第1章 流體流動(dòng)與輸送-2

1、1 1.5 1.5 流體輸送管路計(jì)算流體輸送管路計(jì)算 管路計(jì)算就是運(yùn)用管路計(jì)算就是運(yùn)用流體流動(dòng)的連續(xù)性方程式流體流動(dòng)的連續(xù)性方程式、 機(jī)械能衡算式機(jī)械能衡算式和和流體流動(dòng)阻力損失計(jì)算式流體流動(dòng)阻力損失計(jì)算式去解決去解決 實(shí)際工作中常遇到的流體管路輸送的設(shè)計(jì)問(wèn)題和實(shí)際工作中常遇到的流體管路輸送的設(shè)計(jì)問(wèn)題和 操作計(jì)算。操作計(jì)算。 u1A1 = u2A2 21 2 22 2 2 11 1 22 fe h g u g p zH g u g p z flf hhh 21 2 (1)(1)已知管道尺寸、管件和流量，計(jì)算流體通過(guò)管已知管道尺寸、管件和流量，計(jì)算流體通過(guò)管 路系統(tǒng)的阻力損失；以便進(jìn)一步確定輸送

2、設(shè)備的路系統(tǒng)的阻力損失；以便進(jìn)一步確定輸送設(shè)備的 功率、系統(tǒng)內(nèi)的壓強(qiáng)及設(shè)備間的相對(duì)位置；功率、系統(tǒng)內(nèi)的壓強(qiáng)及設(shè)備間的相對(duì)位置； (2)(2)已知流量、管長(zhǎng)、所需管件和允許壓強(qiáng)降，計(jì)已知流量、管長(zhǎng)、所需管件和允許壓強(qiáng)降，計(jì) 算管路直徑；算管路直徑； (3)(3)已知管道尺寸、管件設(shè)置和允許的阻力損失，已知管道尺寸、管件設(shè)置和允許的阻力損失， 求算管道中流體的流速或流量。求算管道中流體的流速或流量。 fe h g u g p zH g u g p z 22 2 22 2 2 11 1 3 1.5.11.5.1簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路 流體由入口至出口是在一條管路中流動(dòng)的，整流體由入口至出口是在一條管路中流

3、動(dòng)的，整 條管路可以由內(nèi)徑相同的管子組成，也可以由幾種條管路可以由內(nèi)徑相同的管子組成，也可以由幾種 內(nèi)徑不同的管子組成。但不出現(xiàn)流體分支或匯合情內(nèi)徑不同的管子組成。但不出現(xiàn)流體分支或匯合情 況。這種管路也稱為串聯(lián)管路。況。這種管路也稱為串聯(lián)管路。 管路 簡(jiǎn)單管路 復(fù)雜管路 4 例例: :將水從水塔引至車間，管路為將水從水塔引至車間，管路為108mm108mm4mm4mm的的 鋼管，鋼管的絕對(duì)粗糙度為鋼管，鋼管的絕對(duì)粗糙度為0.2mm0.2mm，管路長(zhǎng)，管路長(zhǎng)200m200m （包括管件及閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、出口（包括管件及閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、出口 損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并

4、高于排出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于排出口14m 14m 。 水溫為水溫為2020時(shí)，求此管路的輸水量？時(shí)，求此管路的輸水量？ 5 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h g p g u Z g p g u Z 解：以塔內(nèi)水面為解：以塔內(nèi)水面為1-11-1截面，排水管出口內(nèi)側(cè)為截面，排水管出口內(nèi)側(cè)為2-22-2截面，截面， 選其水平中心線為基準(zhǔn)面。在兩截面間列伯努利方程，即：選其水平中心線為基準(zhǔn)面。在兩截面間列伯努利方程，即： z1 = 14m，z2= 0，u1= 0，u2= u，p1= p2 22 200 ()(0.5) 20.102 e f ll uu h dgg 6

