流體的運(yùn)動(dòng)與輸送

流體的運(yùn)動(dòng)與輸送第1頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一內(nèi)容提要流體靜力學(xué)流體在管內(nèi)的流動(dòng)流體的流動(dòng)現(xiàn)象流動(dòng)阻力管路計(jì)算流量測(cè)量

流體輸送設(shè)備要求掌握連續(xù)性方程和能量方程能進(jìn)行管路的設(shè)計(jì)計(jì)算第2頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第4頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一研究流體流動(dòng)問(wèn)題的重要性流體:

在剪應(yīng)力作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體，流體是氣體與液體的總稱(chēng)。流體流動(dòng)是最普遍的化工單元操作之一；研究流體流動(dòng)問(wèn)題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)。2.1流體的物理性質(zhì)及作用在流體上的力

第5頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流體的特征具有流動(dòng)性；無(wú)固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不可壓縮流體：流體的體積不隨壓力變化而變化，如液體；可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化，如氣體。第6頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不可壓縮流體：流體的體積如果不隨壓力及溫度變化，這種流體稱(chēng)為不可壓縮流體。實(shí)際上流體都是可壓縮的，一般把液體當(dāng)作不可壓縮流體；氣體應(yīng)當(dāng)屬于可壓縮流體。但是，如果壓力或溫度變化率很小時(shí)，通常也可以當(dāng)作不可壓縮流體處理?？蓧嚎s流體：流體的體積如果隨壓力及溫度變化，則稱(chēng)為可壓縮流體。流體的壓縮性第7頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）單位體積流體的質(zhì)量，稱(chēng)為流體的密度。（2）單組分密度液體

密度僅隨溫度變化（極高壓力除外），其變化關(guān)系可從手冊(cè)中查得。kg/m3

2.1.1流體的物理性質(zhì)第8頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）氣體當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算：

注意：手冊(cè)中查得的氣體密度都是在一定壓力與溫度下之值，若條件不同，則密度需進(jìn)行換算。第9頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）混合物的密度混合氣體各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有

——?dú)怏w混合物中各組分的體積分率。

或——混合氣體的平均摩爾質(zhì)量

——?dú)怏w混合物中各組分的摩爾(體積)分率。

第10頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一混合液體假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有

——液體混合物中各組分的質(zhì)量分率。

（5）比容單位質(zhì)量流體具有的體積，是密度的倒數(shù)。m3/kg第11頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一質(zhì)量力：萬(wàn)有引力、達(dá)朗貝爾力2.1.2作用在流體上的力

表面力：壓力、剪力第12頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）壓力與靜壓強(qiáng)流體垂直作用于單位面積上的力，稱(chēng)為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱(chēng)為壓力。

（1）壓力的特性

流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面；任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反；作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。第13頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）壓力的單位壓力的單位:

帕斯卡,Pa,N/m2

(法定單位);

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,atm;

某流體在柱高度;

bar（巴）或kgf/cm2等。

第14頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=101300Pa=10330kgf/m2

=1.033kgf/cm2(bar,巴)=10.33mH2O=760mmHg換算關(guān)系：注意：用液柱高度表示壓力時(shí)，必須指明流體的種類(lèi)，如600mmHg，10mH2O等。

第15頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）壓力的表示方法

絕對(duì)壓力（absolutepressure）

：以絕對(duì)真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)。表壓(gaugepressure)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)。它與絕對(duì)壓力的關(guān)系，可用下式表示：

表壓＝絕對(duì)壓力－大氣壓力

真空度（vacuum）：當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，其低于大氣壓的數(shù)值，即：

真空度＝大氣壓力－絕對(duì)壓力

注意：此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮髿鈮?。在本章中如不加說(shuō)明時(shí)均可按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)算。第16頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表壓=絕對(duì)壓力－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)真空

表壓

真空度

大氣壓

第17頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）剪力、剪應(yīng)力和粘度1、剪力／剪應(yīng)力的概念2、剪力／剪應(yīng)力形成的原因3、粘性／粘度的概念4、牛頓粘性定律5、粘度的影響因素第18頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱(chēng)為粘性。

流體粘性越大，其流動(dòng)性就越小。從桶底把一桶甘油放完要比把一桶水放完慢得多，這是因?yàn)楦视土鲃?dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力比水大的緣故。

