教学目的和要求教学目的和要求教学目的和要求教学目的和要求: : 掌握流体静力学基本方程式的物理意义及实际应用。掌握流体静力学基本方程式的物理意义及实际应用。掌握流体静力学基本方程式的物理意义及实际应用。掌握流体静力学基本方程式的物理意义及实际应用。本节教学内容本节教学内容本节教学内容本节教学内容: : 11、 流体静力学方程的物理意义。流体静力学方程的物理意义。流体静力学方程的物理意义。流体静力学方程的物理意义。22、 流体静力学基本方程式的应用。流体静力学基本方程式的应用。流体静力学基本方程式的应用。流体静力学基本方程式的应用。教学重点教学重点教学重点教学重点: :11、流体静力学基本方程式的应用、流体静力学基本方程式的应用、流体静力学基本方程式的应用、流体静力学基本方程式的应用22、流体静力学基本方程式的应用条件、流体静力学基本方程式的应用条件、流体静力学基本方程式的应用条件、流体静力学基本方程式的应用条件教学难点教学难点教学难点教学难点:流体静力学基本方程式的应用条件流体静力学基本方程式的应用条件流体静力学基本方程式的应用条件流体静力学基本方程式的应用条件第第第第3 3讲讲讲讲流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用3 3、流体静力学基本方程的物理意义、流体静力学基本方程的物理意义、流体静力学基本方程的物理意义、流体静力学基本方程的物理意义（1 1）总势能守恒）总势能守恒）总势能守恒）总势能守恒（p p1 1/+gZ/+gZ1 1=p=p2 2/+gZ/+gZ2 2=常数）常数）常数）常数）p/p/和和和和gzgz分别表示单位质量流体所具有的静压能（分别表示单位质量流体所具有的静压能（分别表示单位质量流体所具有的静压能（分别表示单位质量流体所具有的静压能（J/kgJ/kg）和位能）和位能）和位能）和位能（J/kgJ/kg）；）；）；）； （p/+gZp/+gZ）总势能。在同一种静止流体中不同总势能。在同一种静止流体中不同总势能。在同一种静止流体中不同总势能。在同一种静止流体中不同高度上的点其静压能和位能各不相同，但总势能保持不变。高度上的点其静压能和位能各不相同，但总势能保持不变。高度上的点其静压能和位能各不相同，但总势能保持不变。高度上的点其静压能和位能各不相同，但总势能保持不变。 （2 2）等压面）等压面）等压面）等压面由由由由当容器液面上方的压强当容器液面上方的压强当容器液面上方的压强当容器液面上方的压强p p0 0一定时，静止液一定时，静止液一定时，静止液一定时，静止液体内部任一点的压强体内部任一点的压强体内部任一点的压强体内部任一点的压强p p与液体本身的与液体本身的与液体本身的与液体本身的 及该点距液面的深度及该点距液面的深度及该点距液面的深度及该点距液面的深度h h有有有有关。因此，关。因此，关。因此，关。因此，在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等，压强相等的水平面称为等压面上各点的压强都相等，压强相等的水平面称为等压面上各点的压强都相等，压强相等的水平面称为等压面上各点的压强都相等，压强相等的水平面称为等压面。（3 3）传递定律）传递定律）传递定律）传递定律由由由由知，知，知，知， p po o 改变时，液体内部各点的压强改变时，液体内部各点的压强改变时，液体内部各点的压强改变时，液体内部各点的压强也以同样大小变化。即液面上方的压强能以同样大小传递也以同样大小变化。即液面上方的压强能以同样大小传递也以同样大小变化。即液面上方的压强能以同样大小传递也以同样大小变化。即液面上方的压强能以同样大小传递到液体内部的任一点（帕斯卡原理）。到液体内部的任一点（帕斯卡原理）。到液体内部的任一点（帕斯卡原理）。到液体内部的任一点（帕斯卡原理）。