化工基礎(chǔ)第三章

1、重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院第三章第三章 流體流動(dòng)過(guò)程及流體輸送設(shè)備流體流動(dòng)過(guò)程及流體輸送設(shè)備3.1 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì)3.2 流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律3.3 流體壓力和流量的測(cè)量流體壓力和流量的測(cè)量3.4 管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力3.5 流體輸送設(shè)備流體輸送設(shè)備流體的流動(dòng)和輸送要解決以下問(wèn)題：流體的流動(dòng)和輸送要解決以下問(wèn)題：選擇輸送流體所需管徑尺寸選擇輸送流體所需管徑尺寸；確定輸送流體所需能量和設(shè)備確定輸送流體所需能量和設(shè)備；流體性能參數(shù)的測(cè)量流體性能參數(shù)的測(cè)量, ,控制控制；研究流體的流動(dòng)形態(tài)，為強(qiáng)化設(shè)備和操作提供理論依據(jù)研究流體的流動(dòng)形態(tài)，為

2、強(qiáng)化設(shè)備和操作提供理論依據(jù)；了解輸送設(shè)備的工作原理和操作性能，正確地使用流體輸送了解輸送設(shè)備的工作原理和操作性能，正確地使用流體輸送設(shè)備設(shè)備；3.1 3.1 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì) 1 1密度密度 單位體積流體所具有的質(zhì)量稱(chēng)為單位體積流體所具有的質(zhì)量稱(chēng)為流體的密度流體的密度，其表達(dá)式為：，其表達(dá)式為：-流體密度，流體密度，km-3 ; m-流體質(zhì)量，流體質(zhì)量，kg；V-流體體積，流體體積，m3。 氣體具有可壓縮性及熱膨脹性，其密度隨壓力和溫度有氣體具有可壓縮性及熱膨脹性，其密度隨壓力和溫度有較大的變化。氣體密度可近似地用理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)較大的變化。氣體密度可近似地用理想氣體狀態(tài)方程

3、進(jìn)行計(jì)算：算： =pM/RT p氣體壓力氣體壓力 kNm-2或或kPa；T氣體溫度氣體溫度 K；M氣體摩氣體摩爾質(zhì)量爾質(zhì)量 gmol-1；R氣體常數(shù)氣體常數(shù)Jmo1-1K-1。=m=mV V 化工生產(chǎn)中所遇到的流體，往往是含有多個(gè)組分的混合化工生產(chǎn)中所遇到的流體，往往是含有多個(gè)組分的混合物。對(duì)于物。對(duì)于液體混合物液體混合物，各組分的濃度常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。，各組分的濃度常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。 I液體混合物中各純組分液體的密度，液體混合物中各純組分液體的密度，kgm-3；wI液體混合物中各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。液體混合物中各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。I I氣體混合物各純組分的密度，氣體混合物各純組分的密度，k

4、gmkgm-3-3； I I氣體氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)?；旌衔镏懈鹘M分的體積分?jǐn)?shù)。 iinnMwWWW22111對(duì)于對(duì)于氣體混合物氣體混合物: :iiiim22112比體積比體積 單位質(zhì)量流體所具有的體積稱(chēng)為流體的單位質(zhì)量流體所具有的體積稱(chēng)為流體的比體積比體積，以，以表示，表示，它與流體的密度互為倒數(shù)它與流體的密度互為倒數(shù): 一流體的比體積，一流體的比體積，m3kg-1；流體的密度，流體的密度，kgm-3。 =1/3壓力壓力 流體垂直作用于單位面積上的力稱(chēng)為流體垂直作用于單位面積上的力稱(chēng)為壓力壓力：p流體的壓力，流體的壓力，Pa；F流體垂直作用于面積流體垂直作用于面積A上的力，上的力，N

5、；A作用面積，作用面積，m2。壓力的單位壓力的單位Pa（Pascal，帕），即，帕），即Nm-2。latm760mmHg1.01325105Pa10.33mH2O1.033kgf-2常用壓力單位與常用壓力單位與Pa之間的換算關(guān)系如下：之間的換算關(guān)系如下：p= FA 壓力有兩種表達(dá)方式壓力有兩種表達(dá)方式表壓表壓=絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力-大氣壓力大氣壓力 真空度大氣壓力真空度大氣壓力-絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力表壓（真空度）表壓（真空度）4流量和流速流量和流速 流量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量流體量（體積體積或或質(zhì)量質(zhì)量）（1）若流量用若流量用體積體積來(lái)計(jì)

6、算，稱(chēng)為來(lái)計(jì)算，稱(chēng)為體積流量體積流量，以，以 qV 表示，單位：表示，單位：m3/s 。（2）若流量用若流量用質(zhì)量質(zhì)量來(lái)計(jì)算，稱(chēng)為來(lái)計(jì)算，稱(chēng)為質(zhì)量流量質(zhì)量流量， 以以 qm 表示，單位：表示，單位：kg/s 。（3）兩者關(guān)系為：兩者關(guān)系為： qm=qV (密度）密度）流速：流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離距離，單位：，單位：m/s注意：注意：（1）實(shí)際上，管道內(nèi)實(shí)際上，管道內(nèi)各流體質(zhì)點(diǎn)各流體質(zhì)點(diǎn)的速度是的速度是不一樣不一樣的（的（粘性粘性），），管中心管中心的流體質(zhì)點(diǎn)流速的流體質(zhì)點(diǎn)流速快快，靠近管壁靠近管壁的流體質(zhì)點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)慢慢。（2）為方便起見(jiàn)，實(shí)

7、際流速多用為方便起見(jiàn)，實(shí)際流速多用平均流速平均流速u(mài)（3）平均流速平均流速u(mài)與流量與流量qV 的關(guān)系為：的關(guān)系為： u = qV / S。（4）流體在一般管路中有一定的流速范圍。流體在一般管路中有一定的流速范圍。 質(zhì)量流速質(zhì)量流速的定義是單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管路單位截面積的的定義是單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管路單位截面積的質(zhì)量，以質(zhì)量，以w表示，單位為表示，單位為 kgs-1m-2，表達(dá)式為：，表達(dá)式為： w=qmS 流速和質(zhì)量流速兩者之間的關(guān)系：流速和質(zhì)量流速兩者之間的關(guān)系：液體液體1.53.0ms-1，高粘度液體，高粘度液體0.51.0 ms-1；氣體；氣體1020 ms-1，高壓氣體，高壓氣體15

8、25 ms-1；飽和水蒸氣；飽和水蒸氣2040 ms-1，過(guò)熱，過(guò)熱水蒸氣水蒸氣3050 ms-1。 w=u工業(yè)上用的流速范圍大致為：工業(yè)上用的流速范圍大致為：5粘度粘度-流體內(nèi)部摩擦力流體內(nèi)部摩擦力 流體的粘度越大，其流動(dòng)性就越小。流體的粘度越大，其流動(dòng)性就越小。 流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)，流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)，可以看成分割成無(wú)數(shù)極薄的可以看成分割成無(wú)數(shù)極薄的圓筒層，其中一層套著一層，圓筒層，其中一層套著一層，各層以不同的速度向前流動(dòng)，各層以不同的速度向前流動(dòng)，如圖如圖32所示。所示。實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：（平板實(shí)驗(yàn)，如圖平板實(shí)驗(yàn)，如圖）現(xiàn)象：現(xiàn)象：上層：上層：u=u(u=u(附著力）附著力） 下層：下層：u

