有效流体静压
《流体力学》第二章流体静力学
p z C g
pa 4 3 真空 1
p2 g
p=0
z1
z3
2
z=0
p 为压强水头 g
z 为位置水头
2.3 重力场中的平衡流体 重要结论
p p0 gh
(1) 在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性 规律变化，即随深度的增加，静压强值成正比增大。 (2)在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成： 一部分是自由液面上的压强P0；另一部分是该点到自由 液面的单位面积上的液柱重量ρgh。 (3)在静止液体中，位于同一深度(h＝常数)的各点的静 压强相等，即任一水平面都是等压面。
2.2 流体平衡微分方程 一、欧拉平衡方程
p dx 1 p dx 1 p dx p 2 3 x 2 2 x 2 6 x 2
2 3
2
3
p dx 1 p dx 1 p dx p 2 3 x 2 2 x 2 6 x 2
dA dA n
dF pdAn
F pdAn
A
流体静压力：作用在某一面积上的总压力； （矢量） 流体静压强：作用在某一面积上的平均压强或某一点的 （标量） 没有方向性 压强。
2.1 平衡流体上的作用力 证明：
z A
pn px
微元四面体受力分析
py
dx C x
dz O dy B y
y
p x p y p z pn
C x
pz
f
↑
z
表 面 力 质 量 力
1 d yd z 2 1 Py p y d zd x 2 1 P p d yd x z z 2 P n pn d A P x px
流体流动-流体静压强
一、本课程的性质与任务
* 性质: 是工程学科的一门基础技术课程 **任务: 论述化工单元操作中,流体流动与热量 传递的基本原理、工程计算、典型设备的选型与 设计
二、本课程的研究对象和研究方法
*研究对象--化学工业生产过程的单元操作 **研究方法--1、物料衡算
2、能量衡算 3、平衡关系 4、过程速率
单元操作的应用及特点
❖若干个单元操作串联起来组成一个工艺过程。 ❖均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质， 不改变其化学性质。 ❖同一化工过程中可能会包含多个相同的的单元操作。
❖单元操作用于不同的生产过程其基本原理相同，进 行该操作的设备也可以通用。
单元操作与实际生产过程
奶粉生产工艺流程
原料乳验收
n
5
则
p P hAg hg
AA
h p
g
结论：当P一定时，可用某流体柱的高度表示压强的大小。 （3）压强的表示方法 ① 绝对压强（简称绝压）：流体的真实压强。 它是以绝对真空为基准测得的流体压强。 ② 表压强（简称表压） ：它是流体的真实压强与外界大气压强的差值。
测压仪表上读取的压强值。它是以当地大气压强为基准测得的流体压强值。即用压力 表测得比大气压高出的数值。
n （2）作用在液柱下端面上的总压力 P2
n
P2= p2 A (N)
n （3）作用于整个液柱的重力G
n
G =gA(Z1-Z2) (N)
n 由于液柱处于静止状态，在垂直方向上的三个作用力的合力为零，
n 即 ： p1 A+ gA(Z1 -Z2) -–p2 A = 0 n 令： h= (Z1 -Z2)
p n 用符号
表示压强，A 表示面积F， 为流体垂直作用与面积上的力。
流体力学重要公式