（三）牛頓粘性定律第19頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的相互作用力，稱(chēng)為流體的內(nèi)摩擦力或粘滯力。流體運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的大小，體現(xiàn)了流體粘性的大小。

設(shè)有上下兩塊平行放置而相距很近的平板，兩板間充滿(mǎn)著靜止的液體，如圖所示。xu=0yu第20頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

實(shí)驗(yàn)證明，兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力（或稱(chēng)為剪應(yīng)力）τ與垂直于流動(dòng)方向的速度梯度成正比。

yxuu=0⊿u⊿yu/y表示速度沿法線(xiàn)方向上的變化率或速度梯度。

第21頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

式中μ為比例系數(shù)，稱(chēng)為粘性系數(shù)，或動(dòng)力粘度（viscosity），簡(jiǎn)稱(chēng)粘度。上式所表示的關(guān)系，稱(chēng)為牛頓粘性定律。

（1-33）第22頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一粘性是流體的基本物理特性之一。任何流體都有粘性，粘性只有在流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。u與y也可能時(shí)如右圖的關(guān)系，則牛頓粘性定律可寫(xiě)成：

粘度的單位為Pa·s。常用流體的粘度可查表。dyduoxy

上式中du/dy為速度梯度（1-33）第23頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一粘度的單位為:

從手冊(cè)中查得的粘度數(shù)據(jù)，其單位常用CGS制單位。在CGS單位制中，粘度單位為

此單位用符號(hào)P表示，稱(chēng)為泊。

N·s/m2（或Pa·s）、P、cP與的換算關(guān)系為

第24頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2流體靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用

2.2.1、靜力學(xué)基本方程

重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力（2）下端面所受總壓力（3）液柱的重力設(shè)流體不可壓縮，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下第25頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一液柱處于靜止時(shí)，上述三項(xiàng)力的合力為零:——靜力學(xué)基本方程

壓力形式能量形式第26頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一討論：（1）適用于重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體；（2）物理意義：——單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kg；——單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kg。在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位能和靜壓能各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其總和保持不變。第27頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱(chēng)為等壓面。（4）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。

第28頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2.2靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用—壓力及壓力差的測(cè)量

（1）U形壓差計(jì)

設(shè)指示液的密度為，被測(cè)流體的密度為。

A與A′面為等壓面，即而p1p2mRAA’第29頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一所以整理得若被測(cè)流體是氣體，，則有第30頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一討論：（1）U形壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測(cè)得流體的表壓或真空度；

表壓真空度p1pap1pa第31頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）指示液的選取：指示液與被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；其密度要大于被測(cè)流體密度。應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類(lèi)及壓差的大小選擇指示液。

第32頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一思考：若U形壓差計(jì)安裝在傾斜管路中，此時(shí)讀數(shù)R反映了什么？p1p2z2RAA’z1第33頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）雙液體U管壓差計(jì)

擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10。密度接近但不互溶的兩種指示液A和C；適用于壓差較小的場(chǎng)合。第34頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）倒U形壓差計(jì)

指示劑密度小于被測(cè)流體密度，如空氣作為指示劑

（5）復(fù)式壓差計(jì)

（4）傾斜式壓差計(jì)

適用于壓差較小的情況。適用于壓差較大的情況。第35頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1-1如附圖所示，水在水平管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體在某截面處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù)R＝250mm，h＝900mm。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，水的密度1000kg/m3，水銀的密度13600kg/m3。試計(jì)算該截面處的壓力。

第36頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量衡算1.體積流量

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)流道橫截面的流體體積。m3/s或m3/h2.3.1流量與流速2.質(zhì)量流量

單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。kg/s或kg/h。

第37頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.質(zhì)量流速

單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。3.流速

（平均流速）單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。

kg/（m2·s）m/s第38頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.2

穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量?jī)H隨位置變化，而不隨時(shí)間變化：

不穩(wěn)定流動(dòng)：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時(shí)間變化。第39頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.3穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量守恒——連續(xù)性方程

對(duì)于定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，在管路中流體沒(méi)有增加和漏失的情況下：

推廣至任意截面

1122——連續(xù)性方程第40頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不可壓縮性流體，圓形管道：即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)徑的平方成反比。第41頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1-3

