化工原理第一章讲稿概论

2020/11/16
换算关系为： 1atm 1.033kgf / cm2 760mmHg 10.33mH2O 1.0133bar 1.0133105 Pa
1工程大气压 1kgf / cm2 735.6mmHg 10mH2O 0.9807bar 9.807 104 Pa
2、压强的表示方法
例如：标况下的空气，
0
M 22.4
29 22.4
1.29kg
/
m3
操作条件下（T, P）下的密度：
0
p p0
T0 T
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由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度
PV nRT m nM PVM PM
V V RTV RT
4.混合物的密度
1）液体混合物的密度ρm
取1kg液体，令液体混合物中各组分的质量分率分别为:
压强P仅与垂直距离h有关，即： P h
处于同一水平面上各点的压强相等。
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3）当液面上方的压强改变时，液体内部的压强也随之 改变，即：液面上所受的压强能以同样大小传递到 液体内部的任一点。
4）从流体静力学的推导可以看出,它们只能用于静止的
连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一
密度 1 800kg / m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。
2）计算玻璃管内水的高度h。
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解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
1）绝对压强（绝压）： 流体体系的真实压强称为绝对压强。 2）表压 强（表压）： 压力上读取的压强值称为表压。
表压强=绝对压强-大气压强
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3）真空度： 真空表的读数
真空度=大气压强-绝对压强=-表压
绝对压强、真空度、表压强的关系为
A 表
压
强 大气压强线
真空度
绝 对
B
压
绝对压强
强
绝对零压线
流体的内部则不满足这一关系。
5）P
P0 gh可以改写成
P P0
g
h
压强差的大小可利用一定高度的ห้องสมุดไป่ตู้体柱来表示，这就
是液体压强计的根据，在使用液柱高度来表示压强
或压强差时，需指明何种液体。
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6)方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的 气体，只适用于压强变化不大的情况。
例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,
值，用 d 表示。
d
,
4 C水
4C水 1000kg / m3
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二、流体的静压强
1、压强的定义
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p P A
SI制单位：N/m2，即Pa。 其它常用单位有：
atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高
度（mmH2O，mmHg等）。
xwA、xwB、、xwn ,
其中xwi
mi m总
当m总 1kg时，xwi mi
假设混合后总体积不变，
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V总
xwA
1
xwB
2
xwn
n
m总
m
1 xwA xwB xwn
m 1 2
n
2)气体混合物的密度
——液体混合物密度计算式
取1m3 的气体为基准,令各组分的体积分率为:xvA,xvB,…,xVn,
取下底面在距离液面h处，作用在它上面的压强为P
p2 p p1 p0
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p p0 gh
——流体的静力学方程
表明在重力作用下，静止液体内部压强的变化规律。
2、方程的讨论
1）液体内部压强P是随P0和h的改变而改变的，即：
P f P0 , h
2）当容器液面上方压强P0一定时，静止液体内部的
m 1x1 2x2 ...... n xn
——气体混合物密度计算式 当混合物气体可视为理想气体时,
m
PM m RT
——理想气体混合物密度计算式
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5.与密度相关的几个物理量
1）比容：单位质量的流体所具有的体积，用υ表示，单位
为m3/kg。
在数值上:
1
2）比重(相对密度)：某物质的密度与4℃下的水的密度的比
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一、流体的密度
1. 密度定义
单位体积的流体所具有的质量，ρ; SI单位kg/m3。
m
V
2. 影响ρ的主要因素
f t, p
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液体： f t ——不可压缩性流体
气体： f t, p ——可压缩性流体
3.气体密度的计算
理想气体在标况下的密度为：0
M 22.4
因为小液柱处于静止状态，
F 0
F2 F1 Az1 z1 g 0
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两边同时除A
F2 A
F1 A
gz1
z2
0
p2 p1 gz1 z2 0
p2 p1 gz1 z2
令 z1 z2 h 则得： p2 p1 gh
若取液柱的上底面在液面上，并设液面上方的压强为P0，
其中:
xVi
Vi V总
i =1, 2, …., n
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当V总=1m3时， xVi Vi 由 m 知，
V
混合物中各组分的质量为： 1xVA , 2xVB ,......, n xVn
若混合前后,气体的质量不变，m总 1x1 2x2 ....... nxn mV总
当V总=1m3时,
当用表压或真空度来表示压强时，应分别注明。
如：4×103Pa（真空度）、200KPa（表压）。
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三、流体静力学方程
1、方程的推导
在1-1’截面受到垂直向下的压力 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
F1 p1A
F2 p2 A
W mg Vg Az1 z2 g
第一章:流体流动
• 第一节:流体静止的基本方程 • 第二节:流体在管内的流动 • 第三节:流体流动现象 • 第四节:流体在管内流动阻力 • 第五节:管路计算 • 第六节:流速和流量的测定
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第一章 流体流动
第一节 流体静止的基本方程
一、流体的密度 二、流体的压强 三、流体静力学方程 四、流体静力学方程的应用
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
体，即截面B-B’不是等压面，故 PB PB'不成立。
（2）计算水在玻璃管内的高度h
PA PA'
PA和PA’又分别可用流体静力学方程表示
设大气压为Pa
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PA Pa 油gh1 水 gh2 PA' 水 gh Pa