流体流动流体特性→流体静力学→流体动力学→流体的管内流动gΔZ+Δu2/2+Δp/ρ=W e-∑h f静压能：p/ρ，J/kg静压头：p/(ρg)，m流体密度：ρ，kg/m3 ,不可压缩流体与可压缩流体压强差：Δp，Pa, mmHg,表压强，绝对压强，大气压强，真空度流体静力学基本方程：gΔz+Δp/ρ=0或p1/ρ+gZ1=p1/ρ+gZ1或p=p A+hρg应用：U型压差计gΔZ+Δu2/2+Δp/ρ=W e-∑h f位能：gZ，J/kg位头：Z，m截面的选择基准面的选定gΔz+Δu2/2+Δp/ρ=W e-∑h f动能：u2/2，J/kg动压头(速度头)：u2/(2g)，m流速：u, m/s当两截面积相差很大时，大截面上(贮液槽)u≈0流体在圆管内连续定态流动：u2=u1(d1/d2)2体积流速：q v, m3/s q v=uA质量流速：q m, kg/s q m=q vρ=uAρ流速测定：变压差(定截面)流量计：测速管/孔板/文丘里u=C(2Δp/ρ)1/2=C[2R(ρA-ρ)g/ρ]1/2孔板C=0.6-0.7；测速管/文丘里C=0.98-1.0变截面(定压差)流量计：转子流量计gΔZ+Δu2/2+Δp/ρ=W e-∑h f管路总阻力：∑h f=h f+h f’，J/kg；总压头损失：H f=∑h f/g，m对静止流体或理想流体：∑h f=0直管阻力：h f=λ.L/d.u2/2局部阻力：h f’=ζu2/2 (阻力系数法)或h f’=λ.L e /d.u2/2 (当量长度法)(进口：ζ=0.5；出口：ζ=1)雷诺准数：Re=duρ/μ, 流型判断管内层流：Re≤2000ur=Δp f/(4μL).(R2-r2), u=u max/2；λ=64/Re管内湍流：Re>2000λ=0.3164/Re0.25 (光滑管)λ=f(Re,ε/d)(粗糙管)牛顿黏性定律：τ=μ(du/dy)当量直径：d e=4流通面积/润湿周边长度gΔZ+Δu2/2+Δp/ρ=W e-∑h f有效功(净功)：W e，J/kg；有效压头：H e=W e/g，m有效功率：P e=W e q m,W功率：P=P e/η非均相混合物分离及固体流态化非均相混合物(颗粒相+连续相)→相对运动(沉降/过滤)→分离颗粒相+连续相→固体流态化→混合沉降沉降(球形颗粒)：连续相：气体/液体颗粒受力：（重力/离心）场力-浮力-阻力=ma沉降速率重力沉降离心沉降ζ=f(Re t,υs)，Re t=du tρ/μ<10-4-1(层流区),ζ=24/ Ret离心分离因数沉降设备设计沉降条件：θ≥θt重力沉降：降尘室离心沉降：旋风分离器生产能力qv=blu t q v=hBu i(q v与高度无关)n层沉降室q v=(n+1)blu t过滤（滤饼过滤）恒压滤饼过滤(忽略过滤介质阻力)K过滤常数：K=2k(Δp)1-s, m2/s；*K取决于物料特性与过滤压差;单位过滤面积所得的滤液体积q=V/A，m3/m2；单位过滤面积所得的当量滤液体积q e=V e/A，m3/m2；s-滤饼的压缩性指数每得1m3滤液时的滤饼体积υ(1m3滤饼/1m3滤液)体积为V W的洗水所需时间θW = V W/(dV/dθ)W过滤机的生产能力(单位时间获得的滤液体积)间歇式连续式Q=V/T=V/(θ+θW+θD)若V e可忽略转筒表面浸没度ψ=浸没角度/3600转筒转速为n-- r/min，过滤时间θ=60 ψ/n传热传热方式及定律热传导：傅立叶定律对流：牛顿冷却定律辐射；斯蒂芬-波耳兹曼定律：E b=σ0T4=C0(T/100)4传热基本方程Q=KS△t m换热器的热负荷用热焓用等压比热容用潜热两平行灰体板间的辐射传热速度Q1-2Q1-2=C1-2S[(T1/100)4-(T2/100)4对流和辐射联合传热总散热速率：Q=Q c+Q R=αTS w(t w-t b)αT=αc+αR恒温传热△t m=T-t变温传热：平均温差*逆流和并流错流和折流温差校正系数=f(P,R)传热单元数法计算确定C min→NTU,C R→ε→由冷热流体进口温度和ε→冷热出口温度传热表面积S=Q/(K△t m)热传导和对流联合传热总传热系数R so,R si垢阻；壁阻对流传热系数αi,αo流体有相变时的对流传热系数层流膜状冷凝时：努塞尔特方程湍流液膜冷凝时：水平管外液膜冷凝时：液体沸腾传热系数：罗森奥公式：α=(Q/S)/Δt蒸发蒸发器的热负荷Q，kJ/hQ=D(H-h c)=WH’+(F-W)h1-Fh c+Q L冷凝水在饱和温度下排出Q=Dr=WH’+(F-W)h1-Fh0+Q L溶液稀释热可忽略D=[Wr’ +Fc0(t1–t0)+Q L]/rr’=(H’-c W t1)近似可作为水在沸点t1的汽化热。