（4 4）液柱高度表示压强（或压强差）大小）液柱高度表示压强（或压强差）大小）液柱高度表示压强（或压强差）大小）液柱高度表示压强（或压强差）大小 由由由由知，压强或压强差的大小可知，压强或压强差的大小可知，压强或压强差的大小可知，压强或压强差的大小可以用一定高度的液体柱表示（液柱压差计原理），但必须注明以用一定高度的液体柱表示（液柱压差计原理），但必须注明以用一定高度的液体柱表示（液柱压差计原理），但必须注明以用一定高度的液体柱表示（液柱压差计原理），但必须注明是何种液体。例：是何种液体。例：是何种液体。例：是何种液体。例：760mmHg760mmHg、10mH10mH2 2OO柱柱柱柱。注意适用条件：注意适用条件：静止的连通着的同一种连续流体。静止的连通着的同一种连续流体。流体静力学原理应用非常广泛，它是连通器和液柱压差计流体静力学原理应用非常广泛，它是连通器和液柱压差计流体静力学原理应用非常广泛，它是连通器和液柱压差计流体静力学原理应用非常广泛，它是连通器和液柱压差计工作原理的基础，还用于容器内液位的测量，液封装置等。解工作原理的基础，还用于容器内液位的测量，液封装置等。解工作原理的基础，还用于容器内液位的测量，液封装置等。解工作原理的基础，还用于容器内液位的测量，液封装置等。解题的基本要领是正确确定题的基本要领是正确确定题的基本要领是正确确定题的基本要领是正确确定等压面。等压面。等压面。等压面。1 1、压强或压强差的测量、压强或压强差的测量、压强或压强差的测量、压强或压强差的测量液柱压差计液柱压差计液柱压差计液柱压差计利用流体静力学原理测量流体压强或压强利用流体静力学原理测量流体压强或压强利用流体静力学原理测量流体压强或压强利用流体静力学原理测量流体压强或压强差的仪器。差的仪器。差的仪器。差的仪器。特殊地：若差压计的一端与被测流体相连，另一端特殊地：若差压计的一端与被测流体相连，另一端特殊地：若差压计的一端与被测流体相连，另一端特殊地：若差压计的一端与被测流体相连，另一端与大气相通，则显示值是测点处流体的绝对压强与大气压强之与大气相通，则显示值是测点处流体的绝对压强与大气压强之与大气相通，则显示值是测点处流体的绝对压强与大气压强之与大气相通，则显示值是测点处流体的绝对压强与大气压强之差，即为差，即为差，即为差，即为表压强或真空度表压强或真空度表压强或真空度表压强或真空度。指示液要求：指示液要求：指示液要求：指示液要求：与被测流体密度不同，不互溶，不反应，且易于观察。与被测流体密度不同，不互溶，不反应，且易于观察。与被测流体密度不同，不互溶，不反应，且易于观察。与被测流体密度不同，不互溶，不反应，且易于观察。常用指示液：测量液体常用指示液：测量液体常用指示液：测量液体常用指示液：测量液体用用用用HgHg（=13600kg/m=13600kg/m3 3）测量气体测量气体测量气体测量气体用用用用HH2 2OO1.2.31.2.3流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式的应用普通普通普通普通U U形管压差计形管压差计形管压差计形管压差计 UU管压差计是一根管压差计是一根管压差计是一根管压差计是一根U U形玻璃管，内装有液体作为指示液。形玻璃管，内装有液体作为指示液。形玻璃管，内装有液体作为指示液。形玻璃管，内装有液体作为指示液。 