第一節(jié)靜力學(xué)第1頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：在一換熱器中將Cp=3.56kJ/kg·℃的某溶液自25℃加熱到80℃溶液流量1.0kg/s，加熱介質(zhì)為120℃的飽和水蒸氣，其消耗量為0.095kg/s,蒸汽冷凝成同溫度的飽和水排出，計(jì)算：熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。25℃溶液1.0kg/s80℃溶液120℃水蒸氣120℃飽和水0.095kg/s解：取整個(gè)換熱器做研究系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)：連續(xù)操作取1s做恒算基準(zhǔn);溫度基準(zhǔn)選0℃做基準(zhǔn)．由能量恒算式：?jiǎn)挝粫r(shí)間物料帶入系統(tǒng)的熱量=單位時(shí)間物料帶出系統(tǒng)的熱量+系統(tǒng)熱損失單位時(shí)間物料帶入系統(tǒng)的熱量＝25℃溶液帶入熱量＋120℃水蒸氣帶入熱量第2頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月25℃溶液帶入熱量＝1.0×3.86(25-0)=89kJ/s120℃水蒸氣帶入熱量=0.095×H查表，120℃飽和水蒸氣焓值H=2708.9kJ/kg,飽和水焓值h=503.67kJ/kg因此，120℃水蒸氣帶入熱量=0.095×2708.9=257.3kJ/s單位時(shí)間物料帶出系統(tǒng)的熱量=80℃溶液帶出熱量＋120℃水帶出熱量80℃溶液帶出熱量＝1.0×3.86(80-0)=284.8kJ/s120℃水帶出熱量=0.095×h=0.095×503.67=47.8kJ/s于是單位時(shí)間物料帶入系統(tǒng)的熱量QI

=25℃溶液帶入熱量＋120℃水蒸氣帶入熱量=89+257.3=346.3kJ/s于是單位時(shí)間物料帶出系統(tǒng)的熱量Q0=80℃溶液帶出熱量＋120℃水帶出熱量＝284.8+47.8=332.6kJ/s第3頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由QI=Q0+QL346.3=332.6+

QLQL=13.7kJ/s水蒸氣提供熱量＝水蒸氣帶入熱量－冷凝水帶出熱量＝257.3-47.8=209.5kJ/s熱損失所占比例＝13.7/209.5=6.5%第4頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一．流體的定義和分類（1）按狀態(tài)分為氣體、液體和超臨界流體。

（2）按可壓縮性可分為不可壓縮流體和可壓縮流體。

（3）依是否可忽略分子間作用力分為理想流體和粘性（實(shí)際）流體。

（4）按流變特性分牛頓型和非牛頓型流體。二．流體特征1．流動(dòng)性；

2．無(wú)固定形狀；

3．流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦。第一章流體流動(dòng)2．分類：1．定義：氣體（含蒸汽）和液體統(tǒng)稱流體。第5頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.1.流體的密度

密度定義

單位體積的流體所具有的質(zhì)量，ρ;SI單位kg/m3。2.影響ρ的主要因素第一節(jié)流體靜力學(xué)方程式第6頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月液體：——不可壓縮性流體氣體：——可壓縮性流體3.氣體密度的計(jì)算理想氣體在標(biāo)況下的密度為：例如：標(biāo)況下的空氣，

操作條件下（T,P）下的密度：

兩種計(jì)算方法均可第7頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.混合物的密度1）液體混合物的密度ρm

取1kg液體，令液體混合物中各組分的質(zhì)量分率分別為:

假設(shè)混合后總體積不變，——液體混合物密度計(jì)算式第8頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)氣體混合物的密度取1m3的氣體為基準(zhǔn),令各組分的體積分率為:xv1,xv2,…,xVn,其中:若混合前后,氣體的質(zhì)量不變，則：——?dú)怏w混合物密度計(jì)算式當(dāng)混合物氣體可視為理想氣體時(shí),

——理想氣體混合物密度計(jì)算式第9頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.與密度相關(guān)的幾個(gè)物理量

1）比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體所具有的體積，用υ表示，單位為m3/kg。

2）比重(相對(duì)密度)：某物質(zhì)的密度與4℃下的水的密度的比值，用d表示。在數(shù)值上:第10頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2流體的靜壓強(qiáng)不同單位之間的換算關(guān)系為:1atm=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg=1.0133bar=1.0133×105Pa1at=1kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg=0.9807bar=0.9807×105Pa工程上將1kgf/cm2近似視為1個(gè)大氣壓,稱為1工程大氣壓.1、壓強(qiáng)的定義垂直作用于流體單位面積上的壓力稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)。

