流量与压力的表达方式优化方案

任务目标

知识目标

1.了解流体流动流量的表示方法。

2.掌握流量与流速之间的关系及其换算。

3.了解流体流动压力的表示方法。

4.掌握压力单位间的换算。

技能目标

1.弄清流量与流速之间的关系及学会它们之间的换算。

2.会压力单位间的换算。

3.会压力值的表示方法。

任务描述

通过对流体流动的流量与压力两个重要工艺参数的讲解，掌握操作是如何影响工艺参数的。

知识学习

一、流量与流速

1.流量

（1）体积流量 体积流量是指单位时间内流过管道任一截面的液体体积，用q_V表示，其单位为m³/s（或m³/h），体积流量习惯上简称流量。

（2）质量流量 质量流量用q_m表示，其单位为kg/s（或kg/h）。

体积流量 q_V与质量流量q_m的关系式为

q_m=ρq_V （4-9）

由于气体的体积随压力和温度变化，因此应用气体体积流量时，必须注明其状态。流量既是输送任务的指标，又是过程控制的重要参数，因此，掌握流量正确的表示及其测量方法十分重要。

2.流速

流速是指单位时间内流体在流动方向上所流过的距离，用u表示，其单位为m/s。实验证明，当流体在管道内流动时，在管道的任一截面上各点的流速随管径而变化——在管壁处为零，管道中心处为最大。因此在工程上为计算方便，流体的流速通常采用管道截面上各点的平均流速u来表示，平均流速一般简称流速。流体在圆形管道中流速的表达式为

式中 A——垂直于流动方向的管道截面积（m²）。

d——圆形管道的内径（m）。

由于气体的体积流量随温度和压力而变化，这样气体的流速也将随之发生变化，为计算方便，引入质量流速，即单位时间流体流过的管道截面积的质量，以G表示，其单位为kg/（m²·s），其表达式为

注意：由于气体流速随温度及压力而变化，因此气体流速要标明状态，而用质量流速表示则不随温度及压力变化。

对内径为d的圆形管道，当q_V与u已知时，式（4-10）可写为

二、流体的压力(www.xing528.com)

1.压力

流体垂直作用于单位面积上的压力称为流体的静压强，简称为压强。工程上常把压强称为压力，其表达式为：

式中 p——流体的压力（N/m²或Pa）；

F——垂直作用于流体表面的压力（N）；

A——作用面的面积（m²）。

2.压力的单位及其换算

流体压力的单位除采用法定计量单位外，有时也采用atm（标准大气压）、at（工程大气压）、kgf/cm²等非法定计量单位，它们的换算关系为：

1atm=760mmHg=10.33mH₂O=1.013×10⁵Pa；1at=1kgf/cm²=735.6mmHg=10mH₂O=9.807×10⁴Pa。

3.压力的表示方法

流体的压强除了用不同的单位来计量外，还可以用不同的基准来表示。

（1）绝对压力 以绝对真空为基准的压力，称为绝对压力。

图4-3 绝对压力、表压、真空度之间的关系

A—该测压点压力小于当地环境大气压力 B—该测压点压力大于当地环境大气压力

（2）相对压力 一般以环境压力为基准的压力，称为相对压力。常用的相对压力是表压或真空度基准。流体的压强可用测压仪来测量，当被测流体的压力大于外界环境压力时，所用的测压仪表读出的值称为表压。当被测流体的压力小于外界环境压力时，所用的测压仪表读出的值称为真空度。压强基准及绝对压力、表压、真空度三者关系可用图4-3表示。

特别需要指出的是，外界的大气压随大气温度、湿度及所在地区的海拔而变，应以当地大气压计读数为准来对表压（或真空度）和绝对压力进行换算。当压力值用表压或真空度表示时，必须分别加以标明，以免混淆，例如3×10³Pa（表压）或2×10³Pa（真空度）。

【例4-3】 某设备塔顶真空表的读数为80kPa，该设备内的绝对压力为多少？如果分别用汞柱和水柱来表示该绝对压力，绝对压力各为多少？当时当地大气压为1atm。

解：p_大=1atm=101.3kPa

绝对压力为 p=p_大-p_真=101.3kPa-80kPa=21.3kPa

任务实施

1）用多媒体课件讲解流体流动的流量与压力。

2）用“实训教学法”让学生读取压力与流量的读数并记录。

3）用“滚珠教学法”让学生进行交流与考核。

任务评价

任务评价见表4-3。

表4-3 任务评价