5、2 9.81 14274.7 200 20001.5 1.5 0.10 u 試差法試差法u Re d 7 1.5.21.5.2復(fù)雜管路的計(jì)算復(fù)雜管路的計(jì)算 C B O A C A B B A 2 1 (a)(a)分支管路分支管路 (b)(b)匯合管路匯合管路 (c)(c)并聯(lián)管路并聯(lián)管路 復(fù)雜管路的特點(diǎn)復(fù)雜管路的特點(diǎn) (1) (1) 各支管流量之和等于主管流量；各支管流量之和等于主管流量； (2) (2) 對(duì)任一支管而言，分支前及匯合后的總壓頭相等，由對(duì)任一支管而言，分支前及匯合后的總壓頭相等，由 此可建立支管間的機(jī)械能衡算式，從而確定出各支管的流此可建立支管間的機(jī)械能衡算式，從而確定出各支管

6、的流 量分配。量分配。 qV,O=qV,BqV,C hO=hBhf,OB=hChf,OC 8 復(fù)雜管路的計(jì)算內(nèi)容 已知總流量和各支管的規(guī)格，求算各支管的流量；已知總流量和各支管的規(guī)格，求算各支管的流量； 已知各支管的流量、管長(zhǎng)及管件、閥門的位置，已知各支管的流量、管長(zhǎng)及管件、閥門的位置， 確定合適的管徑；確定合適的管徑； 在已確定的輸送條件下，求算輸送設(shè)備的功率在已確定的輸送條件下，求算輸送設(shè)備的功率 9 用泵將圖中所示貯罐內(nèi)的油品輸送到用泵將圖中所示貯罐內(nèi)的油品輸送到A A，B B兩塔中。兩塔中。 從貯槽送到泵出口處，分為兩支，送至從貯槽送到泵出口處，分為兩支，送至A A塔頂部流量最大塔頂部

7、流量最大 為為16200 kgh16200 kgh 1 1，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為 ，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為9.819.8110105 5 Pa Pa，另一支，另一支 送到送到B B塔中部，最大流量為塔中部，最大流量為8100 kgh8100 kgh 1 1，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為 ，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為 1.181.1810106 6 Pa Pa。貯槽內(nèi)液面維持恒定，液面上方壓強(qiáng)為。貯槽內(nèi)液面維持恒定，液面上方壓強(qiáng)為 4.94.910104 4 Pa Pa（表壓）。已知：當(dāng)管路上閥門全開(kāi)，且流（表壓）。已知：當(dāng)管路上閥門全開(kāi)，且流 量達(dá)到規(guī)定的最大值時(shí)，油品流經(jīng)各段管路的阻力損失量達(dá)到規(guī)定的最大值時(shí)，油品流經(jīng)各段管路的阻力損失

8、分別是：由截面分別是：由截面1-11-1至至2-22-2為為3m3m液柱；由截面液柱；由截面2-22-2至至 3-33-3為為7m7m油品柱，由截面油品柱，由截面2-22-2至至4-44-4為為5m 5m 油品柱。油品柱。 因油品在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的動(dòng)能很小，可以忽略不計(jì)。各截因油品在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的動(dòng)能很小，可以忽略不計(jì)。各截 面地面的垂直距離如本題附圖中所示。油品的密度為面地面的垂直距離如本題附圖中所示。油品的密度為810 810 kg mkg m 3 3。求該條件下泵的有效功率。 。求該條件下泵的有效功率。 10 11 1.6 1.6 流體流量的測(cè)量流體流量的測(cè)量 測(cè)量流量的儀器稱為流量計(jì)。測(cè)量流

9、量的儀器稱為流量計(jì)。 流量計(jì) 容積式流量計(jì) 推理式流量計(jì) 濕式流量計(jì) 盤式流量計(jì) 橢圓齒輪流量計(jì) 節(jié)流式流量計(jì) 差壓式流量計(jì) 面積式流量計(jì) 孔板流量計(jì) 文丘里流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 12 1.6.11.6.1孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 它是由一片插入管道中的中央開(kāi)有圓孔的金屬它是由一片插入管道中的中央開(kāi)有圓孔的金屬 薄板（孔口經(jīng)過(guò)精密加工，從前到后擴(kuò)大）和薄板（孔口經(jīng)過(guò)精密加工，從前到后擴(kuò)大）和 連接孔板前后測(cè)壓孔的連接孔板前后測(cè)壓孔的U U形壓差計(jì)組成。形壓差計(jì)組成。 構(gòu)造構(gòu)造 13 工作原理工作原理 22 2 22 2 11 upup 21 2 1 2 2 2 ppuu 1 2 21 A A uu