9、=0u=0 中間：上層對(duì)下層有牽引力，中間：上層對(duì)下層有牽引力， 下層對(duì)上層有阻礙力下層對(duì)上層有阻礙力。 結(jié)果結(jié)果：各流層速度有差異：各流層速度有差異說(shuō)明說(shuō)明：F F是流體是流體內(nèi)部?jī)?nèi)部產(chǎn)生的，稱(chēng)產(chǎn)生的，稱(chēng)內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力或或剪切力剪切力。 流體內(nèi)部產(chǎn)生摩擦的性質(zhì)叫“粘性粘性”圖圖3一一3所示，將下板固定，而對(duì)上板施加一個(gè)恒定的外力，所示，將下板固定，而對(duì)上板施加一個(gè)恒定的外力，上板就以某一恒定速度上板就以某一恒定速度u沿著沿著x方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于一定的液體，內(nèi)摩擦力對(duì)于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩流體層間與兩流體層間的速度差的速度差u呈正比，與兩層間的接觸面積呈正比

10、，與兩層間的接觸面積A呈正比，而與兩層呈正比，而與兩層間的垂直距離間的垂直距離y呈反比，呈反比，即：即： F(u/y)A 引入比例系數(shù)引入比例系數(shù) ，則：，則： F（u/y）A 單位面積上的內(nèi)摩擦力稱(chēng)為單位面積上的內(nèi)摩擦力稱(chēng)為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，以，以表示，表示，則有：則有： FA（u/y） 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則有：而是曲線關(guān)系，則有： （du/dy） du/dy速度梯度，即在與流動(dòng)方向相垂直的速度梯度，即在與流動(dòng)方向相垂直的y方向上流體方向上流體速度的變化率速度的變化率 比例系數(shù)

11、，亦稱(chēng)為粘性系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度。比例系數(shù)，亦稱(chēng)為粘性系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度。 凡符合牛頓粘性定律的流體稱(chēng)為凡符合牛頓粘性定律的流體稱(chēng)為牛頓型流體牛頓型流體，所有氣體，所有氣體和大多數(shù)液體都屬于和大多數(shù)液體都屬于牛頓型流體牛頓型流體。 液體的粘度隨著溫度的液體的粘度隨著溫度的升高升高而而減小減小，氣體的粘度隨著溫，氣體的粘度隨著溫度的度的升高升高而而增加增加。 壓力變化時(shí)，液體的粘度基本上不變，氣體的粘度隨壓壓力變化時(shí)，液體的粘度基本上不變，氣體的粘度隨壓力的增加而增加得很少。力的增加而增加得很少。說(shuō)明：說(shuō)明：1. 粘度是流體的粘度是流體的物性，物性，是度量粘性的物理量；是度量粘性的物理量； 2. 由實(shí)驗(yàn)測(cè)

12、得，查手冊(cè)；由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，查手冊(cè)； 3. 混合物的粘度由經(jīng)驗(yàn)公式估算混合物的粘度由經(jīng)驗(yàn)公式估算 4. 單位：?jiǎn)挝唬篠I： Pas 物理單位制物理單位制 ：P(泊泊)=100 cp(厘泊厘泊) 5. 影響粘度的因素：影響粘度的因素： 液體液體: T, ; P忽略忽略 (升高溫度，液體分子間距增大，吸引升高溫度，液體分子間距增大，吸引力降低，粘度降低力降低，粘度降低)； 氣體氣體: T ,; P, (由于氣體分子間距大，吸引力小，由于氣體分子間距大，吸引力小，增加溫度或增加壓力，分子間碰撞增加，阻力增大，粘度增加溫度或增加壓力，分子間碰撞增加，阻力增大，粘度大大)3.2 流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的

13、基本規(guī)律Contents定態(tài)與非定態(tài)定態(tài)與非定態(tài)流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料物料衡算方程衡算方程流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的能量能量衡算方程衡算方程伯努利伯努利方程方程連續(xù)性連續(xù)性方程方程 流體流動(dòng)過(guò)程中，任一流體流動(dòng)過(guò)程中，任一截面上與流動(dòng)相關(guān)的物截面上與流動(dòng)相關(guān)的物理量理量 (流速、壓強(qiáng)、密度流速、壓強(qiáng)、密度等等) 不隨時(shí)間變化。不隨時(shí)間變化。1定態(tài)流動(dòng)和非定態(tài)流動(dòng)定態(tài)流動(dòng)和非定態(tài)流動(dòng)定態(tài)流動(dòng)定態(tài)流動(dòng) 非定態(tài)流動(dòng)非定態(tài)流動(dòng) 在流動(dòng)過(guò)程中，在流動(dòng)過(guò)程中，流體在任一截面上流體在任一截面上的物理量的物理量既隨位置既隨位置變化又隨時(shí)間而變變化又隨時(shí)間而變化的流動(dòng)?；牧鲃?dòng)。2. 2.

14、流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程流體在無(wú)支路的管路作流體在無(wú)支路的管路作定態(tài)流動(dòng)定態(tài)流動(dòng)流體單位時(shí)間通過(guò)管路每一個(gè)截面流體單位時(shí)間通過(guò)管路每一個(gè)截面的流體的流體質(zhì)量質(zhì)量相等相等 即：即：qm,1qm,2 = 常數(shù)常數(shù) mquS速度的變化速度的變化規(guī)律規(guī)律物理意義：物理意義：在穩(wěn)定流動(dòng)的系統(tǒng)中，流體流經(jīng)管道在穩(wěn)定流動(dòng)的系統(tǒng)中，流體流經(jīng)管道 的質(zhì)量流量恒的質(zhì)量流量恒為常數(shù)，但各截面的流速則隨管道的截面積為常數(shù)，但各截面的流速則隨管道的截面積S 和密度和密度的不同的不同而不同。而不同。1 11222u Su S112233u1u2u3討論：1.對(duì)不可壓縮流體（液體

15、），對(duì)不可壓縮流體（液體）， =常數(shù)常數(shù) 則：則： or: 2.對(duì)圓形管道對(duì)圓形管道 則：則： 1221SSuu212221dduu 結(jié)論：結(jié)論： 液體在沿著管道作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，液體在沿著管道作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，其流速與管道的截面積其流速與管道的截面積有關(guān)有關(guān), ,且只與截面積有關(guān)。且只與截面積有關(guān)。位能：位能：是指流體因距所選的基準(zhǔn)面有一定距離，由于重力作是指流體因距所選的基準(zhǔn)面有一定距離，由于重力作 用而具有的能量用而具有的能量流體流動(dòng)時(shí)的能量形式：流體流動(dòng)時(shí)的能量形式：動(dòng)能動(dòng)能 ：流體因流動(dòng)而具有的能量流體因流動(dòng)而具有的能量?jī)?nèi)能：內(nèi)能： 是流體內(nèi)部大量分子運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能和分子間相是流體內(nèi)部大