要求：指示液要求：指示液要求：指示液要求：指示液 A A 被测流体被测流体被测流体被测流体 ，如图示，则：，如图示，则：，如图示，则：，如图示，则：几种常用的压差计几种常用的压差计几种常用的压差计几种常用的压差计得：得：得：得：由由由由: :特殊地：若特殊地：若特殊地：若特殊地：若Z Z1 1=Z=Z2 2，则：，则：，则：，则： 若被测流体为气体，若被测流体为气体，若被测流体为气体，若被测流体为气体，很小，则：很小，则：很小，则：很小，则： 倒置倒置倒置倒置U U形管压差计形管压差计形管压差计形管压差计条件：指示液条件：指示液条件：指示液条件：指示液 A A 被测流体被测流体被测流体被测流体 ，则：，则：，则：，则：p p0 0=p=p4 4-g(h-g(h5 5-h-h4 4) )p p4 4=p=p3 3+A Ag(hg(h3 3-h-h4 4)p p3 3=p=p2 2-g(h-g(h3 3-h-h2 2) )p p2 2=p=pa a+A Ag(hg(h1 1-h-h2 2) )p p0 0=p=pa a+A Ag(g(h h3 3-h-h4 4+ +h h1 1-h-h2 2)g()g(h h5 5-h-h4 4+ +h h3 3-h-h2 2) )整理，得：整理，得：整理，得：整理，得：p p0 0-p-pa a=A Ag(g(h h3 3-h-h4 4+ +h h1 1-h-h2 2)g()g(h h3 3-h-h4 4+ +h h5 5-h-h2 2) )=A Ag(g(R R2 2+ +R R1 1)g()g(R R2 2+ +h h5 5-h-h2 2) )PaR1R2432例：例：例：例：水在如图示的管道内流动。水在如图示的管道内流动。水在如图示的管道内流动。水在如图示的管道内流动。在管道截面处连接一在管道截面处连接一在管道截面处连接一在管道截面处连接一U U管压差计，管压差计，管压差计，管压差计，指示液为水银，读数指示液为水银，读数指示液为水银，读数指示液为水银，读数R=200mmR=200mm、h=1000mmh=1000mm。当地大气压强为。当地大气压强为。当地大气压强为。当地大气压强为101.3310101.33105 5PaPa，试求流体在该截，试求流体在该截，试求流体在该截，试求流体在该截面的压强。面的压强。面的压强。面的压强。如右图示。如右图示。如右图示。如右图示。解：解：A-A为等压面，则：为等压面，则：或该截面处流体的真空度为：或该截面处流体的真空度为：101330-64840=36490Pa2 2、液位的测量、液位的测量、液位的测量、液位的测量测量元件：液位计。测量元件：液位计。测量元件：液位计。测量元件：液位计。测量目的：了解容器里物料的贮存量，或控制设备里的液面。测量目的：了解容器里物料的贮存量，或控制设备里的液面。测量目的：了解容器里物料的贮存量，或控制设备里的液面。测量目的：了解容器里物料的贮存量，或控制设备里的液面。原理：大多数液位计均遵循静止液体内部压强变化的规律。原理：大多数液位计均遵循静止液体内部压强变化的规律。原理：大多数液位计均遵循静止液体内部压强变化的规律。原理：大多数液位计均遵循静止液体内部压强变化的规律。（1 1）简单液位计：）简单液位计：）简单液位计：）简单液位计：结构：如图示。于容器底部器结构：如图示。于容器底部器结构：如图示。于容器底部器结构：如图示。于容器底部器壁及液面上方器壁处各开一壁及液面上方器壁处各开一壁及液面上方器壁处各开一壁及液面上方器壁处各开一小孔，用玻璃管将两孔相连小孔，用玻璃管将两孔相连小孔，用玻璃管将两孔相连小孔，用玻璃管将两孔相连接。玻璃管内所示的液面高接。玻璃管内所示的液面高接。玻璃管内所示的液面高接。玻璃管内所示的液面高度即为容器内的液面高度。度即为容器内的液面高度。度即为容器内的液面高度。度即为容器内的液面高度。缺点：易于破损，而且不便于缺点：易于破损，而且不便于缺点：易于破损，而且不便于缺点：易于破损，而且不便于远距离观测。远距离观测。远距离观测。远距离观测。H（2 2）液柱压差计：压差法测量液位）液柱压差计：压差法测量液位）液柱压差计：压差法测量液位）液柱压差计：压差法测量液位指示液的指示液的U管压差计将容器与平管压差计将容器与平衡器连通起来，小室内装的液体衡器连通起来，小室内装的液体与容器内的相同，其液面的高度与容器内的相同，其液面的高度维持在容器液面允许到达的最大维持在容器液面允许到达的最大高度处。