10、)pp( ) A A ( u 21 2 1 2 2 2 1 1 )pp( ) A A ( C u 21 2 1 0 0 2 1 )pp( Cu 21 00 2 )(2 00 i Rg Cu )(Rg CAq i V 2 00 )( iba RgPP 14 )(Rg CAq i V 2 00 流量系數(shù)和孔流系數(shù)流量系數(shù)和孔流系數(shù), ,由實(shí)驗(yàn)測(cè)得由實(shí)驗(yàn)測(cè)得 C0主要取決于管道流動(dòng)的主要取決于管道流動(dòng)的Re, , 面積比面積比A0/A1， 測(cè)壓方式，孔口形狀，加工光潔度，孔板測(cè)壓方式，孔口形狀，加工光潔度，孔板 厚度和管臂粗糙度等。厚度和管臂粗糙度等。 C0 = 0.6 0.7 15 孔板流量計(jì)特點(diǎn)

11、孔板流量計(jì)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方 便，易于安裝，孔便，易于安裝，孔 板方便更換。板方便更換。 流體流過(guò)孔板后能流體流過(guò)孔板后能 量損失較大，并隨量損失較大，并隨 A0/A1減小而增大。減小而增大。 16 1.6.21.6.2文丘里（文丘里（VenturiVenturi）流量計(jì)）流量計(jì) 文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖 )(Rg ACq i VV 2 0 0.980.99 17 1.6.31.6.3轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 轉(zhuǎn)子承受的靜壓力轉(zhuǎn)子所受重力轉(zhuǎn)子承受的靜壓力轉(zhuǎn)子所受重力- -流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力 gVgVApp ffff )( 21 f ff A )(gV

12、pp )( 21 )pp( ACq RRV 21 2 f f RRV A ACq )(2gv f 18 轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠時(shí)一般是用轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠時(shí)一般是用2020水或水或20 20 100kPa100kPa的空氣進(jìn)行標(biāo)定刻度的。的空氣進(jìn)行標(biāo)定刻度的。 因被測(cè)流體的流量與該流體的密度有關(guān)，故當(dāng)測(cè)因被測(cè)流體的流量與該流體的密度有關(guān)，故當(dāng)測(cè) 量其他流體時(shí)，應(yīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定或?qū)υ械目潭燃右粤科渌黧w時(shí)，應(yīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定或?qū)υ械目潭燃右?校正。由于在同一刻度下校正。由于在同一刻度下A A f f相同，則 相同，則 )( )( 12 21 2, 1 , f f V V q q 上式中下標(biāo)上式中下標(biāo)1 1表示出廠

13、時(shí)標(biāo)定流體的流量和密度值表示出廠時(shí)標(biāo)定流體的流量和密度值, , 下標(biāo)下標(biāo)2 2表示實(shí)際操作時(shí)所測(cè)流體的流量及密度值。表示實(shí)際操作時(shí)所測(cè)流體的流量及密度值。 19 讀取流量方便，測(cè)量范圍寬，能量損失讀取流量方便，測(cè)量范圍寬，能量損失 很小，且能用于腐蝕性液體的測(cè)量。很小，且能用于腐蝕性液體的測(cè)量。 但由于測(cè)量管大多為玻璃制成，故不能但由于測(cè)量管大多為玻璃制成，故不能 承受高溫和高壓。承受高溫和高壓。 在安裝時(shí)應(yīng)注意必須保持垂直。在安裝時(shí)應(yīng)注意必須保持垂直。 轉(zhuǎn)子流量計(jì)特點(diǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)特點(diǎn) 20 1.7 1.7 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械: :對(duì)流體做功以提高流體機(jī)械對(duì)流體做