SI制單位：N/m2，即Pa。第11頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.壓強(qiáng)的表示方法絕對(duì)壓強(qiáng)—以絕對(duì)零壓為起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng),為流體的真實(shí)壓強(qiáng);表壓強(qiáng)—以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽槠瘘c(diǎn)計(jì)算并高于大氣壓的數(shù)值.壓強(qiáng)表的讀數(shù)即為表壓強(qiáng).表壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)－當(dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩取援?dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn),并低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱臄?shù)值.真空表的讀數(shù)即為真空度.真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮海^對(duì)壓強(qiáng)第12頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月絕對(duì)壓強(qiáng)、真空度、表壓強(qiáng)的關(guān)系為

絕對(duì)零壓線當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)線A絕對(duì)壓強(qiáng)表壓強(qiáng)B絕對(duì)壓強(qiáng)真空度當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)隨溫度、濕度和當(dāng)?shù)睾０胃叨榷?。?dāng)用表壓或真空度來(lái)表示壓強(qiáng)時(shí)，應(yīng)分別注明。如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表壓）。

第13頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例1-1】天津和蘭州的大氣壓強(qiáng)分別為101.33kPa和85.3kPa，蘭州地區(qū)苯乙烯真空精餾塔塔頂真空表讀數(shù)為80kPa，試計(jì)算若維持相同的絕對(duì)壓強(qiáng)天津地區(qū)真空表的讀數(shù)應(yīng)為多少。解：塔內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)=當(dāng)?shù)卮髿鈮海婵斩?85.3－80=5.3kPa天津地區(qū)若維持相同的絕對(duì)壓強(qiáng)，則真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮海^對(duì)壓強(qiáng)=101.33－5.3=96.03kPa第14頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3.流體靜力學(xué)基本方程式一.靜力學(xué)方程式的推導(dǎo)上底面受到垂直向下的壓力:下底面受到垂直向上的壓力：

小液柱本身所受的重力：

（3）上下方向：（1）左右方向：左面受到垂直向右的壓力F1,右面受到垂直向左的壓力F2,由受力平衡，F(xiàn)1=F2（2）前后方向：前面受到垂直向后的壓力F3,后面受到垂直向前的壓力F4,由受力平衡，F(xiàn)3=F4Z2Z1P1P2F1F2第15頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月令

若取液柱的上底面在液面上，并設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為P0，取下底面在距離液面h處，作用在它上面的壓強(qiáng)為P

hpp0因?yàn)樾∫褐幱陟o止?fàn)顟B(tài)，——流體的靜力學(xué)方程

則得：

——流體的靜力學(xué)方程

第16頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2、方程的討論1）液體內(nèi)部壓強(qiáng)p是隨p0和h的改變而改變的，即：

2）當(dāng)容器液面上方壓強(qiáng)p0一定時(shí)，靜止液體內(nèi)部的壓強(qiáng)p僅與垂直距離h有關(guān)，即：處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)相等。

3）當(dāng)液面上方的壓強(qiáng)改變時(shí)，液體內(nèi)部的壓強(qiáng)也隨之改變，即：液面上所受的壓強(qiáng)能以同樣大小傳遞到液體內(nèi)部的任一點(diǎn)。第17頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5）適用條件：靜止的連通著的同一種流體的內(nèi)部，對(duì)于

間斷的并非單一流體的內(nèi)部則不滿足這一關(guān)系。6）可以改寫(xiě)成

壓強(qiáng)差的大小可利用一定高度的液體柱來(lái)表示，這就是液體壓強(qiáng)計(jì)的根據(jù)，在使用液柱高度來(lái)表示壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差時(shí)，需指明何種液體。

4)方程是以不可壓縮流體推導(dǎo)出來(lái)的，對(duì)于可壓縮性的氣體，只適用于壓強(qiáng)變化不大的情況。第18頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例1-2】本題附圖所示的開(kāi)口容器內(nèi)盛有油和水。油層高度h1=0.8m，密度

1=800kg/m3，水層高度h2=0.6m、密度2=1000kg/m3。（1）判斷下列關(guān)系是否成立，即：（2）計(jì)算水在玻璃管內(nèi)的高度h。解：（1）判斷題給兩關(guān)系是否成立∵A，A’在靜止的連通著的同一種液體的同一水平面上

papa第19頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

B，B’雖在同一水平面上，但不是連通著的同一種液體，即截面B-B’不是等壓面，故（2）計(jì)算水在玻璃管內(nèi)的高度hpapa第20頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.4.靜力學(xué)方程的應(yīng)用1、壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量1）U型管壓差計(jì)根據(jù)流體靜力學(xué)方程第21頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)被測(cè)的流體為氣體時(shí)，

可忽略,則

，若U型管的一端與被測(cè)流體相連接，另一端與大氣相通，那么讀數(shù)R就反映了被測(cè)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)與大氣壓之差，也就是被測(cè)流體的表壓。

