1、1,江苏大学 食品工程原理教学课件,第一章 流体流动 1.1 流体静力学 任晓锋 13775362503 ,2,上次课程的主要内容,单元操作：定义、特点 食品工程原理的两条主线 单位换算的方法,3,本章内容,流体静力学 流体在管内的流动 流体流动现象 管内流动的阻力和流速分布 管路计算 流量和流速的测量,4,流体流动是食品工程原理的重要基础，原因:,1）流体的输送: 2）压强、流速和流量的测定： 3）强化设备，提供适宜的流动条件:,5,1 基本概念,1.1 流体 液体和气体的总称 1.2 流体的连续性假定以分子为研究对象来考察流体，可否？为什么？不连续，随机运动。 连续性假定：将流体视为由无数
2、质点组成的连续介质。 流体质点是指含有大量分子的极小单元或微团。质点的尺寸远远小于设备的尺寸，但比分子的自由程要大得多。（既不是微粒，又不是分子） 高真空稀薄气体不适用。,6,1.3 体积力（Fb）,体积力（质量力）指作用于流体的每一个质点上，并与流体的质量成正比的力。 对于均质（ =常数）流体也与体积成正比。 典型代表：流体在重力场中所受到的重力和在离心力场中所受到的离心力。,7,1.4 表面力（Fs）,表面力与作用的表面积成正比，单位面积上的表面力称之为表面应力。 表面力分解为垂直表面的法向分力与平行于表面的切向分力（剪切分力），如下图所示。,压强:单位面积上的法向力 剪应力:单位面积上的
3、切向力 静止流体不能承受任何剪切力，故只有法向力。 剪应力与粘度有关，在本章后面讲。,表面力的分解,8,1.5 流体的密度,单位体积流体所具有的质量，单位kg/m3,当V0时，的极限即为流体某点的密度。,可压缩流体和不可压缩流体。 手册和各种资料可查，附录也有。掌握换算。 比容：密度的倒数,9,（1）气体（含混合气体）的密度,1) 单一气体 气体可压缩，随T和p变化较大；一般压强不太高，温度不太低时，按理想气体（ideal gas）处理。,10,2）混合气体,常用体积分率表示，混合前后质量不变，以1m3为基准。,平均分子量Mm，以1m3为基准。,11,（2）液体的密度,各组分浓度常用质量分率表
4、示，以1kg为基准，混合后体积不变。,12,2、流体静压强,（1）定义,（2）单位制及其换算,1atm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH2O=1.0133bar=1.0133105Pa 1at=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O=0.9807bar=9.807105Pa,13,（3）静压强的表示方法,绝对压强： 表压强（表压）： 真空度： 三者之间的关系：,流体压力具有以下两个重要特性：流体压力处处与它作用面垂直，并且总是指向流体的作用面；流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在空间的方位无关。,14,3、流体静力学基本方程式,（1）公式的推导,取微元立
5、方体dxdydz，“刚性”流体 各个侧面受力平衡 Z轴方向平衡（注意p的方向）,相加,15,（2）流体静力学基本方程式的讨论 同一连续的液体内，同一水平面的p相等； p0改变量=p的改变量； 压强差的大小可用一定高度的液体柱表示； 可适用气体，视为常数； 条件：静止、连续、同种液体； 解题注意选准基准点。,流体静力学基本方程式,16,例：多种流体在同一容器的压强分布,已知A为水层，1000kg/m3，0.8m；B为油层，800kg/m3，0.5m；C为轻质液体，500kg/m3，0.4m，求水在观察管中的高度（以观察管最低点计算）。 解：10000.88000.55000.4=1000hh=1
6、.4m,17,4 流体静力学的应用,（1）压强和压强差的测定（液柱压差计） 1）U型压差计,条件：AB不互溶、不反应、密度AB。 思考题：被测液体为水，选用水银作为指示液可否？为什么？ 若被测管水平放置，简化,U型管一端与大气连通，测得为流体表压。,18,19,2）倾斜液柱压差计,p1-p2较小时，采用它的放大效应。,3）微差压差计,特点： A与C密度相近，不相溶 扩大室管体积,20,（2）液位的测量,目的： 了解容器内物料的贮存量 控制设备内的液面 常见、原始的方法 观察孔 连通器,21,（2）液位的测量,1）压差法,2）远程液位测量,气速慢，气体阻力可忽略,22,（3）液封高度的计算,1）液封,考虑安全，取大还是取小？,2）液封密闭,（2）倒装倾斜管上的U型压差计,24,小结,静力学基本方程式的灵活运用,25,作业 P70 1、2、3根据“倒装倾斜管上的U型压差计”推导测量压差的公式,预习 P17-21页,