如附圖所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一段φ108×4mm的管2和兩段φ57×3.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9×10－3m/s的體積流量流動(dòng)，且在兩段分支管內(nèi)的流量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。

3a123b第42頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.4穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系的總能量方程式

（一）、穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系的概念（二）、穩(wěn)定流動(dòng)體系的能量平衡第43頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第44頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）內(nèi)能貯存于物質(zhì)內(nèi)部的能量。1kg流體具有的內(nèi)能為U（J/kg）。衡算范圍：1-1′、2-2′截面以及管內(nèi)壁所圍成的空間衡算基準(zhǔn)：1kg流體基準(zhǔn)面：0-0′水平面（2）位能流體受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流體所具有的位能為zg（J/kg）。

第45頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）動(dòng)能1kg的流體所具有的動(dòng)能為(J/kg)（4）靜壓能

靜壓能=1kg的流體所具有的靜壓能為

(J/kg)（5）熱設(shè)換熱器向1kg流體提供的熱量為(J/kg)。

lAV第46頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（6）外功(有效功)1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為We(J/kg)。以上能量形式可分為兩類(lèi)：機(jī)械能：位能、動(dòng)能、靜壓能及外功，可用于輸送流體；內(nèi)能與熱：不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔土黧w的能量。第47頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．實(shí)際流體的機(jī)械能衡算

假設(shè)流體不可壓縮，則流動(dòng)系統(tǒng)無(wú)熱交換，則流體溫度不變，則

(1)以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)

設(shè)1kg流體損失的能量為ΣWf（J/kg），有：(1)式中各項(xiàng)單位為J/kg。并且實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)有能量損失。第48頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）以單位重量流體為基準(zhǔn)

將(1)式各項(xiàng)同除重力加速度g:令

則

（2）式中各項(xiàng)單位為第49頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一z——位壓頭——?jiǎng)訅侯^He——外加壓頭或有效壓頭?！o壓頭總壓頭Σhf——壓頭損失第50頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）以單位體積流體為基準(zhǔn)

將(1)式各項(xiàng)同乘以:式中各項(xiàng)單位為（3）——壓力損失第51頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．理想流體的機(jī)械能衡算

理想流體是指流動(dòng)中沒(méi)有摩擦阻力的流體。

（4）（5）——柏努利方程式

第52頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.柏努利方程的討論

（1）若流體處于靜止，u=0，ΣWf=0，We=0，則柏努利方程變?yōu)檎f(shuō)明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律。（2）理想流體在流動(dòng)過(guò)程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)，即第53頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Hz2210第54頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一We、ΣWf——在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得或消耗的能量。（3）zg、、——某截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能和靜壓能；有效功率：軸功率：第55頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）柏努利方程式適用于不可壓縮性流體。對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng)時(shí)，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度ρ應(yīng)以?xún)山孛娴钠骄芏圈裮代替。第56頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4．柏努利方程的應(yīng)用

管內(nèi)流體的流量；輸送設(shè)備的功率；管路中流體的壓力；容器間的相對(duì)位置等。利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：第57頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）根據(jù)題意畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍；（2）位能基準(zhǔn)面的選取必須與地面平行；宜于選取兩截面中位置較低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過(guò)管中心線(xiàn)的水平面。

第58頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。

（3）截面的選取與流體的流動(dòng)方向相垂直；兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)；截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。

第59頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1-4如附圖所示，從高位槽向塔內(nèi)進(jìn)料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。送液hpa管為φ45×2.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設(shè)料液在管內(nèi)的壓頭損失為1.2m（不包括出口能量損失），試問(wèn)高位槽的液位要高出進(jìn)料口多少米？第60頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

例1-5在φ45×3mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管的上游接一壓力表，其讀數(shù)為5kPa，壓力表軸心與管中心的垂直距離為0.3m，管內(nèi)水的流速為1.5m/s，文丘里管的喉徑為10mm。文丘里喉部接一內(nèi)徑為15mm的玻璃管，玻璃管的下端插入水池中，池內(nèi)水面到管中心的垂直距離為3m。若將水視為理想流體，試判斷池中水能否被吸入管中。若能吸入，再求每小時(shí)吸入的水量為多少m3/h。第61頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.0m1120.3m200u第62頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1-6

