化工基础_第2讲_流体流动过程及流体输送设备-冯启
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化工基础第讲流体流动过程及流体输送设备冯启
第二章流体流动过程及输送机械2.1流体的矜力学基本方程貞2.2流体流动的基本规律化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大多数是流体，涉及的过程大部分在流动条件下进行。
流体的流动和输送是必不可少的过程操作。
研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。
①选择输送流体所需管径尺寸，确定输送流体所需能量和设备。
②流体性能参数的测量，控制。
③研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供理论依据。
④了解输送设备的工作原理和操作性能，正确地使用流体输送设备。
2. 1流体静力学基本方程式1.密度(p10)'单盂体积流体所具有的质量称为流体的密度,其表达式为：P加体出度，1流体体积，m3op= m / Vkg・m・3 ； m流体质量，kg； V ----气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度有较大的变化。
气体密度可近似地用理想气体状态方程进行计算:p- pM/RTP—气体绝对压强kN m2或kPa； T—气体温度K； M—气体摩尔质量kg-mol1； R—气体常数'8.314 J・mol"・K・i。
化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组 分的混合物。
对于液体混合物，各组分的浓度常用 质量分数表示。
几一液体混合物中各纯组分液体的密度，kg m-3；—液体混合物中各组分液体的质量分数。
p m —气体混合物平均密度，kg-m 3；M m —气体混合物的平均摩尔质量-+mn P2Pn 对于气体混合物:_ P^mP Y TL RTP1比体积单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积,以U表示，它与流体的密度互为倒数：v=l/pQ—流体的比体积，m3 kg1；P一流体的密度，kg-m3o2.压强流体垂直作用于单位面积上的力称为压强:p= P / AP—流体的压力，Pa；P—流体垂直作用于面积A上的力，N；A—作用面积，m2o压力的单位Pa （Pascal,帕）,即N-m-2o常用压力单位与Pa之间的换算关系如下: latm=760mmHg=1.01325 X 105Pa=10.33mH20=1.033 kgf-cm 2压强有两种表达方式。
化工基础流体的流动和输送
p2 p1
——应用流体静力学原理的压强计
Z
管中盛有与测量流体不互溶的、密度为ρi的指示液。U形管的
两侧管分别联接到被测系统的两点。
随测量的压力差不同，U形管中指示液显示不同的高度差。△R
i
Z1
选取等压面A、B：
pA p2 gZ gR i gZ2
pB p1 gZ i g(R Z2 ) pA pB
理想流体： 不具有粘度，因而流动时不产生摩擦阻力的流体。
fluid
理想液体：不可压缩，受热不膨胀 理想气体：流动时没有摩擦阻力的气体
实际液体的可压缩性很小，热膨胀系数也不大，但在流动 时具有较大的摩擦阻力。
流体力学 (fluid mechanics)
流体静力学(hydrostatic) 流体动力学(hydrodynamic)
或: 由于各组分在混合前后质量不变，以1m3混合气体为基准
m 11 22 nn
1,2 n ——气体混合物中各组分的体积分率。
1, 2 n ——在气体混合物的压力下各纯组分的密度，kg/m3。
比容：比体积(specific volume)， 是指单位质量物料所具有的体积。
V
m
1
单位： m3 • kg1
A
Note：
① h即为该流体在压力p作用下能上升的高度；
② 同一p值,因不同流体的密度不同,其h值也不同， p hAAg hB B g
③ 用液柱高度表示流体的压力时，必须注明是何种流体， 必要时还应注明温度以确定流体的密度。
压强的基准
绝对压(absolute pressure):
