化工原理讲稿 第一章流体流动 四.流体静力学原理的应用举例 流体静力学原理的应用很广泛,它是连通器和液柱压差计工作原理的基础,还用于容器内液柱的 测量,液封装置,不互溶液体的重力分离(倾析器)等。解题的基本要领是正确确定等压面。 1.压强与压强差的测量 以流体平衡规律为依据的液柱压差计,常见的有以下几种。 U管压差计 U管压差计是一根U形玻璃管,内装有液体作为指示液。 A指示液的选择依据; 指示液要与被测流体不互溶,不起化学反应,且其密度应大于被测流体的密度。 B压强差(p-p)与压差计读数的关系。 图1-4所示的U管底部装有指示液A,其密度为ρ,U管两侧臂上部及连接管内均充满待测流 体B,其密度为pB(m-p)与关系式,可根据流体静力学基本方程式进行推导。 B 图1-4管压差计 推导的第一步是确定等压面。图中a,a’两点都是在连通着的同一种静止流体内,并且在同 水平面上,所以这两点的静压强相等,即Pa”P 根据流体静力学基本方程式可得 PL-P+pag(+ky 11
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 四. 流体静力学原理的应用举例 柱的 测量，液封装置，不互溶液体的重力分离（倾析器）等。解题的基本要领是正确确定等压面。 1. 压强与压强差的测量 以流体平衡规律为依据的液柱压差计，常见的有以下几种。 （1） U 管压差计 U 管压差计是一根 U 形玻璃管，内装有液体作为指示液。 A 指示液的选择依据; 指示液要与被测流体不互溶，不起化学反应，且其密度应大于被测流体的密度。 B 压强差(p1－p2)与压差计读数R的关系。 满待测流 体B，其密度为ρB。(p1－p2)与R的关系式，可根据流体静力学基本方程式进行推导。 流体静力学原理的应用很广泛，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 图 1-4 所示的U管底部装有指示液A，其密度为ρA，U管两侧臂上部及连接管内均充 推导的第一步是确定等压面。图中 a， 是在连通着的同一种静止流体内，并且在同 一水平面上，所以这两点的静压强相等，即 a’两点都 。 根据流体静力学基本方程式可得 11
化工原理讲稿 第一章流体流动 Pa-Pa+og +m+prgR 于是:ntD( 4+m+o,R 整理上式,得压强差pp2的计算式为: P1-P=(01-pgk+pgz 当被测管段水平放置时,20,则上式可简化为 1-16 C绝对压强的测量 若U管一端与设备或管道某一截面连接,另一端与大气相通,这时读数R所反映的是管道中 某截面处的绝对压强与大气压强之差,即为表压强或真空度,从而可求得该截面的绝压。 2)微压差计(图1-5所示 1P2 A 图1-5微压差计
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 于是 ： 整理上式，得压强差p1-p2的计算式为： 当被测管段水平放置时，Z=0，则上式可简化为： 1-16 U 管一端 另一端与大气相通，这时读数 R 所反映的是管道中 （2） 微压差计（图 1－5 所 C 绝对压强的测量 若 与设备或管道某一截面连接， 某截面处的绝对压强与大气压强之差，即为表压强或真空度，从而可求得该截面的绝压。 示） 12
化工原理讲稿 第一章流体流动 A当被测压强差很小时,为把读数R放大,除了在选用指示液时,尽可能地使其密度pA与被 测流体的密度ρ相接近外,还可采用微差压差计。其特点是 a.压差计内装有两种密度相近且不互溶、不起化学作用的指示液A和C,而指示液C与被测 流体B亦不互溶。 b.为了读数方便,使U管的两侧臂顶端各装有扩大室,俗称为“水库”。扩大室的截面积要 比U管的截面积大得很多。 当≠p时,A指示液的两液面出现高度差R,扩大室中指示液C也出现高差R’。此时压差和 读数的关系为 P1-Pa"(0, -PcRg +(oc -poR'g 若工作介质为气体,且R’甚小时,式1-10可简化为: P1-Pa-Co1-Pg)Rg B图1-6所示的倾斜液柱压差计也可使U形管压差计的读数R放大一定程度,即 (1-11) 式中a为倾斜角,其值越小,R值越大 C采用例1-3附图所示的倒置U形管压差计(指示液为工作流体)也可测量较小的压强差。 【例1-2】本题附图所示的压差计中以油和水为指示液,其密度分别为920kg/m及998kg/m3, U管中油、水交界面高度差R300m。两扩大室的内径D为60mm,U管的内径d6mm。试分别用式 1-10及式1-10a计算与微压差计相连接的管截面上气体的表压强。 1-5附图 解:该题意在比较微压差计的测量误差