16、量分子運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能和分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能的總和?；プ饔昧Χ纬傻膬?nèi)位能的總和。mgZ221mu 3.3.機(jī)械能衡算機(jī)械能衡算柏努利方程靜壓能：靜壓能： 是流體處于當(dāng)時(shí)壓力是流體處于當(dāng)時(shí)壓力p下所具有的能量，即指流體因下所具有的能量，即指流體因被壓縮而能向外膨脹作功的能力，其值等于被壓縮而能向外膨脹作功的能力，其值等于pV( )mV （1） 理想流體伯努利方程式：理想流體伯努利方程式： 設(shè)在設(shè)在1 1、2 2截面間沒(méi)有外界能量輸入，液體也沒(méi)有向外界作功，截面間沒(méi)有外界能量輸入，液體也沒(méi)有向外界作功，則則mkg理想液體所具有的機(jī)械能為定值。理想液體所具有的機(jī)械能為定值。流體流動(dòng)的能

17、量衡算伯努利方程式流體流動(dòng)的能量衡算伯努利方程式 Qe 2 換熱器換熱器 2 Z2 流體入流體入 1 泵泵 Z1 1 He 1 流體出流體出 2222121122pmummgZpmummgZ2222121122pugZpugZ兩邊除以?xún)蛇叧詍，得：，得：兩邊除以?xún)蛇叧詍g，得：，得：gpguZgpguZ2222121122表示每千克流體所具有的能量，單位表示每千克流體所具有的能量，單位1kgJ表示每重力單位（牛頓）流體所具有得能量，單位表示每重力單位（牛頓）流體所具有得能量，單位mNJ1工程上將每牛頓流體所具有工程上將每牛頓流體所具有的各種形式的能量統(tǒng)稱(chēng)為壓的各種形式的能量統(tǒng)稱(chēng)為壓頭，頭，

18、Z稱(chēng)為位壓頭等稱(chēng)為位壓頭等（2） 實(shí)際流體伯努利方程式：實(shí)際流體伯努利方程式： 當(dāng)在當(dāng)在1、2截面間的系統(tǒng)中有外界能量截面間的系統(tǒng)中有外界能量He輸入，且輸入，且為實(shí)際流體時(shí)，則有摩擦阻力為實(shí)際流體時(shí)，則有摩擦阻力hf,則柏努利方程為：則柏努利方程為：feHpugZHpugZ2222121122fehgpguZHgpguZ2222121122位壓頭位壓頭動(dòng)壓頭動(dòng)壓頭靜壓頭靜壓頭壓頭損失壓頭損失泵的揚(yáng)程或有效壓頭泵的揚(yáng)程或有效壓頭(1N)(1kg)重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院能量的轉(zhuǎn)換能量的轉(zhuǎn)換 連通變徑管連通變徑管 h2h1h3h4重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院討論（物理

19、意義）：1.1. 理想流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)存在理想流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)存在三種機(jī)械能三種機(jī)械能；2.2. 各種形式的能量可以相互各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，但，但總能量守恒總能量守恒；3.3. 柏努利方程表明了能量之間的柏努利方程表明了能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系轉(zhuǎn)化關(guān)系。 4.4. 因?yàn)榉匠讨幸驗(yàn)榉匠讨?常數(shù)，所以只適用于不可壓縮性流常數(shù)，所以只適用于不可壓縮性流體。體。 重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院 靜力學(xué)基本方程說(shuō)明：說(shuō)明：1.柏努利方程描述了流動(dòng)和靜止時(shí)的規(guī)律2.靜止是流動(dòng)的一種特殊形式2211PgZPgZ5. 靜止時(shí)，靜止時(shí)，u1=u2=0 ,則：則：重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院

20、院注意：注意：（1）理想流體在導(dǎo)管中穩(wěn)定流動(dòng)，導(dǎo)管中任一截面的總能量或總壓）理想流體在導(dǎo)管中穩(wěn)定流動(dòng)，導(dǎo)管中任一截面的總能量或總壓頭為常數(shù)。頭為常數(shù)。（2）能量在不同形式間可以相互轉(zhuǎn)化。）能量在不同形式間可以相互轉(zhuǎn)化。實(shí)際流體的柏努利方程在解決流體流動(dòng)的問(wèn)題中十分重要，為了對(duì)它實(shí)際流體的柏努利方程在解決流體流動(dòng)的問(wèn)題中十分重要，為了對(duì)它作深入的認(rèn)識(shí)，討論以下幾種特殊形式。作深入的認(rèn)識(shí)，討論以下幾種特殊形式。 a、流動(dòng)時(shí)必有、流動(dòng)時(shí)必有hf ，且，且hf 總為總為正值正值；b b、若、若H = 0H = 0，則流體在，則流體在水平管水平管內(nèi)流動(dòng)。內(nèi)流動(dòng)。c c、若、若p = 0p = 0，則流體

21、在，則流體在敞開(kāi)水面敞開(kāi)水面間流動(dòng)。間流動(dòng)。重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院 作圖作圖 根據(jù)題意作出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。根據(jù)題意作出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。 單位務(wù)必統(tǒng)一單位務(wù)必統(tǒng)一 最好均采用國(guó)際單位制。最好均采用國(guó)際單位制。 4 4流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例 截面的選取截面的選取 確定出上下游截面以明確對(duì)流動(dòng)系統(tǒng)的衡確定出上下游截面以明確對(duì)流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍。算范圍?；鶞?zhǔn)水平面的選取基準(zhǔn)水平面的選取 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將所選兩個(gè)截為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將所選兩個(gè)截面中位置較低的一個(gè)作為基準(zhǔn)水平面。面中位置較低的一個(gè)作為基準(zhǔn)水平面。例例 3-l 今有一離

22、心水泵，其吸入管規(guī)格為今有一離心水泵，其吸入管規(guī)格為88.5mm4 mm，壓出，壓出管為管為75.5mm3.75mm，吸入管中水的流速為，吸入管中水的流速為 1.4 ms-1，試求，試求壓出管中水的流速為多少？壓出管中水的流速為多少？ （1 1）管道流速的確定）管道流速的確定解解：吸入管內(nèi)徑吸入管內(nèi)徑dl=88.52 480.5 mm 壓出管內(nèi)徑壓出管內(nèi)徑 d275.52 3.75=68 mm根據(jù)連續(xù)性方程根據(jù)連續(xù)性方程 u1S1= u2S2 圓管的截面積圓管的截面積S=d2/4上式寫(xiě)成：上式寫(xiě)成： u2/ul=(dl/d2)2壓出管中水的流速為：壓出管中水的流速為：u2=(dl/d2)2 u