以绝对零压为起点的压强称为绝对压强。
2.1.3 流体的压力及其测量
压强(pressure):物体单位面积上所受到的流体垂直作用力。
华南理工大学化工原理化工原理第二章流体输送机械精品PPT课件
第一节 液体输送机械
表2-1液体输送机械的分类
泵是一种通用的机械，广泛使用在国民经济各部门中。 其中离心泵具有结构简单、流量大而且均匀、操作方便等 优点，在化工生产中的使用最为广泛。本章重点讲述离心 泵，对其它类型的泵作一般介绍。
第一节 液体输送机械
二、离心泵构造和原理
1.离心泵的工作原理 图2-1是一台安装在管路中 的离心泵装置示意图，主要部件 为叶轮1，叶轮上有6-8片向后弯 曲的叶片，叶轮紧固于泵壳2内 泵轴3上，泵的吸入口4与吸入管 5相连。液体经底阀6和吸入管5 进入泵内。泵壳上的液体从排出 口8与排出管9连接,泵轴3用电机 或其它动力装置带动。
第一节 液体输送机械
2.离心泵的主要部件 离心泵的主要部件为叶轮、泵壳和轴封装置。 2.1叶轮：是离心泵的关键部件,其作用是将原动机的 机械能传给液体,使通过离心泵的液体静压能和动能均有 所提高。叶轮有6-8片的后弯叶片组成。按其机械结构可 分为以下三种,如图2-2所示。开式叶轮仅有叶片,两侧均 无盖板,如图 (a)所示,适于输送含有固体颗粒的液体悬浮 物；半闭式叶轮,没有前盖板而有后盖板,如图 (b)所示, 适于输送浆料或含固体悬浮物的液体,效率较低 ；闭式叶 轮两侧分别有前、后盖板,流道是封闭的，如图 (c)所示, 适于输送高扬程、洁净液体,效率较高。
2.3轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封成为轴封。其作用是防止 高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出,或者外界空气以相反方向漏入泵 壳内的低压区。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种，如下图 所示。普通离心泵所采用的轴封装置是填料函，即将泵轴穿过泵壳的 环隙作为密封圈，于其中填入软填料（例如浸油或涂石墨的石棉绳）, 以将泵壳内、外隔开，而泵轴仍能自由转动。
另外：叶轮按其吸液方式的不同可分为单吸式和双吸 式两种，如图2-3所示。单吸式叶轮构造简单，液体从叶 轮一侧被吸入；双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入 液体。显然，双吸式叶轮具有较大的吸液能力，并较好地 消除轴向推力。故常用于大流量的场合。
化工基础-第二章 流体流动
分析：
①流体在管道、泵（风机）、流量计
中流动，是流体动力学问题。
②流体在压差计、水封箱中的水处于 静止状态，是流体静力学问题。 ③要确定流体输送管路的直径，需计 算流动过程产生的阻力和输送流体所 需的动力。 ④选用多大的水泵或风机呢？要根据
阻力与流量等参数来选择输送设备的
类型和型号。 ⑤要测量、监控流体的流量和压强。 ⑥流体流动将影响过程系统中的传热、 传质过程等，是其他单元操作的重要 基础。
新读数为原读数的171/12＝14.3倍
3）倒U形管压差计
特点： （1）被测流体一般为液 体； （2）指示液密度小于被 测液，一般为空气。 P1-P2=（- 0）Rg
2.液位的测量
（1）玻璃管液面计
Pa Z1 1
Pb
Z2 2
液面计:用于指示生产设备 （如贮槽、计量槽、锅炉等） 内物料贮存量的仪表。
或
(1m3)混合气体的质量等于各组分的质量之和。即
式中 i——混合气体中各组分的密度，kg/m3； xvi——混合气体中各组分的体积分率。
2.相对密度：是指在共同的特定条件下，一个物质的密度 与另一个物质的密度之比值，用 d 表示。
1 d 2
,
在一般情况下是以水作参照物，其值相当于比重
d
例题:1.判断下面各式是否成立
PA=PA’ PB=PB’ PC=PC’ 2.细管液面高度。
1 = 800kg/m3
油ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水
H1
H2
C
C'
2 =1000kg/m3
A B
A' B'
H1= 0.7m
H2= 0.6m
3.当细管水位下降多高时,槽内水将放净?