某化工廠(chǎng)用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為1100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為φ108×4mm的鋼管，管中的流速為1.2m/s，出口管為φ76×3mm的鋼管。貯液池中堿液的深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為30.8J/kg（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為29.4kPa（表壓）。設(shè)泵的效率為60%，試求泵所需的功率。

第63頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一20m1.5m第64頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.4流體流動(dòng)現(xiàn)象分析

(1)雷諾實(shí)驗(yàn)2.4.1流動(dòng)的形態(tài)第65頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。（2）流型判據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)

無(wú)因次數(shù)群第66頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一判斷流型Re≤2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱(chēng)為層流區(qū)；Re≥4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱(chēng)為湍流區(qū)；2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱(chēng)為不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。2.物理意義

Re反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。第67頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第68頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5管內(nèi)流動(dòng)阻力和速度分布直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門(mén)等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。

2.5.1直管阻力（1）阻力的表現(xiàn)形式

第69頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。第70頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5.2層流時(shí)的速度分布速度分布：流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí),管截面上質(zhì)點(diǎn)的速度隨半徑的變化關(guān)系。

層流時(shí)的速度分布

第71頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5.3湍流時(shí)的速度分布

剪應(yīng)力：e為湍流粘度，與流體的流動(dòng)狀況有關(guān)。

湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式：第72頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對(duì)粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相對(duì)粗糙度：絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值。層流流動(dòng)時(shí)：流速較慢，與管壁無(wú)碰撞，阻力與無(wú)關(guān)，只與Re有關(guān)。湍流時(shí)的摩擦系數(shù)第73頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5.5管內(nèi)局部的流動(dòng)阻力

第74頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第75頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.6輸送管路的布置與安裝管路管件閥門(mén)第76頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第77頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第78頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蝶閥第79頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.6.1特點(diǎn)

（1）流體通過(guò)各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體，則體積流量也不變。

(2)整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和。Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可壓縮流體第80頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.6.2管路計(jì)算基本方程：連續(xù)性方程：柏努利方程：阻力計(jì)算（摩擦系數(shù)）：物性、一定時(shí)，需給定獨(dú)立的9個(gè)參數(shù)，方可求解其它3個(gè)未知量。第81頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）設(shè)計(jì)型計(jì)算

設(shè)計(jì)要求：規(guī)定輸液量Vs，確定一經(jīng)濟(jì)的管徑及供液點(diǎn)提供的位能z1(或靜壓能p1)。給定條件：（1）供液與需液點(diǎn)的距離，即管長(zhǎng)l；

（2）管道材料與管件的配置，即及

；（3）需液點(diǎn)的位置z2及壓力p2；（4）輸送機(jī)械We。選擇適宜流速確定經(jīng)濟(jì)管徑第82頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）操作型計(jì)算

已知：管子d、、l，管件和閥門(mén)，供液點(diǎn)z1、p1，需液點(diǎn)的z2、p2，輸送機(jī)械We；求：流體的流速u(mài)及供液量VS。

已知：管子d、

l、管件和閥門(mén)、流量Vs等，求：供液點(diǎn)的位置z1；或供液點(diǎn)的壓力p1；或輸送機(jī)械有效功We。第83頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.7流量的測(cè)量2.7.1測(cè)速管（畢托管）1、結(jié)構(gòu)2、原理內(nèi)管A處外管B處第84頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)速度：即討論：（1）皮托管測(cè)量流體的點(diǎn)速度，可測(cè)速度分布曲線(xiàn)；第85頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、安裝（1）測(cè)量點(diǎn)位于均勻流段，上、下游各有50d直管距離；（2）皮托管管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向；（3）皮托管外徑d0不應(yīng)超過(guò)管內(nèi)徑d的1/50，即d0<d/50。（2）流量的求?。河伤俣确植记€(xiàn)積分測(cè)管中心最大流速，由求平均流速，再計(jì)算流量。第86頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、結(jié)構(gòu)與原理2.7.2孔板、噴嘴和文丘里管第87頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在1-1′截面和2-2′截面間列柏努利方程，暫不計(jì)能量損失變形得