23、l=(80.5/68)21.4ms-11.96 ms-1表明：當(dāng)流量一定時(shí)，圓管中流體的流速與管徑的平方呈反表明：當(dāng)流量一定時(shí)，圓管中流體的流速與管徑的平方呈反比。比。（2）容器相對(duì)位置的確定）容器相對(duì)位置的確定 例例32 采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。高位槽和反采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。高位槽和反應(yīng)釜均與大氣相通。要求物料在管內(nèi)以應(yīng)釜均與大氣相通。要求物料在管內(nèi)以 1.05 ms-1的速度流動(dòng)。的速度流動(dòng)。若料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為若料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為 2.25 JN-1，試求高位槽的，試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出多少米才能滿(mǎn)足加料要求？液面應(yīng)比虹吸管的出口

24、高出多少米才能滿(mǎn)足加料要求？解解：作示意圖，：作示意圖，取高位槽的液面為截面取高位槽的液面為截面11，虹吸，虹吸管的出口內(nèi)側(cè)為截面管的出口內(nèi)側(cè)為截面22，并取截，并取截面面22為基準(zhǔn)水平面。為基準(zhǔn)水平面。Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) +He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+hf 式中式中Z1=h，u1 =0 p1=0(表壓表壓)，He =0； Z20，u2=1.05 ms-1，p2=0（表壓），（表壓），h f2.25 JN-1在兩截面間列出柏努利方程式：在兩截面間列出柏努利方程式：代入柏努利方程式，并簡(jiǎn)化得：代入柏努利方程式，并簡(jiǎn)化得：h1.052 m2s-2/29.81

25、ms-22.25m2.31m即高位槽液面應(yīng)比虹吸管的出口高即高位槽液面應(yīng)比虹吸管的出口高2.31m，才能滿(mǎn)足加料的，才能滿(mǎn)足加料的要求。要求。（3）送料用壓縮空氣的壓力的確定）送料用壓縮空氣的壓力的確定 例例3 34 4 用離心泵將貯槽中的料液輸送到蒸發(fā)器內(nèi)，敞口用離心泵將貯槽中的料液輸送到蒸發(fā)器內(nèi)，敞口貯槽內(nèi)液面維持恒定。已知料液的密度為貯槽內(nèi)液面維持恒定。已知料液的密度為 1200 kg1200 kgm m-3-3，蒸發(fā)，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓力為器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓力為 200 mm Hg(200 mm Hg(真空度真空度) )，蒸發(fā)器進(jìn)，蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)的液面料口高于貯槽內(nèi)

26、的液面 15 m15 m，輸送管道的直徑為，輸送管道的直徑為 68 min68 min 4mm4mm，送液量為，送液量為 20 m20 m3 3h h-1-1。設(shè)溶液流經(jīng)全部管路的能量損失。設(shè)溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為為12.23 J12.23 JN N-1-1( (不包括出口的能量損失不包括出口的能量損失) )，若泵的效率為，若泵的效率為6060，試求泵的功率。試求泵的功率。 （4）流體輸送設(shè)備所需功率的確定）流體輸送設(shè)備所需功率的確定 式中式中 ZI=0，ul0，p 10（表壓）；（表壓）；Z215 m，因?yàn)橐驗(yàn)?qv20/360015.5610-3m3s-1 S（0.06820.004

27、）2m2/4 2.83 10-3 m2故故 u2Qv/S5.56 10-3m3S-1/2.83 103m2 =1.97 ms-1又又 p2200 .013 105/760 = 2.67 104Pa（真空度）（真空度） = -2.67 104Pa（表壓）（表壓） 解：解：取貯槽液面為截面取貯槽液面為截面11，管路出口內(nèi)側(cè)為截面，管路出口內(nèi)側(cè)為截面22，并以截面并以截面1一一l為基準(zhǔn)水平面。在截面為基準(zhǔn)水平面。在截面11和截面和截面22之間之間進(jìn)行能量衡算，有：進(jìn)行能量衡算，有：Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) +He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+fNeqmgHeqvgHe=12

28、00 kgm-35.56103 m3s-19.81m/s225.16m1.65103W1.65kwf12.23 JN-1將上列各數(shù)值代入拍努利方程式得：將上列各數(shù)值代入拍努利方程式得：He15 m1.9722m2s-2/(29.81ms-1)-2.67104kgs -2m-1/(12009.81 kgs-2m-2) + 12.23 m 25.16 m液柱液柱泵的理論功率：泵的理論功率：實(shí)際功率實(shí)際功率：Na=Ne/=1.65kw/0.60=2.75 kw例例3-5:管內(nèi)流體流速為管內(nèi)流體流速為0.5m/s,壓頭損失壓頭損失1.2m,求高位槽的液求高位槽的液面應(yīng)比塔入口高出多少米面應(yīng)比塔入口高出

29、多少米? 1 Z 2 P1= P2 = 0 (表表)u1= 0 u2= 0.5 m/sZ1= Z Z2=0Z1= u22/ 2g + Hf = 0.52/ (29.81) +1.2 =1.21m 作圖作圖 根據(jù)題意作出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。根據(jù)題意作出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。 單位務(wù)必統(tǒng)一單位務(wù)必統(tǒng)一 最好均采用國(guó)際單位制。最好均采用國(guó)際單位制。 流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例 截面的選取截面的選取 確定出上下游截面以明確對(duì)流動(dòng)系統(tǒng)的衡確定出上下游截面以明確對(duì)流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍。算范圍?；鶞?zhǔn)水平面的選取基準(zhǔn)水平面的選取 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將所選兩個(gè)截為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通

30、常將所選兩個(gè)截面中位置較低的一個(gè)作為基準(zhǔn)水平面。面中位置較低的一個(gè)作為基準(zhǔn)水平面。 測(cè)壓管php0ghp0 測(cè)壓管測(cè)壓管: : 絕壓:氣壓計(jì)氣壓計(jì):ghp0pghp 氣壓計(jì)p = 0p0h1)測(cè)壓管和氣壓計(jì)測(cè)壓管和氣壓計(jì)表壓: 1.1.流體壓力的測(cè)量流體壓力的測(cè)量3.3 3.3 流體壓力和流量的測(cè)量流體壓力和流量的測(cè)量 2 2）U U形管壓力計(jì)形管壓力計(jì) 管中盛有與測(cè)量液體不互溶、密度為管中盛有與測(cè)量液體不互溶、密度為i i的指的指示劑。示劑。U U形管的兩個(gè)側(cè)管分別連接到被測(cè)系統(tǒng)形管的兩個(gè)側(cè)管分別連接到被測(cè)系統(tǒng)的兩點(diǎn)的兩點(diǎn), , 得：得：p p= = p p2 2- -p p1 1= =（i

31、 i - -）g g ( (Z Z1 1 - -Z Z2 2)=)=（i i- -）g gR R式中：式中：RR為壓力計(jì)的讀數(shù)，即指示液的液面差；為壓力計(jì)的讀數(shù)，即指示液的液面差； i i和和分別為指示液及被測(cè)液體的密度。分別為指示液及被測(cè)液體的密度。p= pp= p2 2 -p -p1 1=I I g g（Z Z1 1 -Z -Z2 2）=I I g R g R若被測(cè)量的流體是氣體，上式可簡(jiǎn)化為：若被測(cè)量的流體是氣體，上式可簡(jiǎn)化為：gRpp)(213)3)倒倒U U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì)gRpp21倒U形管壓差計(jì)1122p1p2z1z2R00 4 4）微差壓力計(jì)）微差壓力計(jì) 為測(cè)量微小壓力差，