化工基础2流体流动
料，以保证管道的耐腐蚀性、耐高温性、耐压性等性能。
考虑经济性
02
在满足工艺要求的前提下，应尽量选择价格低廉、易于采购的
材料，以降低生产成本。
考虑环保要求
03
对于某些有毒有害的流体，应选择无毒无害的管道材料，以减
少对环境的污染。
管道系统的安全与维护
1 2
确保安全阀和减压阀的正常工作
安全阀和减压阀是管道系统中的重要安全装置， 应定期检查、校准和维护，以确保其正常工作。
要点二
详细描述
流速是指流体在单位时间内流过的距离，是描述流体流动 快慢的物理量。流量是指单位时间内流过某一截面的流体 体积或质量，是衡量流体流动量的物理量。流场是指流体 的运动空间，描述了流体的运动状态。流线是表示流体运 动方向的曲线，流线的方向与速度方向一致。压力是指单 位面积上所承受的垂直作用力，压强是指单位面积上的压 力。
度等参数。
数据处理
对采集的数据进行整理、计算和 统计分析，提取有用的信息。
结果分析
根据数据处理结果，分析流体流 动的规律和特性，得出结论。
实验研究的应用与展望
应用领域
流体流动实验研究在化工、石油、能源等领域有广泛应用，为工业 生产提供理论支持和实践指导。
发展趋势
随着科技的不断进步，实验研究方法将更加先进和精确，实验数据 处理与分析将更加智能化和自动化。
02
流体动力学基础
流体静力学
静止流体的平衡
流体的平衡状态与受力分析，静压强 及其特性，重力场中流体的平衡，液 柱压力计。
流体静力学基本方程
静止流体中任一点上压力的性质和表 示方法，流体静力学基本方程，静止 液体中任一点上压力的量法，液柱压 力计。
化工基础 第二章 流体的流动和输送
水平面上。所以截面 A-A'称为等压面。 pB=p'B 的关系不能成立。因 B 及 B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不
是连通着的同一种流体，即截面 B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度 h 由上面讨论知，pA=p'A，而 pA=p'A 都可以用流体
静力学基本方程式计算，即
pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2 p'A=pa+ρ2gh 于是 pa+ρ1gh1+ρ2gh2 = pa+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得
ρ=f(p,T)，通常在温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可近似理想气
体状态方程式进行计算： ρ = pM RT
式中：ρ―流体的密度，kg·m-3；p—气体的压力，[Pa]；T—气体的绝对温度，[K]； M—气体分子的摩尔质量，[kg·mol-1]；R—气体常数，8.314[J·mol-1·K-1]。
p − p0 = h ρg
虽然静力学基本方程式是用液体进行推导的，流体的密度可视为常数，而气 体密度则随压力而改变，但考虑到气体密度随容器高低变化甚微，一般也可视为
常数，故静力学基本方程式也适用于气体。 例 3、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度 h1=0.7m、密度
ρ1=800kg·m-3，水层高度 h2=0.6m、密度 ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A 、pB=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度 h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 pA=p'A 的关系成立。因 A 与 A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一
若在所给温度、压力条件下气体偏离理想气体较大，则应用上式进行计算时 需加以校正。
是连通着的同一种流体，即截面 B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度 h 由上面讨论知，pA=p'A，而 pA=p'A 都可以用流体
静力学基本方程式计算，即
pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2 p'A=pa+ρ2gh 于是 pa+ρ1gh1+ρ2gh2 = pa+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得
ρ=f(p,T)，通常在温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可近似理想气
体状态方程式进行计算： ρ = pM RT
式中：ρ―流体的密度，kg·m-3；p—气体的压力，[Pa]；T—气体的绝对温度，[K]； M—气体分子的摩尔质量，[kg·mol-1]；R—气体常数，8.314[J·mol-1·K-1]。
