流体静力学基本方程的物理意义

化工传递Array过程过程性考核试卷（一）一．填空题（每空1分，本大题共41分）1. 流体静力学基本方程的应用包括压力压差的测量、液位的测量和液封高度的计算。

2. 甲地大气压为100 kPa，乙地大气压为80 kPa。

某刚性设备在甲地，其内部的真空度为25 kpa，则其内部的绝对压强为75 kpa；若将其移至乙地，则其内部的表压强为-0.5 mH2O。

3. 流体流动有两种基本形态，即层流和湍流。

判断流体流动形态的无量纲数群为雷诺数，其表达形式为Re=duρ/μ，物理意义为表示流体惯性力与与黏性力比值。

4. 复杂管路分为分支管路和并联管路。

5. 常用的流量计中，孔板流量计和文丘里属于差压流量计；转子流量计属于截面流量计；测速管可测量点速度。

6. 流体在圆形直管内做层流流动，若流量不变，将管径变为原来的两倍，则平均流速变为原来的1/4 ，流动摩擦系数变为原来的2倍，直管阻力损失变为原来的1/16 。

7. 流体在一套管环隙内流动，若外管内径为50 mm，内管外径为25 mm，则其流动当量直径为25 mm．8. 流体在圆形直管内做稳态层流流动，若管截面上平均流速为0.05 m/s ，则最大流速为 1.0 m/s 。

9. 联系各单元操作的两条主线为 传递过程 和 研究工程问题的方法论 。

10. 湍流边界层可以分为 层流底层 、 过渡层 和 湍流主体 ，其中传热、传质阻力主要集中在层流底层 。

11. 随体导数的表达形式为zu y u x u θzy x ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=θD D 。

12. 不可压缩流体连续性方程的一般表达形式为0=•∇u。

13. 量纲分析的基础是 量纲一致性原则 和 π 定理。

14. 在研究流体的运动时，常采用两种观点，即 欧拉 观点和 拉格朗日 观点。

15. 牛顿黏性定律的表达形式为yu xd d μτ-=。

16. 流体质点的运动轨迹称为 迹线；在某一时刻，在流线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向相同 。

流体静力学基本方程一、静止液体中的压强分布规律重力作用下静止流体质量力：X=Y=0，Z=-g代入 Zdz)Ydy (Xdx dp ++=ρ (压强p 的全微分方程)得：dp ＝ρ（-g ）dz ＝-γdz积分得： p=-γz +c即： 常数=+γpz 流体静力学基本方程对1、2两点： γγ2211p z p z +=+结论： 1）仅在重力作用下，静止流体中某一点的静水压强随深度按线性规律增加。

2）自由表面下深度h 相等的各点压强均相等——只有重力作用下的同一连续连通的静止流体的等压面是水平面。

3）推广：已知某点的压强和两点间的深度差，即可求另外一点的压强值。

p 2=p 1+γΔh4）仅在重力作用下，静止流体中某一点的静水压强等于表面压强加上流体的容重与该点淹没深度的乘积。

观看录像: 水静力学 观看动画: 静水力学基本方程演示 >>二、静止液体中的压强计算自由液面处某点坐标为z 0，压强为p 0；液体中任意点的坐标为z ，压强为p ，则：γγ00p z pz +=+∴坐标为z 的任意点的压强 ：p ＝p 0＋γ（z 0－z ） 或 p ＝p 0＋γh三、静止液体中的等压面静止液体中质量力――重力，等压面垂直于质量力，∴静止液体中的等压面必为水平面算一算：1. 如图所示的密闭容器中，液面压强p 0＝9.8kPa ，A 点压强为49kPa ，则B 点压强为39.2kPa ,在液面下的深度为3m 。

四、绝对压强、相对压强和真空度的概念1.绝对压强（absolute pressure ）：是以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为起点基准计量的压强。

一般 p ＝p a +γh2. 相对压强（relative pressure ）：又称“表压强”，是以当时当地大气压强为起点而计算的压强。

可“＋”可“– ”，也可为“0”。

p '＝p-p a3.真空度（Vacuum ）：指某点绝对压强小于一个大气压p a 时，其小于大气压强p a 的数值。

第二讲流体静力学基本方程及其应用【学习要求】1．理解流体静力学方程的意义；2．掌握流体静力学方程的应用。

【预习内容】1．在均质流体中，流体所具有的与其所占有的之比称为。

任何流体的密度都随它的和而变化，但对液体的密度影响很小，可忽略，故常称液体为的流体。

2．流体静压力的两个重要特性分别是：（1）；（2）。

3．1atm = mmHg = Pa = mH2O【学习内容】一、流体静力学基本方程式1．流体静力学基本方程式的形式p2 = p1+ ρ ( z1—z2 )g 或p2 = p1+ hρg流体静力学方程表明：在重力作用下静止液体内部的变化规律。

即在液体内部任一点的流体静压力等于。

2．流体静力学基本方程式的意义流体静力学方程表明：（1）当作用于流体面上方的压强有变化时；（2）当流体面上方的压强一定时，静止流体内部任一点压强的大小与流体本身的和有关，因此在的的同一液体处，处在都相等。

