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最新流体静力学实验报告实验目的：本实验旨在验证流体静力学的基本原理，特别是压力随深度增加而线性增长的规律，并探究不同液体的压强与其密度之间的关系。
实验设备：1. 流体静力学压力传感器2. 测量缸3. 不同密度的液体（如水、酒精、甘油）4. 精密天平5. 计时器6. 数据采集系统实验步骤：1. 准备实验设备，确保所有仪器均处于良好工作状态。
2. 将测量缸放置在稳定的平台上，并确保缸内无气泡。
3. 使用精密天平测量并记录液体的初始质量。
4. 将压力传感器安装在测量缸底部，并连接至数据采集系统。
5. 缓慢注入液体至测量缸中，记录液体的深度和压力传感器读数。
6. 改变液体的种类，重复步骤3至5，确保涵盖不同密度的液体。
7. 收集所有数据，并使用计时器记录实验时间。
实验结果：通过数据采集系统，我们得到了不同深度下液体的压力读数。
数据显示，对于所有液体，压力随深度的增加而线性增长，与流体静力学的预期一致。
此外，液体的密度越大，相同深度下的压力也越大。
实验分析：实验结果验证了流体静力学的基本方程P = ρgh，其中P代表压强，ρ代表液体密度，g代表重力加速度，h代表深度。
实验数据的线性关系表明，液体的压强确实与深度成正比，与液体的种类无关。
通过对比不同密度液体的压力数据，我们可以进一步理解液体密度对压强的影响。
结论：本次实验成功地验证了流体静力学的基本原理，即液体的压力随深度线性增加，并且液体的密度越大，压强也越大。
这些发现对于理解液体行为和设计相关工程应用具有重要意义。
未来的工作可以包括探究温度变化对液体压强的影响，以及非牛顿流体在不同条件下的行为。
第一章流体流动一、流体静力学：压强，密度，静力学方程二、流体基本方程：流速流量，连续性方程，伯努利方程三、流体流动现象：牛顿粘性定律，雷诺数，速度分布四、摩擦阻力损失：直管，局部，总阻力，当量直径五、流量的测定：测速管，孔板流量计，文丘里流量计六、离心泵：概述，特性曲线，气蚀现象和安装高度8■绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。
■表压/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1.1流体静力学1.流体压力/压强表示方法绝对压力绝对压力绝对真空表压真空度1p 2p 大气压标准大气压：1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O112.流体的密度Vm =ρ①单组分密度),(T p f =ρ■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。
■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注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度下之值，若条件不同，则需进行换算。
②混合物的密度■ 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有nn 2111m φρφρφρρ+++= RTpM m m=ρnn 2211m y M y M y M M +++= ■混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有nmn12121w w w ρρρρ=+++①表达式—重力场中对液柱进行受力分析：液柱处于静止时，上述三力的合力为零:■下端面所受总压力 A p P 22=方向向上■上端面所受总压力 A p P 11=方向向下■液柱的重力)(21z z gA G -=ρ方向向下p 0p 2p 1z 1z 2G3.流体静力学基本方程式g z p g z p 2211+=+ρρ能量形式)(2112z z g p p -+=ρ压力形式②讨论：■适用范围：适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；■物理意义：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。
第一章流体流动1-0 概述一学习本章的意义：1．流体存在的广泛性。
在化工厂中，管道和设备中绝大多数物质都是流体（包括气体、液体或气液混合物）。
只是到最后，有些产品才是固体。
2 ．通过研究流体流动规律，可以正确设计管路和合理选择泵、压缩机、风机等流体输送设备，并且计算其所需的功率。
3 ．流体流动是化工原理各种单元操作的基础，对强化传热、传质具有重要的实践意义。
因为热量传递，质量传递，以及化学反应都在流动状态下进行，与流体流动密切相关。
所以大家要认真学习这一章，充分打好基础。
二流体流动的研究范畴1 流体定义：具有流动性的液体和气体统称为流体。
2 连续性介质假定：流体是由大量的单个分子组成，而每个分子之间彼此有一定的间隙，它们将随时都在作无规则随机的运动。
所以，若把流体分子作为研究对象，则流体将是一种不连续介质，这将使研究非常困难。
好在在化工生产过程中，我们对流体流动规律的研究感兴趣的并非是单个分子的微观运动，而是流体宏观的机械运动。
所以我们不取单个分子作为考察对象，而取比分子平均自由程大得多，比设备尺寸小得多的这样一个流体质点作为最小考察对象，质点是由大量分子组成的微团，它可以代表流体的性质。
流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空隙，而是充满所占空间的连续介质，从而可以使用连续函数的数学工具对流体的性质加以描述。
提高：连续性介质假定如图1所示，考虑一个微元体积内流体平均密度的变化情况：取包含P（x，y，z）点在内的微元体积⊿V，其中包含流体的质量为⊿m，则微元流体的平均密度为⊿m/⊿V，微元流体的平均密度随体积的变化如图2所示。