p − p0 = h ρg
虽然静力学基本方程式是用液体进行推导的，流体的密度可视为常数，而气 体密度则随压力而改变，但考虑到气体密度随容器高低变化甚微，一般也可视为
常数，故静力学基本方程式也适用于气体。 例 3、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度 h1=0.7m、密度
ρ1=800kg·m-3，水层高度 h2=0.6m、密度 ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A 、pB=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度 h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 pA=p'A 的关系成立。因 A 与 A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一
若在所给温度、压力条件下气体偏离理想气体较大，则应用上式进行计算时 需加以校正。
师范类《化工基础》PPT课件 CH2 流体的流动与输送
V— 该条件下气体的体积，单位为m3 T—该条件下系统的温度，单位为K
M—气体的摩尔质量，单位为kg.mol-1
R—摩尔气体常数，8.314J.K-1.mol -1 或0.08206m3.atm.k-1.kmol-1
2021/7/14
第二章 流体的流动与输送
5
化工基础
College of Chemistry & Materials
加厚管壁厚
mm
2.75 3.25 3.5 4 4 4.25 4.5 4.5 4.75 5 5.5 5.5
2021/7/14
第二章 流体的流动与输送
24
化工基础
College of Chemistry & Materials
例 20℃的水经管道输送，每小时输送72吨。试对水管管径 进行初选。
流体静力学方程式表示的意义
当液面压强有变化时，液体内部各点压强也发生相同大小的变化。
p2 p0 gh
（3）
• 连通着的同一流体同一水平面各点的压强相等。
• 静止流体内任一点的压强与流体性质(ρ)和位置(h)有关。 p = f(ρ,h)
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第二章 流体的流动与输送
15
化工基础
College of Chemistry & Materials
☆工业上流体的流速一般：v液<v气<v蒸汽 粘度越大，v越小
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第二章 流体的流动与输送
21
液 体
气 体
蒸 气
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化工基础
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流体在一般管路中的流速范围
化学化工基础第二章流体流动与输送
第二章 流体流动与输送§1、流体静力学一、流体的密度 （一）、密度和相对密度 1、密度单位体积流体的质量称为流体的密度，单位为 kg/m -3对于液体：V m =ρ对于气体：当压力不太高，温度不太低时，其密度可以近似地用理想气体状态方程式计算。
即：RTMm nRT pV ==RTM V m ρρ==式中，p —气体的压（绝对压力），kPaM —气体的摩尔质量，kmol kgT —气体的热力学温度,K R —摩尔气体常数，K kmol kJ ⋅314.8n —气体的物质的量，kmol2、相对密度相对密度为物质密度与C ︒4时纯水密度之比，用符号d 表示其量纲为一OH d 2ρρ=(二)、混合气体的密度混合气体的密度为各组分的密度与其在混合物中的摩尔分数的乘积的和。
即：()∑=ii m y ρρ（三）、混合液体的密度（参考谭天恩编《化工原理》上册 P10 页，1984 年第一版）液体混合时，其体积常常发生变化，对于理想溶液，混合液的体积等于各组分的体积之和，利用这一性质得：∑==ni iimw 11ρρ，式中i w 为组分i 的质量分数。
各组分的质量分数之和为 1。
二、流体静力学方程 （一）靜力学方程在静止流体内部，取一流体柱，其底面积为 A ，设底面以上高度为 Z 的水平面上，压强为 p,流体的密度为ρ，在此水平面上取高度为dZ 的流体薄层，分析该流体薄层所的力：1、向上用于流体薄层下底的总压力，pA2、向下作用于流体薄层上底的总压力，A dp p)(+3、流体薄层的重力，gAdZ ρ由于流体处于静止状态，三力之和应为 0，设以向上的力为正，则有：0)(=-+-gAdZ A dp p pA ρ化简得：0gdZ dp =+ρ对于不可压缩流体，ρ 为常数，分离变量并积分得：⎰⎰-=2121Z Z p p dzg dp ρ2112)(z z g p p -=-ρ （1）gp z g p z ρρ2211+=+（单位为m 液柱)(2)ρρ2211gz pgz p +=+ （3）(由式（1）两边同除以 ρ 而得，单位为kg J ))(2112z z g p p -+=ρ (4)上述式（1）－（4）均为静力学方程式。