静压箱原理
静压箱是一种利用流体静压原理来实现高压的装置。
其原理基于帕斯卡定律，即在静止的不可压缩流体中，压力沿着全部方向均匀传递。
以下是静压箱的基本原理：
1. 原理概述：静压箱由一个密封的容器和用于注入流体的进口管道组成。
当流体被注入容器时，由于流体的不可压缩性质，压力将均匀地传递到容器内的所有部分，使得容器内的压力增加。
2. 流体特性：为实现静压效果，通常使用液体作为流体介质，如水或油。
这是因为液体相对于气体更难被压缩，能够提供更稳定和均匀的压力。
3. 增加压力方法：通过使用外部的泵或压缩机，将流体从进口管道注入静压箱中。
随着流体的注入，容器内的压力逐渐增加，直到达到所需的工作压力。
4. 压力传递：根据帕斯卡定律，容器中的压力将沿着各个方向均匀传递。
这意味着容器内的任何一个点都会受到相同大小的压力作用。
5. 压力稳定性：静压箱具有良好的压力稳定性，即使在外部受力变化的情况下，容器内的压力也能维持在一定范围内。
这使得静压箱广泛应用于需要高精度和稳定压力的领域，如实验室设备、精密加工、液压系统等。
需要注意的是，静压箱原理中的压力限制取决于容器的强度和流体介质的性质。
在使用静压箱时，必须确保容器能够承受所需的工作压力，并且选择合适的流体介质以确保压力的稳定传递。
第二章 流体静力学
σ = lim
A→ 0
Fn A
τ = lim
A→0
Fτ A
3
第一节 作用在流体上的力
质量力是流体质点受某种力场的作用力, 二, 质量力 质量力是流体质点受某种力场的作用力,它 的大小与流体的质量成正比.单位牛顿( ). 的大小与流体的质量成正比.单位牛顿(N). 单位质量力:单位质量流体所受到的质量力. 单位质量力:单位质量流体所受到的质量力.
10
第三节 流体的平衡微分方程式
平衡方程为
ρY
p ρY d x d y d z dxdydz = 0 y
p =0 y
或
z
p
1 p Y =0 ρ y
dz dx dy
p+
p dy y
同理有
o
1 p X =0 ρ x
y
和
Z 1 p =0 ρ z
x
11
第三节 流体的平衡微分方程式
×dx
×dy
×dz
X
1 Y ρ dxdydz 6
1 Z ρ dxdydz 6
对于x轴,∑Fx=0,则 对于 轴 ,
1 1 p x dydz p n An cos( n, x) + Xρ dxdydz = 0 2 6
7
第二节 流体的静压力及其特性
1 1 p x dydz p n An cos( n, x) + Xρ dxdydz = 0 2 6 1 An cos(n, x) = dydz 2
5
n Pn
§2—1 流体静压强及其特性 1
静止流体中一点的应力
n
p n ( x, y , z ) = p n ( x, y , z ) n
Pn
动压和静压的理解
动压和静压的理解
动压和静压是流体力学中非常重要的两个概念，它们在航空、航天、
水利水电等领域中都有着广泛的应用。
动压和静压是指在流体中运动
的物体分别感受到的压力。
静压是指在静止的流体中，物体所受到的压力。
当一个物体静止不动时，周围的流体分子由于重力和气体分子间的碰撞等因素，会在物体
表面形成一层正压力，这就是静压。
静压通常用于液压和气压的测量，例如伏安计、压力变送器和气动制动器等。
而动压则是指当一个物体在流体中运动时，所受到的压力。
当一个物
体在流体中运动时，周围的流体分子在物体前进的方向上会被压缩并
加速，而在物体背面则会受到拉伸减速的作用。
由于牛顿第三定律的
作用，物体向前推动流体后，后面的流体就要向前给予物体一个反作
用力，这个反作用力就是动压。
通常，动压在飞行器和火箭等领域中
有着重要的应用。