當(dāng)p1-p2值較小時(shí)，R值也較小，若希望讀數(shù)R清晰，可采取如下措施：兩種指示液的密度差盡可能減小、采用微差壓差計(jì)。當(dāng)管子平放時(shí)：兩點(diǎn)間壓差計(jì)算公式第22頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．微差壓差計(jì)U型管的兩側(cè)管的頂端增設(shè)兩個(gè)小擴(kuò)大室,其內(nèi)徑與U型管的內(nèi)徑之比＞10，裝入兩種密度接近且互不相溶的指示液A和C，且指示液C與被測(cè)流體B亦不互溶。根據(jù)流體靜力學(xué)方程可以導(dǎo)出：——微差壓差計(jì)兩點(diǎn)間壓差計(jì)算公式第23頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例.測(cè)量某空氣管路中兩點(diǎn)的壓差值，采用普通U管壓差計(jì)，用水作指示液時(shí)讀數(shù)為10mm,現(xiàn)改用微差壓差計(jì)測(cè)量，指示液為A和C，密度分別為A=920kg/m3及C=850kg/m3,問(wèn)此時(shí)讀數(shù)應(yīng)為多少，讀數(shù)的放大倍數(shù)是多少？解：采用普通U管壓差計(jì)時(shí)，其壓差測(cè)量公式為：改用微差壓差計(jì)時(shí)，測(cè)壓公式為：因而可得：R=143mm第24頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】在本題附圖所示的密閉容器A與B內(nèi)，分別盛有水和密度為810kg/m3的某溶液，A、B間由一水銀U管壓差計(jì)相連。（1）當(dāng)pA=29×103Pa（表壓）時(shí)，U管壓差計(jì)讀數(shù)R=0.25m，h=0.8m。試求容器B內(nèi)的壓強(qiáng)pB。（2）當(dāng)容器A液面上方的壓強(qiáng)減小至pA=20×103Pa(表壓)，而PB不變時(shí)，U形管壓差計(jì)的讀數(shù)為若干？解：（1）由pa=pa于是：第25頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶入數(shù)據(jù)：（2）U管壓差計(jì)讀數(shù)R由于容器A液面上方壓強(qiáng)下降，U管壓差計(jì)讀數(shù)減小，則U管左側(cè)水銀面上升（R-R）/2，右側(cè)水銀面下降（R-R’）/2。水平面b-b為新的等壓面，即pb=pb，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式得：第26頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶入數(shù)據(jù)：第27頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】常溫的水在本例附圖所示的管道中流過(guò)，為了測(cè)量a-a與b-b兩截面間的壓強(qiáng)差，安裝了兩個(gè)串聯(lián)的U管壓差計(jì)，壓差計(jì)中的指示液為汞。兩U管的連接管內(nèi)充滿了水，指示液的各個(gè)液面與管道中心線的垂直距離為：h1=1.2m、h2=0.3m、h3=1.3m、h4=0.35m。試根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算a-a及b-b兩截面間的壓強(qiáng)差。解:h2h4h3h11'122'3'3aba'b'papbpb+(h3-h4)Ag+h4g=p2+(h3-h2)g(2)pa+h1g=p2+(h1-h2)Ag(1)第28頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月=(h3-h4+h1-h2)(A-)g=(1.3-0.35+1.2-0.3)(13600

-1000)g=228671.1Papa-pb=(h3-h4+h1-h2)Ag+(h4-h1

+h2-h3)g第29頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.液位的測(cè)量1．液柱壓差計(jì)式由壓差計(jì)指示液的讀數(shù)R可以計(jì)算出容器內(nèi)液面的高度。當(dāng)R＝0時(shí)，容器內(nèi)的液面高度將達(dá)到允許的最大高度，容器內(nèi)液面愈低，壓差計(jì)讀數(shù)R越大。第30頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.遠(yuǎn)距離控制液位的方法：

壓縮氮?dú)庾怨芸诮?jīng)調(diào)節(jié)閥通入，調(diào)節(jié)氣體的流量使氣流速度極小，只要在鼓泡觀察室內(nèi)看出有氣泡緩慢逸出即可。

壓差計(jì)讀數(shù)R的大小，反映出貯罐內(nèi)液面的高度

。

haR第31頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】現(xiàn)已知U管壓差計(jì)的指示液為水銀，其讀數(shù)R=160mm，罐內(nèi)對(duì)硝基氯苯的密度ρ＝1250kg/m3，儲(chǔ)罐上方與大氣相通。試求儲(chǔ)罐中液面離吹氣管出口的距離h為多少？解：由于吹氣管內(nèi)氮?dú)獾牧魉俸艿?，且管?nèi)不能存有液體，故可認(rèn)為管出口a處與U管壓差計(jì)b處的壓力近似相等，即pa≈pb。haRa'pa=大氣壓+hgpb=大氣壓+RAghg=RAg第32頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、液封高度的計(jì)算

液封的作用：

若設(shè)備內(nèi)要求氣體的