化工基础_第2讲_流体流动过程及流体输送设备-冯启
20
习题p54,1, 2
练习
21
2.2 流体流动的基本规律
物料衡算式：连续性 能量衡算式：伯努利
方程
方程
22
1．流量和流速
单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，
称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体
积流量，以符号qv表示，单位为m3·s-1 或m3·h-1 ； 若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号
流体体积，m3。
气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力
和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气
体状态方程进行计算： ρ= pM/RT
p—气体绝对压强 kN·m-2或kPa；T—气体温度 K；M—气
体摩尔质量 kg·mol-1；R—气体常数，8.314 J·mo1-1·K-1。
化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组 分的混合物。对于液体混合物，各组分的浓度常用 质量分数表示。
2 z1 z2 p2
重力场中的压力分布
12
⑤ 静力学方程的几种不同形式
p1 gZ1 p2 gZ 2
Pa
p1
z1g
p2
z2g
J / kg
p1
g
z1
p2
g
z2
J/N
13
4.流体静力学基本方程式的应用
4.1 压强的测定
① 测压管和气压计 气压计:
p0 gh
测压管:
表压: p gh
绝压: pghp0
p0p1g1z
p0pagR
p （ 1 表 g） R g1z
1 p1
1 pa
z1
p （ 1 绝 g R ） g1 zp a
R
0
0
16
习题p54,1, 2
练习
21
2.2 流体流动的基本规律
物料衡算式：连续性 能量衡算式：伯努利
方程
方程
22
1．流量和流速
单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，
称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体
积流量，以符号qv表示，单位为m3·s-1 或m3·h-1 ； 若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号
流体体积，m3。
气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力
和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气
体状态方程进行计算： ρ= pM/RT
p—气体绝对压强 kN·m-2或kPa；T—气体温度 K；M—气
体摩尔质量 kg·mol-1；R—气体常数，8.314 J·mo1-1·K-1。
化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组 分的混合物。对于液体混合物，各组分的浓度常用 质量分数表示。
2 z1 z2 p2
重力场中的压力分布
12
⑤ 静力学方程的几种不同形式
p1 gZ1 p2 gZ 2
Pa
p1
z1g
p2
z2g
J / kg
p1
g
z1
p2
g
z2
J/N
13
4.流体静力学基本方程式的应用
4.1 压强的测定
① 测压管和气压计 气压计:
p0 gh
测压管:
表压: p gh
绝压: pghp0
p0p1g1z
p0pagR
p （ 1 表 g） R g1z
1 p1
1 pa
z1
p （ 1 绝 g R ） g1 zp a
R
0
0
16
化工基础 2 流体流动
3、压缩机（Compressor）
工业上使用的压缩机主要有往复式和离心式两种类型。 往复式压缩机 （Reciprocating Compressor） 结构：主要部件有气缸、活塞 、吸入和压出活门。 工作原理：与往复泵相似，依 靠活塞往复运动和活门的交替 动作将气体吸入和压出。 气体在压缩过程中体积缩小、 密度增大、温度升高。
2013-3-4
第二章 流体的流动与输送
26
化工基础
College of Chemistry & Materials
离心式压缩机 离心式压缩机又称透平压缩机，其主要结构和工作原理与离 心鼓风机相似，但压缩机有更多的叶轮级数，通常在10级以 上，因此可产生很高的风压。 由于压缩比较高，气体体积收缩大，温升也高，所以压缩机 也常分成几段，每段又包括若干级，叶轮直径逐级减小，且 在各段之间设有中间冷却器。 离心式压缩机流量大，供气均匀，体积小，维护方便，且机 体内无润滑油污染气体。