2、流量方程問(wèn)題：（1）實(shí)際有能量損失；

（2）縮脈處A2未知。第88頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解決方法：用孔口速度u0替代縮脈處速度u2，引入校正系數(shù)C。由連續(xù)性方程令

第89頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一體積流量質(zhì)量流量則C0——流量系數(shù)（孔流系數(shù)）A0——孔面積。第90頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一討論：（1）特點(diǎn)：

恒截面、變壓差——差壓式流量計(jì)（2）流量系數(shù)C0對(duì)于取壓方式、結(jié)構(gòu)尺寸、加工狀況均已規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板Re是以管道的內(nèi)徑d1計(jì)算的雷諾數(shù)第91頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)Re>Re臨界時(shí)，(3)測(cè)量范圍一般C0=0.6~0.7孔板流量計(jì)的測(cè)量范圍受U形壓差計(jì)量程決定。Re臨界值第92頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、安裝及優(yōu)缺點(diǎn)（1）安裝在穩(wěn)定流段，上游l>10d，下游l>5d；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與安裝方便；（3）能量損失較大。第93頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.7.3文丘里（Venturi）流量計(jì)屬差壓式流量計(jì)；能量損失小，造價(jià)高。第94頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CV——流量系數(shù)（0.98～0.99）A0——喉管處截面積第95頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.7.4轉(zhuǎn)子流量計(jì)1、結(jié)構(gòu)與原理從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接讀取流量數(shù)值。第96頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、流量方程轉(zhuǎn)子受力平衡在1-1′和0-0′截面間列柏努利方程0′1′10第97頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流體的浮力

動(dòng)能差

由連續(xù)性方程

CR——流量系數(shù)第98頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一體積流量（1）特點(diǎn)：

恒壓差、恒流速、變截面——截面式流量計(jì)。討論：（2）刻度換算標(biāo)定流體：20℃水（＝1000kg/m3）20℃、101.3kPa下空氣（＝1.2kg/m3）第99頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CR相同,同刻度時(shí)式中：1——標(biāo)定流體；2——被測(cè)流體。氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)第100頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、安裝及優(yōu)缺點(diǎn)（1）永遠(yuǎn)垂直安裝，且下進(jìn)、上出，

安裝支路，以便于檢修。（2）讀數(shù)方便，流動(dòng)阻力很小，測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度較高；（3）玻璃管不能經(jīng)受高溫和高壓，在安裝使用過(guò)程中玻璃容易破碎。第101頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1-13

某氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程范圍為4～60m3/h?，F(xiàn)用來(lái)測(cè)量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50℃的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)應(yīng)如何校正？此時(shí)流量量程的范圍又為多少？（設(shè)流量系數(shù)CR為常數(shù)，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa）第102頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8流體輸送機(jī)械2.8.1

概

述

在食品的生產(chǎn)加工中，常常需要將流體從低處輸送到高處；從低壓送至高壓；沿管道送至較遠(yuǎn)的地方。為達(dá)到此目的，必須對(duì)流體加入外功，以克服流體阻力及補(bǔ)充輸送流體時(shí)所不足的能量。第103頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一泵；

輸送液體風(fēng)機(jī);壓縮機(jī)；真空泵。輸送氣體常用的流體輸送機(jī)械第104頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一泵的分類(lèi)1按工作原理分葉片式泵

有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪。

如離心泵、軸流泵、渦流泵。往

復(fù)

泵

靠往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞排擠液體。如活塞泵、柱塞泵等。旋轉(zhuǎn)式泵

靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件推擠液體。如齒輪泵、螺桿泵等。第105頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一清水泵適用于粘度與水相近的、無(wú)腐蝕性、不含雜質(zhì)的流體，如離心泵。油泵適用于高粘度的流體。如齒輪泵、旋轉(zhuǎn)泵等。耐腐蝕泵雜質(zhì)泵：2按用途分第106頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.2離心泵離心泵的外觀(guān)工作狀況第107頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.2.1主要部件和工作原理（1）葉輪——葉片（+蓋板）第108頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4-8個(gè)葉片（前彎、后彎，徑向）液體通道。前蓋板、后蓋板，無(wú)蓋板閉式葉輪半開(kāi)式開(kāi)式

液體入口——中心（2）泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道出口——切線(xiàn)（3）泵軸：垂直葉輪面，葉輪中心。