二、流体静力学基本方程式的应用1．流体进压强的测量（1）U形管压差计①U形管压差计由、及管内指示液组成。

②指示液要与被测流体不，不起，其密度要，通常采用的指示液有、、及等。

③U形管压差计可用来测量压强差，也可以用来测量或。

【典型例题】例1用U形管测量管道中1、2两点的压强差。

已知管内流体是水，指示液是密度为1595 kg／m3的CCl4，压差计读数为40cm，求压强差(p1– p2)。

若管道中的流体是密度为2.5kg／m3的气体，指示液仍为CCl4，U形管读数仍为40cm，则管道中1、2两点的压强差是多少Pa？【例2】某蒸汽锅炉用本题附图中串联的汞-水U形管压差计以测量液面上方的蒸气压。

已知汞液面与基准面的垂直距离分别为h1 = 2.3 m，h2 = 1.2 m,h3 = 2.5 m,h4 = 1.4m,两U形管间的连接管内充满了水。

锅炉中水面与基准面的垂直距离h5 = 3.0m，大气压强p a = 99kPa。

试求锅炉上方水蒸汽的压强p0为若干（Pa）？【随堂练习】1．大气压强为750mmHg时，水面下20m深处水的绝对压强为多少Pa？2．水平导管上的两点接一盛有水银的U形管压差计（如图所示），压差计读数为26mmHg。

1、什么是流体？流体的三大特性？流体是一种受任何微小剪切力作用都能连续变形的物质易流动性，可压缩性，黏性2、什么是流体的连续介质假设？将流体视为由无数连续分布的流体质点组成的连续介质。

3、什么是不可压缩流体？不可压缩流体是指密度为常数的流体（不存在，任何实际流体都是可以压缩的）4、体积压缩系数、温度膨胀系数如何定义？流体受到的压强增大，则体积缩小，称为流体的压缩性。

在一定的压强下，随着温度上升，流体的体积膨胀，称为流体的膨胀性。

5、什么是流体的黏性？当流体层间发生相对滑移时产生切向阻力的特性，就是流体的黏性。

6、什么是牛顿内摩擦定律？作用在流层上的切向应力与速度梯度成正比，比例系数为流体的动力黏度7、动力黏度与压强、温度有什么关系？液体温度越高动力黏度越小，气体温度越高动力黏度越大。

普通压强对流体黏度几乎无影响，但在高压作用下，气体液体的黏度均随压强升高而增大。

8、什么是理想流体？理想流体是指黏度为零的流体。

实际流体都是有黏性的。

9、如何计算肥皂泡内的压强？4*表面张力系数/曲率半径。

1、什么是质量力、表面力，二者有何关系？指作用在所研究的流体体积表面上的力，它是由与流体相接触的其它物体（流体或固体）的作用产生的是指作用于流体内部每一流体质点上的力，它的大小与质量成正比。

2、流体静压强有什么特性？特性一：流体静压强的方向总是和作用面相垂直且指向该作用面，即沿着作用面的内法线方向。

特性二：在静止流体内部任意点处的流体静压强在各个方向都是相等的。

处于平衡状态的流体，单位质量流体所受的表面力分量与质量力分量彼此相等。

3、流体静力学基本方程的适用条件和物理意义？适用条件：质量力只有重力，不可压缩流体物理意义：在静止的不可压缩均质重力流体中，任何一点的位势能和压强势能之和为常数，即总静能头保持不变。

4、达朗贝尔原理在静力学中有何应用？附加一个方向与速度方向相反的惯性力5、什么是物体受到的总压力？即作用在平面上的液体总压力为一假想以平面面积为底，以平面形心淹深为高的柱体的液重。

第一节流体静力学基本方程式流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。

在工程实际中，流体的平衡规律应用很广，如流体在设备或管道内压强的变化与测量、液体在贮罐内液位的测量、设备的液封等均以这一规律为依据。

1-1-1 流体的密度一、密度单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度，其表达式为：1-1)式中ρ——流体的密度，kg/m3；m——流体的质量，kg ；3V——流体的体积，m 3。

不同的流体密度不同。

对于一定的流体，密度是压力P 和温度T 的函数。

液体的密度随压力和温度变化很小，在研究流体的流动时，若压力和温度变化不大，可以认为液体的密度为常数。

密度为常数的流体称为不可压缩流体。

流体的密度一般可在物理化学手册或有关资料中查得，本教材附录中也列出某些常见气体和液体的密度值，可供查用。

二、气体的密度气体是可压缩的流体，其密度随压强和温度而变化。

因此气体的密度必须标明其状态，从手册中查得的气体密度往往是某一指定条件下的数值，这就涉及到如何将查得的密度换算为操作条件下的密度。

但是在压强和温度变化很小的情况下，也可以将气体当作不可压缩流体来处理。

对于一定质量的理想气体，其体积、压强和温度之间的变化关系为pVp'V 'T T '将密度的定义式代入并整理得'T'pTp'1-2)式中p——气体的密度压强，Pa；V——气体的体积，m 3；T——气体的绝对温度，K ；上标“ '”表示手册中指定的条件。

一般当压强不太高，温度不太低时，可近似按下式来计算密度。

pMRT或M T0 p T0 p22.4 Tp0 0Tp0 1-3a) (1-3b)式中 p ——气体的绝对压强， kPa 或 kN/m 2；M ——气体的摩尔质量， kg/kmol ； T ——气体的绝对温度， K ；R ——气体常数， 8.314kJ/（kmol ·K ） 下标“ 0”表示标准状态（ T 0=273K ，p 0=101.3kPa ）。