2013-3-4 第二章 流体的流动与输送 9
化工基础
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5、离心泵的主要性能和和特性曲线
⑴ 离心泵的主要性能参数主要 转速n：转/分 流量qv：m3/h 扬程H：（外压头），并不是升扬高度。 功率Pe：Pe=qvρ g H,
效率η : η =Pe/Pa
2013-3-4 第二章 流体的流动与输送 28
化工基础
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涡旋式压缩机
20 世纪 90 年代开发的高科技压缩机，结 构简单，只有四个运行部件。压缩机工作 腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰 形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰 形工作腔由大变小而到压缩和排出空气。
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qm表示，其单位为kg·s-1 或kg·h-1 。若流体量用物 质的量表示，称为摩尔流量，以符号qn表示，其单 位为mol·s-1。 体积流量和质量流量的关系为： qm=ρqV 质量流量与摩尔流量的关系为
qm＝Mqn
单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的 距离，称为流体的流速，以u表示，单位为 m·s-1。
需能量和设备。 ②流体性能参数的测量, 控制。 ③研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供
理论依据。 ④了解输送设备的工作原理和操作性能，正确地
使用流体输送设备。
2.1 流体静力学基本方程式
1．密度（p10)
单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，
其表达式为：
ρ= m／V
ρ——流体密度，kɡ·m-3 ; m——流体质量，kg；V——
p0
气压计 p0 h
p 测压管
② U形管压差计 选基准面列静力学方程
p0 p1 gz1
p0 p2 gz2 gR z1 z2 R
p1 p2 ( )gR
1 p1
1 z1
0
2 p2
2 z2
R 0
若 （ ） 则 R
U 形管压差计
若 则 p1 p2 gR
若U形管压差计一端与大气相通，则可测得表压（或绝压）。
第二章 流体流动过程及输送机械
2.1 流体的静力学基本方程式 2.2 流体流动的基本规律
化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大 多数是流体，涉及的过程大部分在流动条件下进行。 流体的流动和输送是必不可少的过程操作。
研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。 ①选择输送流体所需管径尺寸，确定输送流体所
实例：
p1
p2
p
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
等压面概念
② p0一定，p仅和、h有关 p p0 gh
③ p0变化某一数值，则 p改变同样大小数值—压力的可传递性
④ 静止流体内部，各不同截面上的压力能和势能两者之和为常数。
gz1
p1
gz2
p2
或 gz p 常数
po
h1 1 p1 zo
2 z1 z2 p2
p0 p1 gz1
p0 pa gR p（1 表） gR gz1
1 p1
1 pa
z1
p（1 绝） gR gz1 pa
R
0
0
③ 倾斜液柱压差计
p1
p2
R
α
倾斜液柱压差计
p1 p2 ( )gR
R R1 sin
④ 微差压差计
p2
p1
ρc
ρA
R
微差压差计
扩张室直径 U形管直径 10
管道中心的流速最大，离管中心距离越远，流 速越小，而在紧靠管壁处，流速为零。
通常所说的流速是指管道整个截面上的平均流速 ，以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值来 表示：
u = qV/A
A —— 与流体流动方向相垂直的管道截面积，m2
质量流速的定义是单位时间内流体流经管路单
位截面积的质量，以G表示，单位为 kg·s-1·m-2，表
ρn—液体混合物中各纯组分液体的密度，kg·m-3； xmn—液体混合物中各组分液体的质量分数。 对于气体混合物:
ρm—气体混合物平均密度，kg·m-3； Mm—气体混合物的平均摩尔质量
比体积 单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积，
以υ表示，它与流体的密度互为倒数:
υ=1/ρ υ一流体的比体积，m3·kg-1； ρ—流体的密度，kg·m-3。
重力场中的压力分布