当微元体积⊿V从非常小逐渐增大，趋向一个特定的微元体积V时，流体的平均密度逐渐趋向一个极限值，且不再随微元体积的继续增大而发生变化。
当微元体积⊿V比δV小时，这时微元体积内所包含的流体分子数目是那样少，以致流体分子由于其无规则的热运动，进入或离开微元体积的流体分子数目已足以引起该微元体积内流体平均密度的随机波动。
1-1流体静力学第一章：流体流动本章符号说明英文字母：a－加速度，m/s2；或质量分率；A－截面积，m2；d,de－分别为圆管直径及非圆管的当量直径，m；e－涡流粘度，Pa.S；E－1Kg流体具有的总机械能，J/Kg；F－流体的内摩擦力，N；g－重力加速度，m/s2；G－质量速度，Kg/( m2.S)；h－高度，m；hf－1Kg流体流动时为克服摩擦阻力而损失的能量，简称能量损失，J/Kg；h f’－局部能量损失，J/Kg；l,le－分别为直管的长度及管件的当量长度，m；m－质量，Kg；M－摩尔质量，Kg/Kmol；N－输送设备的轴功率，Kw；Ne－输送设备的有效功率，Kw；p－压强，Pa；ㅿp f－因克服流动阻力而引起的压强降，Pa；P－压强，N；r－半径，m；r H－水力半径，m；R－液柱压差计读数，m；或气体滞数，J/(Kmol.K)；Re－雷诺准数，无因次；S－两流体层间的接触面积，m2；T－热力学温度，K；u－速度，m/s；u max－流动截面上的最大速度，m/s；U－1 Kg流体的内能，J/Kg；v－比容，m3/Kg；V－体积，m3；Vs－体积流量，m3/s；w s－质量流量，Kg/s；We－1Kg流体通过输送设备所获得的能量，或输送设备y－气体的摩尔分率；对1Kg流体所作的有效功J/Kg；z－高度，m；希腊字母：µ－粘度，Pa.S; Ø－气体的体积分率；ε－绝对粗糙度，m或m ξ－阻力系数；η－效率；ν－运动粘度，m2/s或cSt；ρ－密度，Kg/ m3；τ－内摩擦应力，Pa；下标：1.2－截面序号；f－摩擦力的；s－秒的；m－平均。
基本要求:了解流体流动的基本规律，要求熟练掌握流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用，并在此基础上解决流体输送的管路计算问题。
1、1、掌握的内容（1）（1）流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据的求取；（2）（2）压强的定义、表示法及单位换算；（3）（3）流体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用；（4）（4）流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算；（5）（5）流体在管内流动时流动阻力（直管阻力和局部阻力）的计算；（6）（6）正确使用各种数据图表。
2、2、了解的内容（1）（1）流体的连续性和压缩性、定态流动与非定态流动；（2）（2）层流与湍流的特征；（3）（3）管内流体速度分布；（4）（4）牛顿粘性定律；（5）（5）层流内层的概念；（6）（6）简单管路计算。
流体是气体与液体的总称。
流体流动是最普遍的化工单元操作之一，同时研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。
1．连续介质假定从微观讲，流体是由大量的彼此之间有一定间隙的单个分子所组成，而且分子总是处于随机运动状态。
但工程上，在研究流体流动时，常摆脱复杂的分子运动和分子间相互作用，从宏观角度出发，将流体视为由无数流体质点（或微团）组成的连续介质。
所谓质点是指由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备尺寸，但却远大于分子自由程。
这些质点在流体内部紧紧相连，彼此间没有间隙，即流体充满所占空间，为连续介质。
把流体模化为连续介质，并非符合所有的情况，如高真空度下的气体就是例外。
2．流体主要特征具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。
3．流体种类如果流体的体积不随压强变化而变化，受热时体积膨胀不显著，该流体称为不可压缩性流体；若体积随压强和温度发生显著变化，则称为可压缩性流体。
一般液体的体积随压强和温度变化很小，可视为不可压缩性流体；而对于气体，当压强和温度变化时，体积会有较大的变化，常视为可压缩性流体，但如果压强和温度的变化率不大时，该气体也可近似地按不可压缩性流体处理。
1－1 流体静力学本节重点：流体静力学基本方程式及其应用。
难点：U 形压差计的测量。
1.1.1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度，表达式为V m =ρ（1-1）式中 ρ——流体的密度，kg/m 3； m ——流体的质量，kg ； V ——流体的体积，m 3。
对一定的流体，其密度是压强和温度的函数，即 ),(T p f =ρ一．液体密度 通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化（极高压强除外），其变化关系可由手册中查得。
在工程计算中，常将液体密度视为常数。
二．气体密度 对于气体，当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算RT pM =ρ 或 T p pT 00ρρ=（1-2）式中 p ——气体的绝对压强，Pa ； M ——气体的摩尔质量，kg/mol ； T ——绝对温度，K ；R ——气体常数，其值为8.314 J/（mol ·K ）。
下标0表示由手册中查得的条件。
一般在手册中查得的气体密度都是在一定压强与温度下的，若条件不同，则密度需进行换算。
化工生产中遇到的流体，大多为几种组分构成的混合物，而通常手册中查得的是纯组分的密度，混合物的平均密度ρm 可以通过纯组分的密度进行计算。
