小的場合場合aRRmsin1例例1-1 如附圖所示,水在水平管道內流動。為測量流如附圖所示,水在水平管道內流動。為測量流體在某截面處的壓強,直接在該處連接一

        9、體在某截面處的壓強,直接在該處連接一U形壓差計,形壓差計,指示液為水銀,讀數指示液為水銀,讀數 R250mm,h900mm。已。已知當地大氣壓為知當地大氣壓為101.3kPa,水的,水的密度為密度為1000kg/m3,水銀的密度,水銀的密度為為13600kg/m3。試計算該截面。試計算該截面處的壓強。處的壓強。hgRghppHgOHa2例例1-2 如附圖所示,用一復式如附圖所示,用一復式U形壓差計測量某形壓差計測量某種流體流過管路種流體流過管路A、B兩點的壓力差。已知流體的兩點的壓力差。已知流體的密度為密度為,指示液的密度為,指示液的密度為0 0,且兩,且兩U形管指示液形管指示液之間的流體與管

        10、內流體相同。已知兩個之間的流體與管內流體相同。已知兩個U形壓差計的讀數分別形壓差計的讀數分別為為R1、R2,試推導,試推導A、B兩點壓力差的計算式。兩點壓力差的計算式。)()(210RRgppBA例例1-3 如附圖所示,已知管內流體的密度為如附圖所示,已知管內流體的密度為,指,指示液的密度為示液的密度為Hg,求,求R和和H的關系。的關系。解:解:ghRppB)(12gRppHg 22ghhppA)(11ghgRppHgBA)(同理同理ghgHppHgBA)(所以所以 R=H measuring pressure differencesmeasuring pressure differences

        11、(a)p=Rg(m-);(b)p=Rgm;(c)p=Rg(m-E)(d)p=Rgm-hg。2.液位測量液位測量(1 1)近距離液位測量裝置)近距離液位測量裝置 Rh0a ah)g(m ppgR Rmg p p p pbaba0)(液面越高,液面越高,h越小,壓差計讀數越小,壓差計讀數R越??;當液越??;當液面達到最高時,面達到最高時,h為零,為零,R亦為零。亦為零。lR=0,h=0:Hmax。l壓差信號變送,自控。(2 2)遠距離液位測量裝置)遠距離液位測量裝置 BApp 管道中充滿氮管道中充滿氮氣,其密度較小,氣,其密度較小,近似認為近似認為 ghpp aAgRpp0aB Rh 0而而所以所以

        12、 AB3.液封高度的計算液封高度的計算 液封作用:液封作用:確保設備安全:當設備確保設備安全:當設備內壓力超過規定值時,氣內壓力超過規定值時,氣體從液封管排出;體從液封管排出;gph 液封高度:液封高度:液封還可達到防止氣體泄漏的目的,而且它液封還可達到防止氣體泄漏的目的,而且它的密封效果極佳,甚至比閥門還要嚴密。例的密封效果極佳,甚至比閥門還要嚴密。例如煤氣柜通常用水來封住,以防止煤氣泄漏如煤氣柜通常用水來封住,以防止煤氣泄漏,液封在化工生產中,重要液封在化工生產中,重要應用在哪些方面?應用在哪些方面?4.判斷流體流動方向判斷流體流動方向 兩兩 容容 器器 直直 徑徑 分分 別別 為為D1=

        13、1000,D2=400,容器容器1水面上方維持不變的真空度水面上方維持不變的真空度HV=100Hg,容器容器2 為敞口容器,當閥門為敞口容器,當閥門F關閉時,兩容器的水面關閉時,兩容器的水面高度分別為高度分別為Z1=2.5,Z2=1.5。試問。試問1.當閥門開啟時,當閥門開啟時,兩液面能否維持不變?兩液面能否維持不變?2.若不能維持原狀,當重新達到平衡時,液面高度若不能維持原狀,當重新達到平衡時,液面高度各何變化?各何變化?PagzppA4.11183 5.281.910001.081.913600 11解:解:Pagzp147155.181.9100022p2p1 所以當閥門打開時,容器所以

        14、當閥門打開時,容器2中的水將中的水將向容器向容器1中流動,即容器中流動,即容器2中液面下降中液面下降h2,溶,溶液液1中液面上升中液面上升h1。當重新達到平衡時當重新達到平衡時221121 hAhApp)()(2211hzghzgpA2122212116.044hhhDhD代入已知條件得代入已知條件得h1=0.05m h2=0.31m 流體液柱壓力僅與垂直高度有關;流體液柱壓力僅與垂直高度有關;壓差測量壓差測量 壓力測量;壓力測量;等壓面的確定:靜止、連續、同一流體;等壓面的確定:靜止、連續、同一流體;壓力的傳導關系;壓力的傳導關系;連接管內應充滿被測流體,其長度不影響連接管內應充滿被測流體,其長度不影響測量結果。測量結果。如圖為了能連續抽吸設備內的蒸氣,又不讓漏入氣體以維持真空,需將管的部分插入液槽,現要維持設備的真空度為80103Pa,求管中的水上升的高度h?解:可認為槽內液體為靜止流體,所以mhPappgpphghppaaa15.881.910001080108033所以真空度于是課后思考題(課堂練習本)課后思考題(課堂練習本)寫出壓力的測量方法有哪些?各寫出壓力的測量方法有哪些?各種方法的適用場合?種方法的適用場合?論述流體靜力學的基本原理及其論述流體靜力學的基本原理及其應用應用

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