高度处。由此可见，容器内液面越高，由此可见，容器内液面越高，h越小，压差计读数越小，压差计读数R越小；越小；当容器内的液面达到最大高度时，当容器内的液面达到最大高度时，h为零，压差计读数为零，压差计读数R亦为零。亦为零。结构：于容器或设备外边设一个称为平衡器的小室，用一装有结构：于容器或设备外边设一个称为平衡器的小室，用一装有则：则：由：由：mAA 则可采用则可采用则可采用则可采用如右图示的如右图示的如右图示的如右图示的远程测量装来测量其液位。由于远程测量装来测量其液位。由于远程测量装来测量其液位。由于远程测量装来测量其液位。由于吹气管吹气管吹气管吹气管内氮气的流速很小，其内氮气的流速很小，其内氮气的流速很小，其内氮气的流速很小，其密度也很小，故近似认为：密度也很小，故近似认为：密度也很小，故近似认为：密度也很小，故近似认为：鼓泡式液位测量装置示意图鼓泡式液位测量装置示意图（3 3）鼓泡式液柱测量装置：）鼓泡式液柱测量装置：）鼓泡式液柱测量装置：）鼓泡式液柱测量装置：若容器离操作室较远或埋在若容器离操作室较远或埋在若容器离操作室较远或埋在若容器离操作室较远或埋在地下，地下，地下，地下，所以有：所以有：所以有：所以有：而：而：而：而：鼓泡观察器鼓泡观察器调节阀调节阀吹气管吹气管贮槽贮槽压缩氮气压缩氮气3 3、液封、液封、液封、液封液封：利用液柱高度封闭气体的一种装置。它是生产过液封：利用液柱高度封闭气体的一种装置。它是生产过液封：利用液柱高度封闭气体的一种装置。它是生产过液封：利用液柱高度封闭气体的一种装置。它是生产过程中为了防止事故发生，为了安全生产而设置的一种装置。程中为了防止事故发生，为了安全生产而设置的一种装置。程中为了防止事故发生，为了安全生产而设置的一种装置。程中为了防止事故发生，为了安全生产而设置的一种装置。（1 1）安全液封）安全液封）安全液封）安全液封在化工生产中，为了控制设在化工生产中，为了控制设在化工生产中，为了控制设在化工生产中，为了控制设备内气体压力不超过规定的数值，备内气体压力不超过规定的数值，备内气体压力不超过规定的数值，备内气体压力不超过规定的数值，常常使用安全液封装置常常使用安全液封装置常常使用安全液封装置常常使用安全液封装置( (或称水或称水或称水或称水封装置封装置封装置封装置) )。这样。这样。这样。这样, ,当设备内压力超当设备内压力超当设备内压力超当设备内压力超过规定值时，气体从液封管自动过规定值时，气体从液封管自动过规定值时，气体从液封管自动过规定值时，气体从液封管自动排出，确保设备安全。排出，确保设备安全。排出，确保设备安全。排出，确保设备安全。液封种类：液封种类：液封种类：液封种类：解：解：当炉内压强超过规定值时，当炉内压强超过规定值时，气体将由液封管排出，故先按炉气体将由液封管排出，故先按炉内允许的最高压强计算液封管插内允许的最高压强计算液封管插入槽内水面下的深度。入槽内水面下的深度。为安全超见，实际安装时管子插入水面下的深度应略小于为安全超见，实际安装时管子插入水面下的深度应略小于1.09m。例例例例1-81-8 如图示，某厂为了控制乙炔发生炉如图示，某厂为了控制乙炔发生炉如图示，某厂为了控制乙炔发生炉如图示，某厂为了控制乙炔发生炉a a内的压强不超过内的压强不超过内的压强不超过内的压强不超过10.71010.7103 3Pa(Pa(表压表压表压表压) )，需在炉外装有安全液封装置。试求此炉的安，需在炉外装有安全液封装置。试求此炉的安，需在炉外装有安全液封装置。试求此炉的安，需在炉外装有安全液封装置。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度全液封管应插入槽内水面下的深度全液封管应插入槽内水面下的深度全液封管应插入槽内水面下的深度h h。