32、常采用微差壓力計(jì)。用為測(cè)量微小壓力差，常采用微差壓力計(jì)。用于氣體系統(tǒng)的測(cè)量。結(jié)構(gòu)如下圖所示于氣體系統(tǒng)的測(cè)量。結(jié)構(gòu)如下圖所示若兩種指示液的密度分別為若兩種指示液的密度分別為，l l和和2 2，兩測(cè)，兩測(cè)壓點(diǎn)之間的壓力差為：壓點(diǎn)之間的壓力差為：p pp p2 2p pl l=(=(1 1-2 2)gR)gR上述各壓力計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，測(cè)壓準(zhǔn)確，在實(shí)驗(yàn)室上述各壓力計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，測(cè)壓準(zhǔn)確，在實(shí)驗(yàn)室有廣泛的應(yīng)用。有廣泛的應(yīng)用。 2 2流體流量的測(cè)定流體流量的測(cè)定 利用流體機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)的流體流量測(cè)量?jī)x表有利用流體機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)的流體流量測(cè)量?jī)x表有孔板孔板流量計(jì)，文丘里流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量計(jì)，文

33、丘里流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。等。 （1 1）孔板流量計(jì)）孔板流量計(jì)設(shè)流體的密度不變，在孔板設(shè)流體的密度不變，在孔板前導(dǎo)管上取一截面前導(dǎo)管上取一截面1 111，孔板后取另一截面孔板后取另一截面2222，列出兩截面之間能量衡算式：列出兩截面之間能量衡算式： R121002d1S1u1d0S0u0d2S2u2 孔板流量計(jì)Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) = Z2+u22/(2g)+p2/(g)式中：式中：u1流體通過(guò)孔板前的流速，即流體在流體通過(guò)孔板前的流速，即流體在管道中的流速，管道中的流速，ms-1； u2流體通過(guò)孔板時(shí)的流速，流體通過(guò)孔板時(shí)的流速，ms-1； p1流體在管道中的靜壓力，流

34、體在管道中的靜壓力，Pa； p2流體通過(guò)孔板時(shí)的壓力流體通過(guò)孔板時(shí)的壓力Pa )(221pp 2122u-ugpgpg21221221)(1/ )(2SSpp因是水平管道，因是水平管道，Z1= Z2，則有，則有=u2= 結(jié)合校正系數(shù)，并以代替結(jié)合校正系數(shù)，并以代替u u2 2得得 的值為的值為0.610.610.630.63。 oc若液柱壓力計(jì)的讀數(shù)為若液柱壓力計(jì)的讀數(shù)為RR，指示液的密度為，指示液的密度為i i，則，則)(20021ppcu)(20021ppRgcu 流量計(jì)算公式為流量計(jì)算公式為 qv=u0So= )(200iRgSc特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用廣泛，缺點(diǎn)是能量損耗較大。特

35、點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用廣泛，缺點(diǎn)是能量損耗較大。 重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院 (2) (2) 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì) 針對(duì)孔板流量計(jì)能量損耗較大的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)文丘里針對(duì)孔板流量計(jì)能量損耗較大的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)文丘里流量計(jì)如圖所示。流量計(jì)如圖所示。 q qv v= =u u0 0S So o= = )(20iVRgSc 式中：式中： 為文丘里流量計(jì)的為文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)，其值約為流量系數(shù)，其值約為0.980.98，S S0 0為喉管處的截面積。為喉管處的截面積。 vc喉管喉管 (3)(3)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要部件為帶刻度線的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要部件為帶刻度線的錐形

36、玻璃管錐形玻璃管，管內(nèi)，管內(nèi)裝可上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子。裝可上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子。pARVRRg-VRg式中式中:p:p轉(zhuǎn)子上下間轉(zhuǎn)子上下間的壓差的壓差； V VR R轉(zhuǎn)子體積轉(zhuǎn)子體積；A AR R轉(zhuǎn)子頂端面的橫截面積轉(zhuǎn)子頂端面的橫截面積；R R轉(zhuǎn)子密度轉(zhuǎn)子密度； 流體密度流體密度重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院根據(jù)柏努利方程同樣可導(dǎo)出：根據(jù)柏努利方程同樣可導(dǎo)出：gpgcuRR/2 式中式中 cR校正因子，與流體的流形、轉(zhuǎn)子形狀等有關(guān)。校正因子，與流體的流形、轉(zhuǎn)子形狀等有關(guān)。qV= uRSR=cRSRgpg/2 式中式中 SR轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的面積，轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的面積，m2 qV流體的體積流量，

37、流體的體積流量，m3s1流量公式為流量公式為3.4 管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 1. 管、管件及閥門(mén)簡(jiǎn)介管、管件及閥門(mén)簡(jiǎn)介 (1) 管管 管子種類(lèi)繁多。有管子種類(lèi)繁多。有鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬管、塑料管及橡膠管管、塑料管及橡膠管等。等。 常把玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等稱(chēng)為光滑管；常把玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等稱(chēng)為光滑管；舊鋼管舊鋼管和鑄鐵管稱(chēng)為粗糙管和鑄鐵管稱(chēng)為粗糙管. 鋼管分鋼管分有縫鋼管有縫鋼管和和無(wú)縫鋼管無(wú)縫鋼管,管子按照管材的性質(zhì)，可分為管子按照管材的性質(zhì)，可分為光滑管和粗糙管光滑管和粗糙管。 管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱(chēng)為管

38、壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱(chēng)為絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度，以，以表表示。絕對(duì)粗糙度示。絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑與管內(nèi)徑d的比值，稱(chēng)為的比值，稱(chēng)為相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度。表。表31列出了部分管道的絕對(duì)粗糙度。列出了部分管道的絕對(duì)粗糙度。 （ 3）閥門(mén)）閥門(mén) 閥門(mén)在管道中用以切斷流動(dòng)或調(diào)節(jié)流量。常用的閥閥門(mén)在管道中用以切斷流動(dòng)或調(diào)節(jié)流量。常用的閥門(mén)有截止閥、閘閥和止逆閥等。門(mén)有截止閥、閘閥和止逆閥等。 （2 2）管件）管件 用來(lái)改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵用來(lái)改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵塞管道等。塞管道等。 流體流動(dòng)形態(tài)有兩種截然不同的類(lèi)型，流體流動(dòng)形態(tài)有兩種截然不同的類(lèi)型，一種是一種是滯流滯