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 A 选用指示液时，尽可能地使其密度ρA与被 测流体的密度 a. 压差计内装有两种密度相近且不互溶、不起化学作用的指示液 A 和 C，而指示液 C 与被测 流体 b. 两侧臂顶端各装有扩大室，俗称为“水库”。 比 U 管的截面积大得很多。 时压差和 读数的关系为： 当被测压强差很小时，为把读数R放大，除了在 ρB相接近外，还可采用微差压差计。其特点是： B 亦不互溶。 为了读数方便，使 U 管的 扩大室的截面积要 当p1≠p2时，A指示液的两液面出现高度差R，扩大室中指示液C也出现高差R’。此 （1-10） 若工作介质为气体，且 R’甚小时，式 1-10 可简化为： （1-10a） B 图 1-6 所示的倾斜液柱压差计也可使 U 形管压差计的读数 R 放大一定程度，即 （1-11） 式中α为倾斜角，其值越小，R1 C 采用例 1-3 附图所示的倒置 U 压差计（指示液为工作流体）也可测量较小的压强差。 【例 1-2】本 其密度分别为 920kg/m3 及 998kg/m3 ， U管中油、水交界面高度差R=300mm。 U管的内径d为 6mm。试分别用式 1-10 及式 1-10a计算与微 值越大。 形管 题附图所示的压差计中以油和水为指示液， 两扩大室的内径D均为 60mm， 压差计相连接的管截面上气体的表压强。 解：该题意在比较微压差计的测量误差。 13
化工原理讲稿 第一章流体流动 当U管中油、水交界面高度差为300mm时,两扩大室出现高度差为R’(图中没有标出R’) R与R’的关系为 CdR==DR E=(=)2R=()2x03-000m 用式1-10计算气体表压为 P-P."Go1-PclRg+pcr g-2566Pa 忽略R’的影响,用式1-10a求表压 P1-PsG1-Pc)R +PeRg-2566Pa 两式计算的相对误差为 25.6-2295 x100%=105% 2555 【思考】如何减小测量误差? (3) 复式压差计 当被测压强差较大时,可采用例题1-6附图所示的串联U形管复式压差计 P2 图1-6倾斜液柱压差计 2.液位的测量
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 当 U 室出现高度差为 R’（图中没有标出 R’）， R 与 R’ 管中油、水交界面高度差为 300mm 时，两扩大 的关系为 得:; 用式 1-10 计算气体表压为 忽略 的影响，用式 R’ 1-10a 求表压 两式计算的相对误差为 【思考】如何减小测量误差？ （3） 复式压差计 当被测压强差较大时，可采用例题 1-6 附图所示的串联 U 形管复式压差计。 2. 液位的测量 14
化工原理讲稿 第一章流体流动 化工厂中经常要了解容器里物料的贮存量,或要控制设备里的液面,因此要进行液位的测量。 大多数液位计的作用原理均遵循静止液体内部压强变化的规律。 最原始的液位计是于容器底部器壁及液面上方器壁处各开一小孔,用玻璃管将两孔相连接。 玻璃管内所示的液面高度即为容器内的液面高度。这种构造(图1—7所示)易于破损,而且不便 于远距离观测。下面介绍两种测量液位的方法 1 1-容器2-平衡器的小室3-管压差计 图1-7压差法测量液位 (1) 液柱压差计式(压差法测量液位动画) 于容器或设备1外边设一个称为平衡器的小室2,用一装有指示液A的U管压差计3将容器 与平衡器连通起来,小室内装的液体与容器内的相同,其液面的高度维持在容器液面允许到达的 最大高度处。 根据流体静力学基本方程式,可知液面高度与压差计读数的关系为 (1-12) 容器里的液面达到最大高度时,压差计读数为零,液面愈低,压差计的读数愈大。 (2) 鼓泡式液柱测量装置(鼓泡式液柱测量动画 若容器离操作室较远或埋在地面以下,要测量其液位可采用例1-7附图所示装置 3.液封高度的计算 在化工生产中经常遇到设备的液封问题。在此,主要根据流体静力学基本方程式来确定液封 的高度。设备内操作条件不同,采用液封的目的也就不同
化工原理讲稿 李彦 第一章 流体流动 化工厂中经常要了解容器里物料的贮存量， 因此要进行液位的测量。 大多数液位计的作用原理均遵循静止液体内部压强变化的规律。 玻璃管内所示的液面高度即为容器内的液面高度。 所示）易于破损，而且不便 于远距离观测。下面介绍两种测量液位的方法。 或要控制设备里的液面， 最原始的液位计是于容器底部器壁及液面上方器壁处各开一小孔，用玻璃管将两孔相连接。 这种构造（图 1－7 （1） 液柱压差计式（压差法测量液位动画） 一个称为平衡器的小室 2，用一装有指示液 A 的 U 将容器 与平衡器连通起来，小室内装的液体与容器内的相同，其液面的高度维持在容器液面允许到达的 最大高度处。 根据流体静力学基本方程式，可知液面高度与压差计读数的关系为 于容器或设备 1 外边设 管压差计 3 （1-12） 高度时，压差计读数为零，液面愈低，压差计的读数愈大。 （2） 若容器离操作室较远或埋在地面以下，要测量其液位可采用例 1-7 附图所示装置。 3. 液封高度的计算 在化工生产中经常遇到设备的液封问题。在此，主要根据流体静力学基本方程式来确定液封 的高度。设备内操作条件不同，采用液封的目的也就不同. 容器里的液面达到最大 鼓泡式液柱测量装置 （鼓泡式液柱测量动画） 15