01第一节流体静力学.doc

第一节 流体静力学 教学目的： 掌握流体的密度、静压强的定义、表达式和计算 掌握流体静力学基本方程 会流体静压强的测量、液位的测量 能进行液封高度的计算 教学重点 定义 教学难点 计算 课时安排 四课时 教学过程： 【引言】在化学工业生产过程中所处理的物料，包括原料、半成品和成品等，大多数是流体。按照生产工艺的要求，制造产品时往往把他们依次输送到各设备内，进行化学反应或物理变化；制成的产品又常需要输送到贮罐内贮存。上述过程进行的好坏、操作费及设备的投资都与流体的流动状态有密切的关系。 【板书】第一节 流体静力学 【讲解】流体是指具有流动性的物体，包括液体和气体。流体静止是流体流动的一种特殊形式，流体静力学主要研究静止流体内部压强变化的规律。下面先介绍流体的一些主要物理性质。 【板书】一、流体密度 1.密度 【讲解】单位体积流体所具有的质量，称为流体密度，以p表示，单位为k/m3。 【板书】p= 2.比体积 【讲解】单位质量流体所具有的体积，成为流体的比体积，也称为比容。单位为m3/kg 【板书】 3.相对密度 【讲解】一定温度下，某液体的密度 与4℃时纯水的密度 的比值称为该液体的相对密度，以 表示。即 【板书】 4.密度的求取 1）查手册 【讲解】任何流体的密度，都随它的温度和压强而变化。但压强对溶液的密度影响很小，可忽略不计故常称液体为补课压缩的流体。温度对液体的密度有一定的影响那次，在查取液体密度数据时，要主意该液体的温度。气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压强和温度的不同有较大的变化，因此在查取气体的密度时必须主意温度和压强。 【板书】2）计算法 ①气体的密度 【讲解】在一般的温度和压强下，气体密度可近似用理想气体状态方程式计算 【板书】??? ??? 或??? ? 式中? M—气体的分子量； ? R—气体常数，其值为8.315x103J／(kmol·K)； ? 下标“0”表示标准状态。 对于液体混合物，各组分的浓度常用质量分率表示。现以1kg混合液体为基准，若各组分在混合前后其体积不变，则lkg混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和，即? ? 式中ρA,ρB,…,ρn—液体混合物中各纯组分的密度，kg／m3；? XwA，XwB，…，Xwn—液体混合物中各组分的质量分率。 对于气体混合物，各组分的浓度常用体积分率来表示。现以1m3混合气体为基准，若各组分在混合前后其质量不变，则lm3混合气体的质量等于各组分的质量之和，即ρm=ρAXVA +ρBXVB+……?? +ρnXVn ? 式中? XVA，XVB，…，XVn—气体混合物中各组分的体积分率。 气体混合物的平均密度也可按式计算，此时应以气体混合物的平均分子量M。代替式中的气体分子量M。气体混合物的平均分子量Mm可按下式求算，即 Mm=MAyA+MByB+…十Mnyn? ?? 式中? MA，MB，…，Mn—气体混合物中各组分的分子量； ? yA,yB,…,yn—气体混合物中各组分的摩尔分率。 A，垂直作用于该面积上的压力为△P，在此情况下，单位面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强，其表达式为 【板书】??? 　 A→0时，△P/△V的极限值就称为该点的静压强，即 ?? ?? (1—6a)　 ? p—流体的静压强，Pa； P—垂直作用于流体表面上的压力，N；?? A—作用面的面积，m2。 【讲解】在法定单位制中，压强的单位是Pa，称为帕斯卡。但习惯上还采用其它单位，如atm(标准大气压)、某流体柱高度、bar(巴)或kgf／cm2等，它们之间的换算关系为1atm=1.033kgfcm2=760mmHg=10.33mH20=1.0133bar=1.0133x105Pa·工程上为了使用和换算方便，常将lkgf／cm2近似地作为1个大气压，称为1工程大气压。于是 ? lat=1kgf／cm2=735.6mmHg=10mH20=0.9807bar=9.807x104Pa流体的压强除用不同的单位来计量外，还可以用不同的方法来表示。 【板书】2.绝对压强、表压强和真空度 【讲解】流体静压强的大小除了用不同的单位计量以外，还可以用不同的基准来表示。意识绝对真空，另一是大气压强。 【板书】以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强，是流体的真实压强。 【讲解】流体的压强可用测压仪表来测量。当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为压强表。压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强，即 【板书】表压强=绝对压强—大气压强 【讲解】当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，称为真空度，即 【板书】真空度=大气压强—绝对压强 【讲解】显然