在实际应用中，需要注意到动压和静压的量纲不同：静压是压力，量
纲为N/m^2或Pascal，而动压则是速度的平方除以2，量纲为
(m/s)^2/2，因此在进行相应的计算时需要注意单位的换算。
总的来说，动压和静压在流体力学中是两个基本的概念，它们为工程应用提供了理论依据和重要参考数据。
掌握动压和静压的理解，有助于我们更好地理解流体力学的相关领域，并在实际应用中增加工程师的设计思路和计算能力。
设施农业设计基础第二节 流体力学基础
恒定流(Steady Flow)
u u( x , y , z ) p p( x , y , z )
或
0 t
流体中各点的流速、 压强和其他作用力 均不随时间变化， 这称为恒定流动。
非恒定流(Unsteady Flow)
u u( x , y , z , t ) p p( x , y , z , t )
测压管：是以液柱高度为表征测量点压强 的连通管。一端与被测点容器壁的孔口相 连，另一端直接和大气相通的直管。 适用范围：测压管适用于测量较小的压强， 但不适合测真空。
注意：
1.由于各种液体重度不同，所以仅标明高度尺寸不能 代表压力的大小，还必须同时注明是何种液体的液柱 高度才行。 2.测压管只适用于测量较小的压力，一般不超过 10kPa。如果被测压力较高，则需要加长测压管的长 度，使用就很不方便。
消去 dA ，并由于△Ɩ G·cos =△h ，整理得压强关系 式： p p h 或 p h 或 p p + h
2 1 2 1
倾斜微小圆柱体的端面是任意选取的。因此，该关系式普遍适用。 即静止液体中任两点的压强差等于两点间的深度差乘以容重。
流体静力学基本方程式
气体压强计算
以上规律，对不可压缩气体也仍然适用。 p p0 + h
由于气体容重很小，在高差不大的情况下，气柱产生的压强 值很小，可以忽的压强的影响，则流体静力学基本方程式可 以简化为：
p p0
表示空间各点气体压强相等．例如认为液体容器，测压管、 锅炉等上部的气体空间各点的压强也是相等的。
微小圆柱体断面积dA极小，断面上各点压强 的变化可以忽略不计，可以认为断面各点压 强相等,设圆柱上端面的压强p1,下端面的压 强 p2 ，端面压力为 P1 ＝ p1dA ， P2 ＝ p2dA ， 重力G=γ△ƖdA，代入上式，得:
病生-水肿(2.28)
门静脉回流受阻↑ 门静脉内压力↑ 肠系膜毛细血管血压↑
腹腔积液
肝硬化 肠淤血水肿 蛋白消化吸收↓ 肝功障碍 蛋白浓度↓
血浆胶渗压↓ 组织液生成↑
肝硬化
水肿、腹水
有效循环血量↓
肝功障碍
醛固酮、ADH灭活↓
GFR↓
醛固酮、ADH↑
钠水潴留
肾小管重吸收↑
组织液生成↑
肝性水肿的发生机制
肝硬化
肝静脉 回流受阻 门静脉 回流受阻 门静脉内 压力↑ 胃肠道淤血 肝功能障碍 醛固酮与ADH 水肿、腹水 灭活↓ 有效循环 血量↓ 醛固酮 与ADH↑ 肾小球 Na+重吸收↑ 滤过率↓
组织液形成↑
平均BP＞ 23mmHg 流体静压 –2mmHg
胶渗压 28mmHg 胶渗压 5mmHg
有效流体静压＞25mmHg 有效胶渗压 23mmHg
平均实际滤过压＞ 2mmHg
超滤液生成↑
2、血浆胶体渗透压降低
主要为血浆白蛋白含量减少
（1）蛋白摄入不足 （2）蛋白吸收障碍 （3）蛋白合成障碍 （4）蛋白丢失过多 （5）蛋白分解增强 （6）血液被稀释
Thanks
3、全身性水肿的分布特点
（1）重力因素 （2）组织结构因素 （3）局部血液动力学因素
二、水肿对机体的影响
effects of edema on the body
有利
（1）循环系统的安全阀 （2）防止细菌、毒素扩散 （3）部分水肿液起营养液作用
不利
（1）影响细胞代谢 （2）影响器官功能
临床常见水肿 的发生机制
尿液的生成首先取决于肾小球的正常滤过
肾血 流量 肾 小 球 有 效 滤 过 压
肾 小 球 滤 过 膜 通 透 性
家兔试验性肺水肿
