水塔多麽高？泵功率？管道粗细几何？
流体静力学
? 研究在外力作用下，流体处于平衡状态时的规律,是
研究复杂流体运动问题的基础
? 研究内容（三段论）
– 特性参数,
? 密度（自学）
? 粘度（与流体运动相关）
– 分析：静压力特性
– 描述：静压在流体空间的分布规律
– 应用：液柱压差计、液位计、液封装置
流
体
压
强
特
征
? 压强具有点特性；
? Pascal定律：任一点上的压强与方位无关；
? 在连续的静止流体内，压强为位置的连续
函数。可用函数形式表示,
p = f (x,y,z)
即在流体中存在压强分布。
? 流体静力学方程：在重力场下、静止流体
内部压强的 定量 分布规律（是下面的研究
中心）
? 压力计量
p = 力 /面积 = F/A ?
dA
dF
A
Fp
A
????
??
lim
0
4
流体静力平衡
? 衡算
? 在垂直方向上作用于液柱上的力有,
– 下底面所受之向上总压力为 p2A；
– 上底面所受之向下总压力为 p1A ；
– 整个液柱之重力 G＝ ?gA(z1-z2)
– 侧面剪切力？
? 力学平衡 -合力为零
p2A- p1A- ?gA(z1-z2) = 0
? 流体静力学方程
p2- p1= ?g(z1-z2)
或 p1=p0+ ?gh
? 适用范围,静止 的 连通 的 同种 液体
h
5
流
体
静
力
学
方
程
讨
论
? 静止流体的势能：静压能和位能
p1/ ?+gz1 = p2/ ?+gz2
– 压头是势能的另一种表示方法
p1/ ?g+z1 = p2/ ?g+z2
– 机械能守恒情况
? 气体的适用性
? 压力 (压差 )的另类表示：用流体柱高度（位头、位压头）
(p-p0)/ ?g=h
? 压力基准
– 绝对真空：绝对压力
– 大气压力,
? 表压
? 真空度
6
??
?
?
??
真空度
表压大气压强真实压强
将充满水的钢管倒置，并将其开
口浸没 (见图 )，试求水在管中的
液面高度 H为多少?
已知大气压为 1.013× 105Pa，
水温分别为 4℃ 和 80℃,相应的
蒸汽压为 813N/m2和 4.73× 103N/
m2 。
4℃ 时为 10.25m,80℃ 时为 9.85m
思考题
液柱压差计 -静力学方程应用
? U形管压差计
– 用于测量两个取压口位置的压力差
– 指示液,
– 相连通的同一种静止液体（指示液）的
同一水平面上的压力，如 a,b，相等。
是流体静力学的基本特点，通常以此作
为基准面推算压力差表达式。
– 当测定两个取压口在同一水平面上,
pa=p1+(R+m) ?bg
pa=p1+R?ag+m?bg
p1-p2=(?a-?b)Rg
p1-p2=?aRg
pa=pb
8
等压面
其
他
压
力
（
压
差
）
计
9
测压
精馏塔釜装有液位计，
如图所示。已知釜内
液体的主要成分是水，
液位计和压强计的液
面高度差为 1m，试求
釜内压强为多少?
讨论题
液位 1,2
思考题 1：同一水平线上各
点压力是否相同？两测压
管读数是否相同？
思考题 2：（密封）容器 A
移动导致 R1,R2怎样变化？
11
液封 1,
?金属钟形罩气柜内的气
体作用在截面上的总压
力必须等于罩的总质量，
也等于液封高度 z对应浮
力
稳压高位槽,
顶部真空度随液面位置变
化,B点压力恒定为 p0,
D点压力不变 p=(H-h)?，
从而下出口流量保持稳定
12
讨论题
精馏塔底部用蛇管加热，液
体的饱和蒸汽压 1.1atm，
液体密度为 950kg/m3，采
用 ?形管出料,?形管顶
部与塔内蒸气空间有一细
管连通。试求：为保证塔
底液面高度不低于 lm,?
形管高度应为多少？为防
止塔内蒸汽由连通管逸出
?形管出口液封高度至少
应为多少?
13
小
结
? 学习流体力学原理的目的在于分析与解决化工
生产中大量存在的流体流动问题, 并为各单元
操作的学习提供理论基础 。 流体流动原理是物
理力学对流体流动现象的应用与发展 。
? 压强具有点特性, 即 p=f(x,y,z)。 流体静力学
就是研究重力场中, 内部静压强的分布规律 。
对流体微元 (或流体柱 )运用受力平衡原理, 可
以得到流体静力学方程 。 方程表明静止流体内
部的压强分布规律或机械能守恒原理 。
? 与位能基准一样, 静压强也有基淮 。 工程上常
用绝对压强和表压两种基准 。 在同一计算中,
应注意用统一的压强基准 。
? U形测压管或 U形压差计的依据是流体静力学原
理 。 应用静力学的要点是正确选取等压面 。
水塔多麽高？泵功率？管道粗细几何？
能位 Energy potential
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流动是流体趋于平衡的自发行为
现象 平衡法则 推动力 阻力 速度
电荷流动 电平衡（无电位差） 电位差 电阻 电流强度
流体流动 能量平衡（流体静止）？？ 流量
热传递 热平衡（无温度差）？？？
质量传递 相平衡 （？） *？？？
过程的对比
平衡判定和速率计算是过程科学的核心问题
有
关
流
体
流
动
的
概
念
? 流量（ 自学：概念 理解,量纲 ）
– 体积流量
– 质量流量
? 流体速度（ 自学：概念 理解,量纲 ）
– 流速
– 质量流速
– 速度的平均含义
? 流动的稳定性 (定态与非定态流动 )
– 流动系统中的任一截面上的物性或流动参数，
像密度、速度、压力等，如不随时间变化，该
过程为稳定流动。如果这些量随时间变化，则
为非稳态过程。
– 一稳定流动系统内部物性或流动参数可能随
位置变化 (如因截面大小不同 )，但其在任一点
(或截面 )处均不随时间变化。
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复式压力计,
两段水银指示剂中间为水
讨论题
求容器内的压力？