第109頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離心泵裝置簡(jiǎn)圖第110頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離心泵的特性曲線(xiàn)1.H-Q曲線(xiàn)2.N-Q曲線(xiàn)3.η-Q曲線(xiàn)第111頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離心泵特性曲線(xiàn)H~qvP~qv第112頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．離心泵特性的影響因素

（1）流體的性質(zhì)：

密度：

,(N、Ne)

（H，Q，）與無(wú)關(guān)；粘度：

，（H，Q，）;N工作流體~20℃水差別大參數(shù)和曲線(xiàn)變化（2）轉(zhuǎn)速——比例定律第113頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一——n20%以?xún)?nèi)(3)葉輪直徑——切割定律——D-5%以?xún)?nèi)第114頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.2.3離心泵的安裝高度安裝高度:問(wèn)題：液面到泵入口處的垂直距離(Zs)安裝高度有無(wú)限制？第115頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.2.4離心泵的類(lèi)型、選用、安裝與操作1離心泵的類(lèi)型：

按輸送液體的性質(zhì)不同（1）清水泵：輸送清水或相近、無(wú)腐蝕性、雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低?！狪S

（2）耐腐蝕泵：輸送腐蝕性的液體，用耐腐蝕材料制成，要求密封可靠?！?/p>

F（3）油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性?！猋第116頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）雜質(zhì)泵：輸送含固體顆粒的液體、稠厚的漿液，葉輪流道寬，葉片數(shù)少。——P單吸泵；雙吸泵第117頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單級(jí)泵；多級(jí)泵串聯(lián)組合；并聯(lián)組合第118頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3其它類(lèi)型泵2.8.3.1往復(fù)泵1．結(jié)構(gòu)和工作原理主要部件：泵缸；活塞；活塞桿；吸入閥、排出閥

結(jié)構(gòu)第119頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一說(shuō)明：①活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直接以靜壓能形式向液體供能

②單動(dòng)泵，供液不連續(xù)；雙動(dòng)泵，連續(xù)。③為耐高壓，活塞和連桿用柱塞代替。

工作原理第120頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3.2計(jì)量泵1外觀(guān)第121頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2工作原理往復(fù)泵的一種原動(dòng)機(jī)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)3流量調(diào)節(jié)調(diào)整偏心度柱塞沖程變化流量調(diào)節(jié)。4應(yīng)用場(chǎng)合輸送量或配比要求非常精確第122頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3.3隔膜泵1外觀(guān)第123頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2工作原理往復(fù)泵的一種3流量調(diào)節(jié)調(diào)整活柱往復(fù)頻率或旁路4應(yīng)用場(chǎng)合腐蝕性的液體、固體懸浮液第124頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3.4齒輪泵第125頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第126頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3.4齒輪泵1剖開(kāi)第127頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

組成：其一般由泵體1，一對(duì)相同大小的齒輪2、齒輪軸及端蓋等組成

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，容易制造，便于維修，價(jià)格低廉，對(duì)油的污染不敏感，但其泄漏較多，容積效率低，且有“困油”現(xiàn)象第128頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2工作原理旋轉(zhuǎn)泵的一種3流量調(diào)節(jié)4應(yīng)用場(chǎng)合轉(zhuǎn)速或旁路高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。固體懸浮液第129頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3.5螺桿泵1外觀(guān)第130頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2工作原理旋轉(zhuǎn)泵的一種螺紋在旋轉(zhuǎn)時(shí)有推進(jìn)作用單螺桿雙螺桿三螺桿第131頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或旁路4應(yīng)用場(chǎng)合高壓頭、小流量。粘稠以至膏狀物。固體懸浮液第132頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.8.3.6旋渦泵

1工作原理特殊類(lèi)型的離心泵第133頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一葉輪－開(kāi)有凹槽的圓盤(pán)引水道葉輪旋轉(zhuǎn)，凹槽內(nèi)液體被做功。在引水道和凹槽間往反多次，被多次做功。2流量調(diào)節(jié)Q↓，N↑與正位移泵相同3應(yīng)用場(chǎng)合Q↓，H↑↑高壓頭，較小流量×固體懸浮液，高粘度流體第134頁(yè)，共152頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2