准确称取固定位置肺组织的湿重，并记录；置烤箱 80°C连续烘烤72 h后，再用称湿重的同一电子太平 称取干重，计算湿重/干重的重量比（W/D）。
PE组肺组织湿干重比显著高于Sham组
实验拓展
3.肺通透性指数
制备支气管肺泡灌洗液：使用10 ml无菌注射器抽取6ml 生理盐水，针尖插入左肺主干气管并结扎，将生理盐水 缓慢注入右肺内，再倒置，留取支气管肺泡灌洗液 （BLAF），放入标识好的EP管中在恒温高速离心机中 离心（4°C，3000转速，5 min）后-80°C冰箱保存。
步骤与方法
2.手术（备皮，在颈部正中做长6cm的纵切口。）
步骤与方法
2.手术（钝性分离气管和一侧的颈浅静脉并分别插管。）
步骤与方法
3. 观察呼吸、心率、中心静脉压的变化，听诊呼吸音。
步骤与方法
4. 输入生理盐水100ml/kg.bw，速度150~180滴/分。 输液瓶中加入肾上腺素以0.5mg/kg，继续滴注。 密切观察各指标变化。
应用BCA方法检测总蛋白浓度。
应用全自动生化分析仪检测血浆总蛋白浓度。
计算肺通透性指数：BLAF总蛋白浓度/血浆总蛋白浓度。
PE组家兔肺通透性指数显著高于Sham组。
注意事项
1. 不能使用实验前有肺水肿指征（罗音、喘息、气 促） 的动物，否则会影响实验结果。
2. 控制好输液速度和输液量，过慢时实验组和对照 组 均不发生肺水肿，而过快时对照组也会发生肺水肿。
过多的液体积聚于组织间隙或体腔。
水肿机制
1.血管内外液体交换失衡 （组织液生成增多或淋巴回流受阻） 2.体内外液体交换失衡 （摄入大于排出，钠、水潴留）
血管内外液体交换示意图
小动脉
第二章 流体静力学
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证明第一个特性
流体在静止时不能承受任何拉力和切应力。
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证明第二个特性
（1）表面力
1 dPx = px dAx = px dydz 2 1 dPy = p y dAy = p y dxdz 2 1 dPz = pz dAz = pz dxdy 2
dPn = pn dAn
从上面定义可知：绝对压强的数值只可能为正，而 相对压强的数值则可正可负。
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以毫无—点气体存在的绝对真空为零点 起算的压强，称为绝对压强。（如图）以P′ 表示。当问题涉及流体本身的性质，例如采 用气体状态力程进行计算时，必须采用绝对 压强。 当地同高程的大气压强Pa为零点起算的 压强。则称为相对压强，以P表示 上一页 下一页 返回
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压力中心D到B的距离:
一、液体静压强的基本方程式
研究倾斜微小圆柱体在质量力和表面 力共同作用下的轴向平衡问题。 轴向平衡：
P2 − P1 − G • cos α = 0
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一、液体静压强的基本方程式
轴向平衡：
P2 − P1 − G • cos α = 0
p 2 dA − p1dA − γ • ∇ldA cos a = 0
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1 ∑ Fx = px dAx − pn dAn cos(n, x) + X ρ dxdydz = 0 6
1 1 1 px dydz − pn dydz + X ρ dxdydz = 0 2 2 6
将
1 dAn cos(n, x) = dAx = dydz 2
代入上式，并略去高阶无穷 小量得：