14、功以提高流體機(jī)械 能的裝置。能的裝置。 輸送液體的機(jī)械通稱為輸送液體的機(jī)械通稱為泵泵；輸送氣體的機(jī)；輸送氣體的機(jī) 械稱為械稱為風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)（通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)）。（通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)）。 本節(jié)以離心泵為代表，討論其本節(jié)以離心泵為代表，討論其工作原理工作原理、 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)及及性能性能，并計(jì)算其，并計(jì)算其功率消耗功率消耗。 21 1.7.11.7.1離心泵的工作原理及主要構(gòu)件離心泵的工作原理及主要構(gòu)件 離心泵的工作原理離心泵的工作原理 1.1.葉輪；葉輪；2.2.泵殼；泵殼；3.3.泵泵 軸；軸；4.4.吸入口吸入口 5.5.吸入管；吸入管； 6.6.單項(xiàng)底閥；單項(xiàng)底閥；7.7.濾網(wǎng)；濾網(wǎng)；8.8. 排

15、出口排出口 9.9.排出管；排出管；10.10. 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥 液體在泵內(nèi)的流動(dòng)液體在泵內(nèi)的流動(dòng) 離心泵裝置簡(jiǎn)圖離心泵裝置簡(jiǎn)圖 22 氣縛：泵殼和吸入管路內(nèi)沒(méi)有充滿液體，泵內(nèi)氣縛：泵殼和吸入管路內(nèi)沒(méi)有充滿液體，泵內(nèi) 有空氣，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪有空氣，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪 旋轉(zhuǎn)對(duì)其產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處所產(chǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)其產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處所產(chǎn) 生的負(fù)壓不足以造成吸上液體所需要的真空度。生的負(fù)壓不足以造成吸上液體所需要的真空度。 盡管被啟動(dòng)的離心泵葉輪在高速旋轉(zhuǎn)，但卻不盡管被啟動(dòng)的離心泵葉輪在高速旋轉(zhuǎn)，但卻不 能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為“氣

16、縛氣縛”。 為防止啟動(dòng)前泵內(nèi)及吸入管內(nèi)的液體泄漏，常為防止啟動(dòng)前泵內(nèi)及吸入管內(nèi)的液體泄漏，常 在吸入管底部安裝一個(gè)單向底閥。在底閥外常在吸入管底部安裝一個(gè)單向底閥。在底閥外常 裝有濾網(wǎng)，以防止流體中的固體雜質(zhì)吸入而堵裝有濾網(wǎng)，以防止流體中的固體雜質(zhì)吸入而堵 塞管道及泵殼，從而影響泵的正常操作。塞管道及泵殼，從而影響泵的正常操作。 液體密度葉輪轉(zhuǎn)速，葉輪尺寸， 離心力 F 23 1.7.21.7.2離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù) 流量：離心泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)泵輸送液流量：離心泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)泵輸送液 體的體積。代表泵的送液能力，用符號(hào)體的體積。代表泵的送液能力，用符號(hào)q qv

17、 v表示表示, , 單位為單位為m m3 3ss 1 1或 或m m3 3hh 1 1。 。 揚(yáng)程：泵的揚(yáng)程又稱為泵壓頭，指每重力單位，揚(yáng)程：泵的揚(yáng)程又稱為泵壓頭，指每重力單位， 即即1 1牛頓的液體經(jīng)泵所獲得的能量，以符號(hào)牛頓的液體經(jīng)泵所獲得的能量，以符號(hào)H He e表表 示，單位為示，單位為m m液柱。液柱。 fe h g pp g uu hH 12 2 1 2 2 0 2 24 21 12 2 1 2 2 0 2 fe h g pp g uu hH 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 f h g p g u ZHe g p g u Z g pp hH e 12 0 25 功率和效