39、流（或?qū)恿鳎?；另（或?qū)恿鳎涣硪环N為一種為湍流湍流（或紊流）。（或紊流）。兩種流型在內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，流動(dòng)速度分兩種流型在內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，流動(dòng)速度分布規(guī)律和流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因都有所不同，但其布規(guī)律和流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因都有所不同，但其根本的區(qū)別根本的區(qū)別還在于質(zhì)點(diǎn)還在于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式的不同。運(yùn)動(dòng)方式的不同。2 流體流動(dòng)的形態(tài)流體流動(dòng)的形態(tài)（1）雷諾實(shí)驗(yàn)）雷諾實(shí)驗(yàn)滯流（也稱(chēng)為層流）：滯流（也稱(chēng)為層流）：流體質(zhì)點(diǎn)很有秩序地分層順著流體質(zhì)點(diǎn)很有秩序地分層順著軸線平行軸線平行流動(dòng)，層與層之間沒(méi)流動(dòng)，層與層之間沒(méi)有明顯的干擾。各層間分子只因擴(kuò)散而轉(zhuǎn)移，不產(chǎn)生流體質(zhì)有明顯的干擾。各層間分子只因擴(kuò)散而轉(zhuǎn)移

40、，不產(chǎn)生流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀混合。點(diǎn)的宏觀混合。 湍流（也稱(chēng)為紊流）：湍流（也稱(chēng)為紊流）：流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)作流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)不規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)，一，一層滑過(guò)一層的黏性流動(dòng)情況基本消失，質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞，產(chǎn)層滑過(guò)一層的黏性流動(dòng)情況基本消失，質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞，產(chǎn)生大大小小的旋渦。生大大小小的旋渦。不穩(wěn)定的不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)：在該區(qū)域，可能是層流，也可能是湍流。較易受外界條在該區(qū)域，可能是層流，也可能是湍流。較易受外界條件的影響，很件的影響，很容易容易發(fā)生流型的轉(zhuǎn)變。發(fā)生流型的轉(zhuǎn)變。影響流動(dòng)狀況的因素：影響流動(dòng)狀況的因素：流速流速u(mài)，管徑管徑d、流體的粘度流體的粘

41、度密度密度（2）雷諾數(shù)）雷諾數(shù)duReRe準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無(wú)因次數(shù)群準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無(wú)因次數(shù)群。組成此數(shù)群的各物理量。組成此數(shù)群的各物理量,必須用一致必須用一致的單位表示。的單位表示。此數(shù)群稱(chēng)為此數(shù)群稱(chēng)為雷諾數(shù)，雷諾數(shù)，以以Re表示，可判別流體的流動(dòng)形態(tài)表示，可判別流體的流動(dòng)形態(tài)對(duì)直管內(nèi)的流動(dòng)而言：對(duì)直管內(nèi)的流動(dòng)而言：Re 2000 層流區(qū)層流區(qū) 2000 Re 4000 湍流區(qū)湍流區(qū) 對(duì)于非圓形管道，計(jì)算對(duì)于非圓形管道，計(jì)算Re時(shí)，應(yīng)以時(shí)，應(yīng)以當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de代替代替特征數(shù)中的特征數(shù)中的直徑直徑d 。當(dāng)量直徑的定義為：。當(dāng)量直徑的定義為：流體潤(rùn)濕的周邊流體流過(guò)的橫截面積 4ed（3）流型的判斷）流型

42、的判斷(4)滯流和湍流的特征滯流和湍流的特征滯流時(shí)的速度分布滯流時(shí)的速度分布 理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，滯流時(shí)的速度沿管徑按拋物線的理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，滯流時(shí)的速度沿管徑按拋物線的規(guī)律分布，如圖所示。截面上各點(diǎn)速度的平均值等于管中心處最規(guī)律分布，如圖所示。截面上各點(diǎn)速度的平均值等于管中心處最大速度大速度umax的的0.5倍倍。湍流時(shí)的速度分布湍流時(shí)的速度分布速度分布比較速度分布比較均勻均勻，速度分布曲線不再是嚴(yán)格的拋物線。管內(nèi)流體的平，速度分布曲線不再是嚴(yán)格的拋物線。管內(nèi)流體的平均流速為管中央最大流速的均流速為管中央最大流速的0.8倍倍左右。左右。（5 5）邊界層簡(jiǎn)介邊界層簡(jiǎn)介邊界層的概念：

43、 設(shè)流體以設(shè)流體以u(píng) u的均勻流速流過(guò)固體壁面，如圖，則的均勻流速流過(guò)固體壁面，如圖，則: :緊貼壁面流體粘在壁面上，緊貼壁面流體粘在壁面上，速度為速度為0 0；此靜止層又因?yàn)檎承粤τ绊懫湎噜弻恿黧w，使流速此靜止層又因?yàn)檎承粤τ绊懫湎噜弻恿黧w，使流速變慢變慢; ;此影響沿法線方向此影響沿法線方向傳遞傳遞并并減弱減弱; ;在離壁面一定距離處，減弱至在離壁面一定距離處，減弱至影響影響可可忽略忽略 u uu%99 設(shè)流體以設(shè)流體以 的均勻流速流過(guò)固體壁面，如圖，則的均勻流速流過(guò)固體壁面，如圖，則: :說(shuō)明：說(shuō)明：1. 1. 邊界層中有層流和湍流（有層流內(nèi)層）；邊界層中有層流和湍流（有層流內(nèi)層）； 2

44、. 2. 邊界層內(nèi)有速度梯度，是產(chǎn)生較大剪應(yīng)力的邊界層內(nèi)有速度梯度，是產(chǎn)生較大剪應(yīng)力的區(qū)域，有阻力；區(qū)域，有阻力； 3. 3. 邊界層外稱(chēng)為流體主流區(qū)，無(wú)速度梯度，無(wú)邊界層外稱(chēng)為流體主流區(qū)，無(wú)速度梯度，無(wú)阻力。阻力。 u對(duì)于圓形管：對(duì)于圓形管： 在進(jìn)口處即開(kāi)始形成邊界層。隨著距進(jìn)口距離在進(jìn)口處即開(kāi)始形成邊界層。隨著距進(jìn)口距離L L的的增大增大，邊界層的厚度也逐漸邊界層的厚度也逐漸加加厚。在距管進(jìn)口厚。在距管進(jìn)口L L0 0處，邊界層處，邊界層匯匯聚聚于管中心線，此后于管中心線，此后邊界層占據(jù)整個(gè)管截面邊界層占據(jù)整個(gè)管截面，厚度維持，厚度維持不變切等于半徑。不變切等于半徑。 L L0 0稱(chēng)為稱(chēng)為

45、進(jìn)口段長(zhǎng)度進(jìn)口段長(zhǎng)度在進(jìn)口段以后，在進(jìn)口段以后，u u不隨不隨x x變化，變化，稱(chēng)為稱(chēng)為完全發(fā)展了的流動(dòng)完全發(fā)展了的流動(dòng) 3管內(nèi)流動(dòng)阻力計(jì)算管內(nèi)流動(dòng)阻力計(jì)算 管件或閥門(mén)管件或閥門(mén)等徑直管等徑直管管路輸送系統(tǒng)管路輸送系統(tǒng)直管摩擦損失局部摩擦損失hf 分為兩類(lèi)：分為兩類(lèi)：hf=hfhlguhf22 式中式中是一比例系數(shù)，稱(chēng)為阻力系數(shù)。是一比例系數(shù)，稱(chēng)為阻力系數(shù)。 (1)(1)直管阻力的計(jì)算直管阻力的計(jì)算 設(shè)其靜壓力分別為設(shè)其靜壓力分別為p p1 1和和P P2 2，且，且p p1 1P P2 2，在兩個(gè)截面之間，在兩個(gè)截面之間的柏努利方程式為：的柏努利方程式為： 如圖，流體在長(zhǎng)為如圖，流體在長(zhǎng)為L(zhǎng)