⑤ 静力学方程的几种不同形式
p1 gZ1 p2 gZ 2
Pa
p1
z1g
p2
z2g
J / kg
p1
g
z1
p2
g
z2
J/N
4.流体静力学基本方程式的应用
4.1 压强的测定
① 测压管和气压计 气压计:
p0 gh
测压管:
表压: p gh
绝压: p gh p0
p=0 h
达式为：
G = qm／A
流速和质量流速两者之间的关系：
G =ρu 工业上用的流速范围大致为：
且 C A (略小)
p1 p2 gR( A C )
⑤ 倒U形管压差计
p1 p2 ( )gR
p1 p2 gR
0
z1
1 p1
1
0 R
z2 2 p2 2
倒U形管压差计
(2) 液封高度
目的： ① 恒定设备内的压力， 防止超压；
② 防止气体外泄； 水封
液封高度计算：
h0
p
g
气
液p
气
压强有两种表达方式。一是以绝对真空为起点 而计量的压强；另一是以大气压强为基准而计量的 压强，当被测容器的压强高于大气压时，所测压强 称为表压，当测容器的压强低于大气压时，所测压 强称为真空度。
两种表达压强间的换 算关系为
表压=绝对压强-大气压强 真空度＝大气压强-绝对压强
流体压强的重要特性: 流体压强处处与它的作用面垂直,并且总是指
水
溢流
h0
0
0
安全液封
p
0
0
h.0
煤气柜
水 气体
习题p54,1, 2
练习
2.2 流体流动的基本规律
物料衡算式：连续性 能量衡算式：伯努利
方程
方程
1．流量和流速
单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，
称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体
积流量，以符号qv表示，单位为m3·s-1 或m3·h-1 ； 若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号
2．压强 流体垂直作用于单位面积上的力称为压强：
p= P／A
p—流体的压力，Pa； P—流体垂直作用于面积A上的力，N； A—作用面积，m2。 压力的单位Pa（Pascal，帕），即N·m-2。
常用压力单位与Pa之间的换算关系如下：
1atm=760mmHg=1.01325×105Pa=10.33mH2O= 1.033 kgf·㎝-2
流体体积，m3。
气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力
和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气
体状态方程进行计算： ρ= pM/RT
p—气体绝对压强 kN·m-2或kPa；T—气体温度 K；M—气
体摩尔质量 kg·mol-1；R—气体常数，8.314 J·mo1-1·K-1。
化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组 分的混合物。对于液体混合物，各组分的浓度常用 质量分数表示。
向流体的作用面
流体中任一点压强的大小与所选定的作用面 在空间的方位无关
3．流体静力学基本方程式 流体处于静止状态下所受的压力和重力的平衡关系
受力分析（图2-2）
或
z1g
p1 ρ
z2g
p2 ρ
关于静力学方程的讨论
① 等压面
z1g
p1 ρ
z2g
p2 ρ
定义: 静止、连续的均质流体，处于同一水平面上的各点压强相等
qm＝Mqn
单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的 距离，称为流体的流速，以u表示，单位为 m·s-1。
需能量和设备。 ②流体性能参数的测量, 控制。 ③研究流体的流动形态，为强化设备和操作提供
理论依据。 ④了解输送设备的工作原理和操作性能，正确地
使用流体输送设备。
2.1 流体静力学基本方程式
1．密度（p10)
单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，
其表达式为：
ρ= m／V
ρ——流体密度，kɡ·m-3 ; m——流体质量，kg；V——
p0
气压计 p0 h
p 测压管
② U形管压差计 选基准面列静力学方程
p0 p1 gz1
p0 p2 gz2 gR z1 z2 R
p1 p2 ( )gR
1 p1
1 z1
0
2 p2
2 z2
R 0
若 （ ） 则 R
U 形管压差计
若 则 p1 p2 gR
若U形管压差计一端与大气相通，则可测得表压（或绝压）。
第二章 流体流动过程及输送机械
2.1 流体的静力学基本方程式 2.2 流体流动的基本规律
化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大 多数是流体，涉及的过程大部分在流动条件下进行。 流体的流动和输送是必不可少的过程操作。
研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。 ①选择输送流体所需管径尺寸，确定输送流体所
实例：