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有效流体静压
流体静压是指在静止状态下，由于流体的重力和压力作用而产生的压力。
流体静压的应用非常广泛，比如在水库、水坝、水泵、飞机、汽车、船舶等领域，都需要用到流体静压技术。
有效流体静压是指在流体静压的基础上，通过一些特殊的工艺或设备，使得流体静压的效果更加显著，从而达到更好的效果。
有效流体静压的应用领域也非常广泛，比如在液压机械、机床、印刷机、注塑机等领域，都需要用到有效流体静压技术。
有效流体静压技术的应用
在液压机械领域，有效流体静压技术被广泛应用于液压缸、液压马达、液压泵等设备中。
在这些设备中，有效流体静压可以提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，有效流体静压还可以提高设备的工作效率和精度，使得设备的质量更加稳定和可靠。
在机床领域，有效流体静压技术被广泛应用于高速机床、精密机床、大型机床等设备中。
在这些设备中，有效流体静压可以提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，有效流体静压还可以提高设备的加工精度和表面质量，使得设备的加工效率更加高效和稳定。
在印刷机领域，有效流体静压技术被广泛应用于胶印机、凹印机、凸印机等设备中。
在这些设备中，有效流体静压可以提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同
时，有效流体静压还可以提高设备的印刷精度和印刷速度，使得设备的印刷效率更加高效和稳定。
在注塑机领域，有效流体静压技术被广泛应用于注塑机的模具、注塑机的液压系统等部分。
在这些部分中，有效流体静压可以提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，有效流体静压还可以提高设备的注塑精度和注塑速度，使得设备的注塑效率更加高效和稳定。
有效流体静压技术的实现
有效流体静压技术的实现需要采用一些特殊的工艺或设备。
下面介绍几种常见的有效流体静压技术。
1. 液体膜静压技术
液体膜静压技术是一种利用液体膜来达到有效流体静压的技术。
液体膜静压技术主要应用于高精度机床、高速机床、精密仪器等领域。
液体膜静压技术的优点是能够提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，液体膜静压技术还可以提高设备的加工精度和表面质量，使得设备的加工效率更加高效和稳定。
2. 液体静压支承技术
液体静压支承技术是一种利用液体静压来达到有效流体静压的
技术。
液体静压支承技术主要应用于高速机床、精密仪器等领域。
液体静压支承技术的优点是能够提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，液体静压支承技术
还可以提高设备的加工精度和表面质量，使得设备的加工效率更加高效和稳定。
3. 液体静压缸技术
液体静压缸技术是一种利用液体静压来达到有效流体静压的技术。
液体静压缸技术主要应用于液压机械、机床等领域。
液体静压缸技术的优点是能够提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，液体静压缸技术还可以提高设备的工作效率和精度，使得设备的质量更加稳定和可靠。
4. 液体静压泵技术
液体静压泵技术是一种利用液体静压来达到有效流体静压的技术。
液体静压泵技术主要应用于液压机械、机床等领域。
液体静压泵技术的优点是能够提高设备的稳定性、减小设备的摩擦、降低设备的噪音、延长设备的使用寿命等。
同时，液体静压泵技术还可以提高设备的工作效率和精度，使得设备的质量更加稳定和可靠。
总之，有效流体静压技术是一种非常重要的技术，在现代工业领域中发挥着越来越重要的作用。
随着科学技术的不断进步，有效流体静压技术将会得到更加广泛的应用和发展。