46、 L，內(nèi)徑為，內(nèi)徑為d d的管內(nèi)以流速的管內(nèi)以流速u(mài) u作定態(tài)流動(dòng)，作定態(tài)流動(dòng)，Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) =Z2+u22/(2g)+p2/(g)+ hf重重慶慶師師范范大大學(xué)學(xué)化化學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院在等徑水平管內(nèi)，有在等徑水平管內(nèi)，有Z Z1 1= Z= Z2 2，u u1 1= u= u2 2=u=u，上式變?yōu)椋?，上式變?yōu)椋捍怪弊饔糜诹黧w柱兩端截面垂直作用于流體柱兩端截面1111和和2222上的力分別為：上的力分別為： p1-p2=ghfF1=p1A1= p1d12/4F2=p2A2= p2 d22/4d d1 1= =d d2 2= =d d，故推動(dòng)流體流動(dòng)的推動(dòng)力，故推動(dòng)流體流

47、動(dòng)的推動(dòng)力F1- F2 =(p1-p2) d2/4而平行作用于管內(nèi)表面上的摩擦力而平行作用于管內(nèi)表面上的摩擦力F F為為Fdl 流體在管內(nèi)作流體在管內(nèi)作定態(tài)等速定態(tài)等速流動(dòng)，作用于流體上的流動(dòng)，作用于流體上的推動(dòng)力和摩推動(dòng)力和摩擦阻力擦阻力必然必然大小相等，方向相反大小相等，方向相反，有：，有： (p1-p2) d22/4=dl p1-p2=4l/dhf =4l/gd得得dlu2828u得得fhgudl22長(zhǎng)徑比，無(wú)量長(zhǎng)徑比，無(wú)量綱綱動(dòng)能動(dòng)能摩擦系摩擦系數(shù)數(shù)-直管摩擦損失計(jì)算通式直管摩擦損失計(jì)算通式 （范寧公式）（范寧公式）r,l，則截面積為，則截面積為rr2 2，滑動(dòng)表面積為，滑動(dòng)表面積為2

48、rl2rl。取微分距離。取微分距離drdr, , 滑動(dòng)摩擦阻力為：滑動(dòng)摩擦阻力為：要克服要克服F F而使流體流動(dòng)，流體必須接受與其大小相等、方向相而使流體流動(dòng)，流體必須接受與其大小相等、方向相反的推動(dòng)力反的推動(dòng)力-(p-(p1 1-p-p2 2)r)r2 2，即有，即有dudr (2)(2)滯流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)滯流時(shí)的摩擦阻力系數(shù) drdurldyduAF2整理并積分，得：整理并積分，得：Rudulrdrpp0021max2)(-(p1-p2)r2=2rlr：0R，u：umax0 pR222lumax以以d=2Rd=2R，u=uu=umaxmax/2/2代入，并整理代入，并整理 =64/Rep

49、p =32ul/d =32ul/d2 2或或gudlgphf2Re642ReRe越大越大，滯流底層，滯流底層越薄越薄，管壁粗糙度管壁粗糙度對(duì)湍流阻力的影響越大。對(duì)湍流阻力的影響越大。因而，湍流的流體阻力或摩擦阻力系數(shù)還與因而，湍流的流體阻力或摩擦阻力系數(shù)還與管壁粗糙度有關(guān)管壁粗糙度有關(guān)。 (3)湍流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)湍流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)dRe,式中式中,是管壁凹凸不平的平均高度，稱(chēng)是管壁凹凸不平的平均高度，稱(chēng)絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度，簡(jiǎn)稱(chēng)粗糙，簡(jiǎn)稱(chēng)粗糙度。度。/d/d稱(chēng)為稱(chēng)為相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度。 若管壁的若管壁的很小，對(duì)流動(dòng)阻力無(wú)影響時(shí)，這種管道稱(chēng)為很小，對(duì)流動(dòng)阻力無(wú)影響時(shí)，這種管道稱(chēng)為光光滑管滑

50、管，反之，反之，為粗糙管為粗糙管。使用時(shí)注意經(jīng)驗(yàn)使用時(shí)注意經(jīng)驗(yàn)式的適用范圍式的適用范圍人們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到幾個(gè)光滑管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：人們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到幾個(gè)光滑管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：25. 03164. 0Re柏拉修斯（柏拉修斯（Blasius）式：）式：（3000Re105）尼古拉茲式：尼古拉茲式：237. 0221. 00032. 0Re（105Re3106）經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001

51、0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re層層流流區(qū)區(qū)Re64 過(guò)渡區(qū)湍湍流流區(qū)區(qū)dRe,阻力平方區(qū)d水水力力光光滑滑管管Regudlhf22莫狄（莫狄（Moody）圖）圖 a滯流區(qū)滯流區(qū) Re2 000，64/Re,與與/d無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)。b過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū) 2 000Re4000，流形為，流形為非定態(tài)非定態(tài)易波動(dòng)易波

52、動(dòng), 常作常作湍流湍流處理。處理。c. 湍流區(qū)湍流區(qū) Re4 000以及虛線以下區(qū)域以及虛線以下區(qū)域,與與 Re和和/d均有均有關(guān)關(guān),隨隨 Re的增大而減小的增大而減小, 隨隨/d增大而增大增大而增大. hfu1.75d. 完全湍流區(qū)完全湍流區(qū) Re足夠大時(shí)足夠大時(shí),與與 Re無(wú)關(guān)無(wú)關(guān),僅與僅與/d有關(guān)。有關(guān)。 R d A1 A2u 當(dāng)量長(zhǎng)度法：局部阻力系數(shù)法le-當(dāng)量長(zhǎng)度，可查有關(guān)圖表gudlhef22,局guhf22,局-局部阻力系數(shù)，可查有關(guān)圖表（2）局部阻力的計(jì)算）局部阻力的計(jì)算由于流體的流速或流動(dòng)方向突然發(fā)生變化而產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)由于流體的流速或流動(dòng)方向突然發(fā)生變化而產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)