18、率功率和效率 e P P gqHP vee 能能量量損損失失 泵泵內(nèi)內(nèi)液液體體泄泄露露容容積積損損失失 水水力力損損失失 液液體體流流經(jīng)經(jīng)葉葉輪輪，泵泵殼殼因因流流速速、方方 向向改改變變且且發(fā)發(fā)生生沖沖擊擊 機(jī)機(jī)械械損損失失 泵泵軸軸與與軸軸承承和和軸軸封封間間機(jī)機(jī)械械摩摩擦擦 26 1.7.31.7.3離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線 27 1.7.41.7.4離心泵的汽蝕現(xiàn)象和安裝高度離心泵的汽蝕現(xiàn)象和安裝高度 汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象 28 離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心泵入口的靜壓強(qiáng)低于外界的離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心泵入口的靜壓強(qiáng)低于外界的 壓強(qiáng)，液體才能源源不斷地被吸入和壓出。當(dāng)離心壓強(qiáng)，液體才能源源不

19、斷地被吸入和壓出。當(dāng)離心 泵入口處壓強(qiáng)低于被輸送液體在操作溫度下的飽和泵入口處壓強(qiáng)低于被輸送液體在操作溫度下的飽和 蒸氣壓時(shí)，就會(huì)引起液體的部分氣化并產(chǎn)生許多小蒸氣壓時(shí)，就會(huì)引起液體的部分氣化并產(chǎn)生許多小 氣泡，由泵中心的低壓區(qū)流進(jìn)葉輪高壓區(qū)的氣泡受氣泡，由泵中心的低壓區(qū)流進(jìn)葉輪高壓區(qū)的氣泡受 壓而重新凝結(jié)，造成局部真空，使周圍液體以極大壓而重新凝結(jié)，造成局部真空，使周圍液體以極大 速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間。在沖擊點(diǎn)處形成極速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間。在沖擊點(diǎn)處形成極 高的壓強(qiáng)（幾萬(wàn)高的壓強(qiáng)（幾萬(wàn)kPakPa）。在壓力很大頻率很高（每）。在壓力很大頻率很高（每 分鐘幾萬(wàn)次）的流體質(zhì)點(diǎn)的連續(xù)打

20、擊下，葉輪表面分鐘幾萬(wàn)次）的流體質(zhì)點(diǎn)的連續(xù)打擊下，葉輪表面 會(huì)逐漸損壞，這種現(xiàn)象稱為汽蝕現(xiàn)象。會(huì)逐漸損壞，這種現(xiàn)象稱為汽蝕現(xiàn)象。 氣蝕會(huì)使泵的性能降低，流量、揚(yáng)程和效率大大下氣蝕會(huì)使泵的性能降低，流量、揚(yáng)程和效率大大下 降?？s短泵的使用壽命，以至于不能正常工作。降。縮短泵的使用壽命，以至于不能正常工作。 29 為避免發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，離心泵葉輪入口處為避免發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，離心泵葉輪入口處 的絕對(duì)壓強(qiáng)必須大于工作溫度下液體的飽的絕對(duì)壓強(qiáng)必須大于工作溫度下液體的飽 和蒸氣壓，這就要求根據(jù)泵的性能確定泵和蒸氣壓，這就要求根據(jù)泵的性能確定泵 的安裝高度。的安裝高度。 離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度HgHg

21、是根據(jù)允許吸上真空是根據(jù)允許吸上真空 高度高度H HS S來(lái)確定的。來(lái)確定的。 30 10 2 110 2 ,fg h g u g pp H 離心泵的允許吸上真空高度與離心泵的允許吸上真空高度與 泵的結(jié)構(gòu)尺寸、被輸送液體的泵的結(jié)構(gòu)尺寸、被輸送液體的 性質(zhì)及當(dāng)?shù)氐拇髿鈮河嘘P(guān)。性質(zhì)及當(dāng)?shù)氐拇髿鈮河嘘P(guān)。 10 2 1 2 ,h g u Hs f 允許吸上真空高度：泵入口允許吸上真空高度：泵入口 處絕對(duì)壓強(qiáng)為處絕對(duì)壓強(qiáng)為p p1 1時(shí)可允許達(dá)時(shí)可允許達(dá) 到的最大真空度到的最大真空度 31 離心泵說(shuō)明書或銘牌上所給出的允許吸上真空離心泵說(shuō)明書或銘牌上所給出的允許吸上真空 高度一般是生產(chǎn)廠以高度一般是生產(chǎn)廠以2020清水，在清水，在98.1kPa98.1