三．液体混合物的密度 对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。
假设各组分在混合前后其体积不变，以1kg 混合液为基准，则有n nma a a ρρρρ+++=...12211（1-3）式中 n a a a ...,21——液体混合物中各组分的质量分率； n ρρρ...,21——各纯组分的密度，kg/m 3。
四．气体混合物的密度 对于气体混合物，其组成通常用体积分率表示。
现以1m 3混合气体为基准，若各组分在混合前后质量不变，以1Kg 混合液为基准，混合液的平均密度可近似用下式计算：n n m φρφρφρρ+++= (2111)（1-4）式中 n φφφ...,21——气体混合物中各组分的体积分率。
气体混合物的平均密度m ρ也可利用式（1-2）计算，但式中的摩尔质量M 应用混合气体的平均摩尔质量M m 代替，即RT pM mm =ρ （1-5）而 n n m y M y M y M M +++= (2211)（1-6）式中 n M M M ...,21——各纯组分的摩尔质量，kg/Kmol ； n y y y ...,21——气体混合物中各组分的摩尔分率。
对于理想气体，其摩尔分率y 与体积分率φ相同。
比容 单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m 3/kg 。
ρ1==m V v［例题1－1］：已知某工厂炼焦煤气的组成为：CO 2 1.8%,C 2H 4 2%,O 2 0.7%,CO 6.5%,CH 4 24%,N 2 7%,H 2 58%(均为体积率)。
求该煤气在1.04×105Pa 及250C 时的密度。
分析：本题可用两种方法求算。
解法一：先求出该煤气在标准状态下的平均密度ρ0m ，再换算为题给条件下的平均密度ρm 。
解法二：当气体压强不太高、温度不太低时，可按理想气体处理。
此时，其摩尔分率＝压强分率＝体积分率，从而可求出该煤气的平均摩尔质量M m ，由M m 再求出ρm 。
解法一：由手册查出在标准状态下，个组分气体的密度分别为：ρ0 CO 2=1.976 kg /m 3, ρ0 C 2H 4＝1.261 kg/m 3, ρ0 O 2＝1.429kg/m 3，ρ0 CO ＝1.250 kg/m 3，ρ0 CH 4＝0.717 kg /m 3，ρ0 H 2＝0.0899 kg/m 3，ρ0 N 2＝1.251 kg/m 3， 于是可求得该煤气在标准状态下平均密度ρ0m 。
ρ0m ＝1.976×1.8％+1.261×2％+1.429×0.7％+1.250×6.5％+0.717×24％+0.0899×58％+1.251×7％＝0.464 kg/m 3。
再可求得在题给条件下的平均密度：ρm ＝T p pT m000 ρ＝0.464×1.04×105/1.0133×105×273/（273+25）＝0.436kg/m 3。
解法二：对于混合气体，当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体处理，其摩尔分率＝体积分率。
据此条件可求出该煤气的M m ，进一步可求得ρm 。
M m ＝44×1.8％+28×2％+32×0.7％+28×6.5％+16×24％+2×58％+28×7％＝10.356 kg/kmol 。
而RT pM mm =ρ＝1.04×105×10.356/〔8.314×103×（273+25）〕＝0.435 kg/m 3。
两种解法的结果是一致的。
［例题1－2］：计算在20℃时，70％（质量％）的醋酸水溶液的平均密度。
解：查出20℃时。
ρ醋酸＝1049 kg/m 3，ρ水＝998 kg/m 3，可计算在20℃时醋酸水溶液的平均密度为：ρm ＝()22111ρρa a +＝1/〔0.70/1049+（1-0.70）/998〕＝1/0.0009679＝1033Kg/m 3。
1.1.2 压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上又称为压强。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压强在数值上均相同。
一．压强的单位 在SI 单位中，压强的单位是N/m 2，称为帕斯卡，以Pa 表示。
此外，压强的大小也间接地以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
若流体的密度为ρ，则液柱高度h 与压强p 的关系为gh p ρ= （1-7）注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的种类，如600mmHg ，10mH 2O 等。
标准大气压有如下换算关系：1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O二．压强的表示方法 压强的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空；另一是大气压强。
基准不同，表示方法也不同。
以绝对真空为基准测得的压强称为绝对压强，是流体的真实压强；以大气压为基准测得的压强称为表压或真空度。
表压= 绝对压强 - 当地外界大气压强 真空度 =当地外界大气压强－绝对压强 绝对压强与表压、真空度的关系如图1-1所示。
一般为避免混淆，通常对表压、真空度等加以标注，如2000Pa （表压），10mmHg （真空度）等，还应指明当地大气压强。
［例题1－3］：某水泵进口管处真空表的读数为8.67×104Pa ，出口管处压强表的读数为2.45×105 Pa 。
求该水泵前后水的绝压差。
解：水泵进口管处p 进＝8.67×104Pa （真空度） 出口管处p 出＝2.45×105 Pa （表压强）绝对压差∆p ＝p 出－p 进＝（p 大+p 表）-（p 大-p 真）= p 表+ p 真＝8.67×104+2.45×105＝3.32×105KPa 。