53、致形體阻力。致形體阻力。例例37 要求向精餾塔中以均勻的流速進(jìn)料，現(xiàn)裝設(shè)一高位糟，要求向精餾塔中以均勻的流速進(jìn)料，現(xiàn)裝設(shè)一高位糟，使得料液自動(dòng)流入精餾塔中，如附圖所示。若高位槽的液面保使得料液自動(dòng)流入精餾塔中，如附圖所示。若高位槽的液面保持持1.5m的高度不變，塔內(nèi)操作壓力為的高度不變，塔內(nèi)操作壓力為0.4kgfcm-2(表壓表壓)，塔的，塔的進(jìn)料量需維持在進(jìn)料量需維持在50m3h-1，則高位槽的液面應(yīng)該高出塔的進(jìn)，則高位槽的液面應(yīng)該高出塔的進(jìn)料口多少米才能達(dá)到要求？若已知料液的粘度為料口多少米才能達(dá)到要求？若已知料液的粘度為1.510-3Pas，密度為密度為900 kgm-3，連接管的尺寸為

54、，連接管的尺寸為108mm4 mm的鋼管，的鋼管，其長(zhǎng)度為其長(zhǎng)度為h+1.5 m，管道上的管件有，管道上的管件有 180的回彎頭、截止閥及的回彎頭、截止閥及 90的彎頭各一個(gè)。的彎頭各一個(gè)。解：解：取高位槽內(nèi)液面為截面取高位槽內(nèi)液面為截面1一一1，精餾塔的加料口內(nèi)側(cè)，精餾塔的加料口內(nèi)側(cè)為截面為截面22”，并取此加料口的中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面，并取此加料口的中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程間列柏努利方程hfhfhl(l+le)/du2/(2g) Redu/0.1001.77900/0.0011.06105Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) =Z2+u22/(2g)+p2/(

55、g)+ h f式中式中 Z1=h，Z2=0, u10u2(50/3 600)/(0.100/2)21.77 ms-1(p2-p1)/(g)=0.49.807104/(9009.807) 4.44 m液柱液柱取取0.3 mm，/d0.3/100=0.003，查圖得查圖得 0.0275 hf (l/d) u2/(2g)0.0275(h1.5)/0.100(1.772/29.807)=0.044(h+1.5) 物料由貯槽流入管子，取物料由貯槽流入管子，取le12.1；180彎頭彎頭le210；截止閥；截止閥(按按1/2開(kāi)度計(jì)開(kāi)度計(jì)), le3=28；90 彎頭彎頭le44.5結(jié)果表明高位槽液面至少高

56、出塔內(nèi)進(jìn)料口結(jié)果表明高位槽液面至少高出塔內(nèi)進(jìn)料口6.93m，才能滿(mǎn)足精，才能滿(mǎn)足精餾塔的進(jìn)料要求。餾塔的進(jìn)料要求。 0.0275(2.l10284.5)/0.100l.772/(29.807)=1.96m液液柱柱hf (le/d) u2/(2g) (le1+ le2+ le3+ le4)/du2/(2g)將以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程：將以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程：h4.441.772/(29.807)0.044(h1.5)1.96解得：解得：h6.93 m流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 真空泵真空泵壓縮機(jī)壓縮機(jī)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)氣體壓送機(jī)械氣體壓送機(jī)械泵泵液體輸送機(jī)械液體輸送機(jī)械 3.5 3.5 流體

57、輸送設(shè)備流體輸送設(shè)備按泵的工作原理分按泵的工作原理分:特點(diǎn)：使流體獲得速度特點(diǎn)：使流體獲得速度特點(diǎn)：機(jī)械內(nèi)部的工作容積不斷發(fā)生變化。特點(diǎn)：機(jī)械內(nèi)部的工作容積不斷發(fā)生變化。、回轉(zhuǎn)式等往復(fù)式正位移式：如軸流式、噴射式等、離心式速度式：如泵 1.1.離心泵離心泵 (1) (1)離心泵的構(gòu)造和工作原理離心泵的構(gòu)造和工作原理 離心泵的主要部件：離心泵的主要部件：1.葉輪葉輪2.泵殼泵殼3.軸封裝置軸封裝置1.1.葉輪葉輪2. 泵殼泵殼泵殼的作用：泵殼的作用：匯集液體，匯集液體，即從葉輪外周甩出的液體，再沿泵殼中通道流過(guò)，排出即從葉輪外周甩出的液體，再沿泵殼中通道流過(guò)，排出泵體；泵體；轉(zhuǎn)能裝置，轉(zhuǎn)能裝置，

58、因殼內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)方向與蝸殼流道逐漸擴(kuò)大的方向一致，因殼內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)方向與蝸殼流道逐漸擴(kuò)大的方向一致，減少了流動(dòng)能量損失，并且可以使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。減少了流動(dòng)能量損失，并且可以使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。3.軸封裝置軸封裝置軸封：軸封：離心泵工作時(shí)是泵軸旋轉(zhuǎn)而泵殼不動(dòng)，泵軸與泵殼之間的密離心泵工作時(shí)是泵軸旋轉(zhuǎn)而泵殼不動(dòng)，泵軸與泵殼之間的密 封。封。作用：作用：防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿間隙漏出，或外界空氣漏入泵內(nèi)。防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿間隙漏出，或外界空氣漏入泵內(nèi)。4.離心泵的工作原理離心泵的工作原理 5.氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象 氣縛現(xiàn)象：氣縛現(xiàn)象：當(dāng)啟動(dòng)離心泵時(shí)，若泵內(nèi)未能灌滿(mǎn)液體而存在大量當(dāng)啟動(dòng)離心泵時(shí)

59、，若泵內(nèi)未能灌滿(mǎn)液體而存在大量氣體氣體，則由于空氣的，則由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力很小，因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的離心力很小，因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的真空度真空度，這，這種可以啟動(dòng)離心泵，使種可以啟動(dòng)離心泵，使葉輪空轉(zhuǎn)葉輪空轉(zhuǎn)，但，但不能輸送液體不能輸送液體的現(xiàn)象稱(chēng)為的現(xiàn)象稱(chēng)為“氣氣縛現(xiàn)象縛現(xiàn)象”。 (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、揚(yáng)程、功率和效率流量、揚(yáng)程、功率和效率H，又稱(chēng)壓頭，泵對(duì)單位重量流體提供的有效能量，又稱(chēng)壓頭，泵對(duì)單位重量流體提供的有效能量，m?？蓽y(cè)量可測(cè)量Q，泵單位時(shí)

60、間實(shí)際輸出的液體量，泵單位時(shí)間實(shí)際輸出的液體量，m3/s或或m3/h?？蓽y(cè)量?？蓽y(cè)量 流量計(jì) 真空表 c 壓力表 h0 b在泵進(jìn)口在泵進(jìn)口b、泵出口、泵出口c間列機(jī)械能衡算式：間列機(jī)械能衡算式： Hgugpbb22 cbfccHgugp22 gppHbc gppbc )()(真真表表 1. 流量流量2. 揚(yáng)程揚(yáng)程3. 軸功率和效率軸功率和效率N，又稱(chēng)功率，單位，又稱(chēng)功率，單位W 或或kW NNe NgHqv ，無(wú)量綱，無(wú)量綱小型水泵：小型水泵： 一般為一般為5050 70%70% 大型泵：大型泵： 可達(dá)可達(dá)90%90%以上以上包括包括 ：H Q 曲線曲線 N Q 曲線、曲線、 Q 曲線曲線四四