（2 2）溢流液封）溢流液封）溢流液封）溢流液封:封住气体，让液体从塔内流出，防止外界封住气体，让液体从塔内流出，防止外界封住气体，让液体从塔内流出，防止外界封住气体，让液体从塔内流出，防止外界空气进入而降低设备内的真空度。空气进入而降低设备内的真空度。空气进入而降低设备内的真空度。空气进入而降低设备内的真空度。例例例例1-91-9：真空蒸发操作中产生的水蒸气，真空蒸发操作中产生的水蒸气，真空蒸发操作中产生的水蒸气，真空蒸发操作中产生的水蒸气，往往送冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为往往送冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为往往送冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为往往送冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器上方与真空泵了维持操作的真空度，冷凝器上方与真空泵了维持操作的真空度，冷凝器上方与真空泵了维持操作的真空度，冷凝器上方与真空泵相通，不时将器内的不凝性气体（空气）抽相通，不时将器内的不凝性气体（空气）抽相通，不时将器内的不凝性气体（空气）抽相通，不时将器内的不凝性气体（空气）抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，致使设备内真空度降低，因此，气压管必须致使设备内真空度降低，因此，气压管必须致使设备内真空度降低，因此，气压管必须致使设备内真空度降低，因此，气压管必须插入液封槽中，水即在管内上升一定的高度插入液封槽中，水即在管内上升一定的高度插入液封槽中，水即在管内上升一定的高度插入液封槽中，水即在管内上升一定的高度h h，这种措施称为液封。若真空表的读数为，这种措施称为液封。若真空表的读数为，这种措施称为液封。若真空表的读数为，这种措施称为液封。若真空表的读数为801080103 3PaPa，试求气压管中水上升的高度，试求气压管中水上升的高度，试求气压管中水上升的高度，试求气压管中水上升的高度h h。解：解：解：解：设气压管内水面上方的绝压为设气压管内水面上方的绝压为设气压管内水面上方的绝压为设气压管内水面上方的绝压为p p，作用于液封槽内，作用于液封槽内，作用于液封槽内，作用于液封槽内水面的压强为大气压强水面的压强为大气压强水面的压强为大气压强水面的压强为大气压强p p0 0。根据流体。根据流体。根据流体。根据流体静力学基本方程知：静力学基本方程知：静力学基本方程知：静力学基本方程知：式中：式中：式中：式中：p p0 0-p=-p=真空度真空度真空度真空度=8010=80103 3PaPa则：则：则：则：则：则：则：则：pp0小结：小结：小结：小结：本次课重点掌握流体静力学基本方程及其应用。本次课重点掌握流体静力学基本方程及其应用。本次课重点掌握流体静力学基本方程及其应用。本次课重点掌握流体静力学基本方程及其应用。1.1.流体静力学基本方程：流体静力学基本方程：流体静力学基本方程：流体静力学基本方程： 2. 2.应用：应用：应用：应用：a a、压强与压强差的测量（液柱压差计）、压强与压强差的测量（液柱压差计）、压强与压强差的测量（液柱压差计）、压强与压强差的测量（液柱压差计）bb、液位的测量。、液位的测量。、液位的测量。、液位的测量。cc、液封高度的确定。、液封高度的确定。、液封高度的确定。、液封高度的确定。课外练习：课外练习：课外练习：课外练习：1 1、复习、预习。、复习、预习。、复习、预习。、复习、预习。2 2、课外作业：教材、课外作业：教材、课外作业：教材、课外作业：教材P P7474第第第第2 2、6 6题。题。题。题。