流体压力

更新时间:2024-06-20 08:28

流体压力可以定义为:考虑流体内部某一平面,当该平面两侧流体无相对运动时,面上任一单位面积所受到的作用力。从微观上看,压力是分子运动对容器壁面碰撞所产生的平均作用力的表现。

释义

流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,简称压强,习惯上称为压力,常用p表示,即

式中,F——作用力(N),A——受力面积(m2)

在SI制中,压力的单位是N/m2,称为帕斯卡,以Pa表示。但在石油加工和石油化工生产中所用的压力单位是多种多样的,除了用N/m2计量外,还常用标准大气压(atm)、,工程大气压(at)、某流体柱高度如米水柱(mH20)和毫米汞柱(mmHg)等来计量。

表示方法

压力可以用不同的基准来表示和计量,如以绝对真空(即零大气压)为基准计量的压力称为绝对压力,是流体的真实压力;以当地大气压为基准计量的压力称为表压力真空度。当被测流体的绝对压力大于外界大气压力时,所用的测压仪表叫做压力表。压力表上的读数表示被测流体的绝对压力高m当地大气压力的数值,称为表压力。表压力与绝对压力的关系为:

表压力=绝对压力一大气压力 或 绝对压力=大气压力+表压力

当被测流体的绝对压力小于外界大气压力时,所用的测压仪表叫做真空表。真空表上的读数表示被测流体的绝对压力低于当地大气压力的数值,称为真空度,它与绝对压力的关系为:

真空度=大气压力一绝对压力 或 绝对压力=大气压力一真空度

显然,设备内流体的绝对压力愈低,则其真空度就愈高。注意,大气压力的数值不是固定的,它是随大气温度、湿度和所在地区的海拔高度而变化,其数值应从当时当地气压计上读得。另外,为了区分绝对压力表压力真空度,应对表压力和真空度加以注明。

流体静力学

流体静力学实际上是研究静止状态下流体内部压力的变化规律。那么描述这一规律的数学表达式,称为流体静力学基本方程式。在静止流体中取一个边长各为dx、dy、dz的微元平行六面体,其体积为dV=dxdydz,如图所示。设微元平行六面体中心点为O,该点的流体压力为于静止流体内的压力是空间坐标的连续函数,作用在微元平行六面体各个面上的压力如图1所示。设流体的密度为ρ,则微元平行六面体的重量dG=ρgdxdydz。由于微元平行六面体的流体处于静止状态,则根据平衡条件,作用在x、y、z各个方向上的力的总和等于零。若流体是不可压缩流体,即其密度ρ为常数,对静止流体中的任意一点,流体静力学基本方程式如下,表明了在重力的作用下,静止液体内部压力变化规律。

流体静力学基本方程式形式虽然简单,但它包含了许多基本概念,如:

(1)当容器液面上方的压力P0一定时,静止液体内部任一点压力的大小,与液体本身密度和该点距离液面的深度有关。越深则其压力越大。

(2)当液面上方压力P0变化时,必以同样的大小传递到液体各点。这就是著名的巴斯卡原理。工程上的水压机、液压传动装置等都以此原理为依据。

(3)在静止、连续的同一液体的同一水平面上,各点压力相等,即等压面为一水平面。在不同形状的连通器中也是这样,即当液面上的压力相等时,各容器中的液面高度必相等,与容器形状无关,这就是液面计的依据。

(4)流体静力学基本方程式是用液体推导出来的,严格地讲只适用于液体,而不适用于气体。但在容器中,气体的密度随高度变化很小,可视为常数;同时由于气体的密度比液体的小得多,一般容器空间也有限,因此对于容器的整个空间内,可近似认为压力是相等的。

测定

压力是工业生产和科研工作中经常需要检测的重要参数之一。实际应用较多的压力计从检测方法原理上可以分为几类:以流体静力原理为基础的液柱式压力计;根据弹性元件受力变形原理,利用机械结构将变形量放大的弹性式压力计;基于流体静力平衡原理,与作用于已知面积上重力相比较的负荷式活塞压力计;利用弹性元件将被测压力转换成电阻量、电感量、电容量、频率量等各种电量的电测式压力计。

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