p1
p2
p
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
等压面概念
② p0一定，p仅和、h有关 p p0 gh
③ p0变化某一数值，则 p改变同样大小数值—压力的可传递性
④ 静止流体内部，各不同截面上的压力能和势能两者之和为常数。
gz1
p1
gz2
p2
或 gz p 常数
po
h1 1 p1 zo
2 z1 z2 p2
p0 p1 gz1
p0 pa gR p（1 表） gR gz1
1 p1
1 pa
z1
p（1 绝） gR gz1 pa
R
0
0
③ 倾斜液柱压差计
p1
p2
R
α
倾斜液柱压差计
p1 p2 ( )gR
R R1 sin
④ 微差压差计
p2
p1
ρc
ρA
R
微差压差计
扩张室直径 U形管直径 10
管道中心的流速最大，离管中心距离越远，流 速越小，而在紧靠管壁处，流速为零。
通常所说的流速是指管道整个截面上的平均流速 ，以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值来 表示：
u = qV/A
A —— 与流体流动方向相垂直的管道截面积，m2
质量流速的定义是单位时间内流体流经管路单
位截面积的质量，以G表示，单位为 kg·s-1·m-2，表
ρn—液体混合物中各纯组分液体的密度，kg·m-3； xmn—液体混合物中各组分液体的质量分数。 对于气体混合物:
ρm—气体混合物平均密度，kg·m-3； Mm—气体混合物的平均摩尔质量
比体积 单位质量流体所具有的体积称为流体的比体积，
以υ表示，它与流体的密度互为倒数:
υ=1/ρ υ一流体的比体积，m3·kg-1； ρ—流体的密度，kg·m-3。
重力场中的压力分布
⑤ 静力学方程的几种不同形式
p1 gZ1 p2 gZ 2
Pa
p1
z1g
p2
z2g
J / kg
p1
g
z1
p2
g
z2
J/N
4.流体静力学基本方程式的应用
4.1 压强的测定
① 测压管和气压计 气压计:
p0 gh
测压管:
表压: p gh
绝压: p gh p0
p=0 h
达式为：
G = qm／A
流速和质量流速两者之间的关系：
G =ρu 工业上用的流速范围大致为：
且 C A (略小)
p1 p2 gR( A C )
⑤ 倒U形管压差计
p1 p2 ( )gR
p1 p2 gR
0
z1
1 p1
1
0 R
z2 2 p2 2
倒U形管压差计
(2) 液封高度
目的： ① 恒定设备内的压力， 防止超压；
② 防止气体外泄； 水封
液封高度计算：
h0
p
g
气
液p
气
压强有两种表达方式。一是以绝对真空为起点 而计量的压强；另一是以大气压强为基准而计量的 压强，当被测容器的压强高于大气压时，所测压强 称为表压，当测容器的压强低于大气压时，所测压 强称为真空度。
两种表达压强间的换 算关系为
表压=绝对压强-大气压强 真空度＝大气压强-绝对压强
流体压强的重要特性: 流体压强处处与它的作用面垂直,并且总是指
水
溢流
h0
0
0
安全液封
p
0
0
h.0
煤气柜
水 气体
习题p54,1, 2
练习
2.2 流体流动的基本规律
物料衡算式：连续性 能量衡算式：伯努利
方程
方程
1．流量和流速
单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，
称为流体的流量。若流体量用体积来计量，称为体
积流量，以符号qv表示，单位为m3·s-1 或m3·h-1 ； 若流体量用质量来计量，则称为质量流量，以符号
2．压强 流体垂直作用于单位面积上的力称为压强：
p= P／A
p—流体的压力，Pa； P—流体垂直作用于面积A上的力，N； A—作用面积，m2。 压力的单位Pa（Pascal，帕），即N·m-2。
常用压力单位与Pa之间的换算关系如下：
1atm=760mmHg=1.01325×105Pa=10.33mH2O= 1.033 kgf·㎝-2
流体体积，m3。
气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力
和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气
体状态方程进行计算： ρ= pM/RT
p—气体绝对压强 kN·m-2或kPa；T—气体温度 K；M—气
体摩尔质量 kg·mol-1；R—气体常数，8.314 J·mo1-1·K-1。
化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组 分的混合物。对于液体混合物，各组分的浓度常用 质量分数表示。
向流体的作用面
流体中任一点压强的大小与所选定的作用面 在空间的方位无关
3．流体静力学基本方程式 流体处于静止状态下所受的压力和重力的平衡关系
受力分析（图2-2）
或
z1g
p1 ρ
z2g
p2 ρ
关于静力学方程的讨论
① 等压面
z1g
p1 ρ
z2g
p2 ρ
定义: 静止、连续的均质流体，处于同一水平面上的各点压强相等