化工第二章 流體流動(dòng)與輸送

化工第二章流體流動(dòng)與輸送第1頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二章流體流動(dòng)與輸送§2.1流體靜力學(xué)§2.2流體流動(dòng)§2.3流體流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算§2.4流體流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算§2.5管內(nèi)流動(dòng)阻力§2.6流體流量的測(cè)量§2.7流體輸送設(shè)備第2頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3本章主要內(nèi)容：1.主要討論流體處于相對(duì)靜止和流動(dòng)過程的基本原理和基本規(guī)律：流體靜力學(xué)基本方程、連續(xù)性方程、機(jī)械能衡算方程、流動(dòng)阻力及能量損失的計(jì)算；2.流體在輸送系統(tǒng)中壓強(qiáng)的變化與測(cè)量；3.輸送管路設(shè)計(jì)與所需功率的計(jì)算；4.流量測(cè)量；5.輸送設(shè)備的選型與操作；第3頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一掌握：流體的密度、粘度和壓強(qiáng)的定義、單位和換算流體靜力學(xué)基本方程式、流量方程式、連續(xù)性方程式、柏努利方程式及其應(yīng)用流體的流動(dòng)類型及其判定，雷諾數(shù)及其計(jì)算流體在圓形直管內(nèi)阻力及其計(jì)算了解：圓形直管內(nèi)流體流動(dòng)的速度分布，邊界層的基本概念局部阻力的計(jì)算孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理了解典型流體輸送設(shè)備——離心泵第4頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.1流體靜力學(xué)基本名詞流體的靜力學(xué)屬性及靜力學(xué)方程流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用第5頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/276§2.1流體靜力學(xué)2.1.1基本名詞1.流體是否僅指液體？承受任何微小切向應(yīng)力都會(huì)發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)。流體

氣體

液體流體質(zhì)點(diǎn)與連續(xù)介質(zhì)模型把流體視為由無(wú)數(shù)個(gè)流體微團(tuán)（或流體質(zhì)點(diǎn)）所組成，這些流體微團(tuán)緊密接觸，彼此沒有間隙。這就是連續(xù)介質(zhì)模型。第6頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/277流體微團(tuán)（或流體質(zhì)點(diǎn)）：宏觀上足夠小，以致于可以將其看成一個(gè)幾何上沒有維度的點(diǎn)；同時(shí)微觀上足夠大，它里面包含著許許多多的分子，其行為已經(jīng)表現(xiàn)出大量分子的統(tǒng)計(jì)學(xué)性質(zhì).第7頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/278流體的特征1．易流動(dòng)性

流體受到外部切向力作用時(shí)，易于變形而產(chǎn)生流動(dòng)。2．可壓縮性

流體在外部溫度和壓力作用下，流體分子間的距離會(huì)發(fā)生一定的改變，表現(xiàn)為流體密度大小的變化。工程上：流體

可壓縮流體

不可壓縮流體密度為常數(shù)氣體液體第8頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一92.流體的靜力學(xué)屬性1)流體的密度流體的密度：?jiǎn)挝惑w積流體的質(zhì)量，，屬于物性。影響因素：流體種類、濃度、溫度、壓力

獲得方法：（1）查物性數(shù)據(jù)手冊(cè) （2）公式計(jì)算：第9頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2710液體混合物：(無(wú)體積效應(yīng))氣體：----------理想氣體狀態(tài)方程氣體混合物：(wn：質(zhì)量分?jǐn)?shù))(n：體積分?jǐn)?shù))2)相對(duì)密度相對(duì)密度為物質(zhì)密度與4C時(shí)純水密度之比，用d表示，量綱為一。如：第10頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一113）流體的壓強(qiáng)及其表示方法

流體的壓強(qiáng)：流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)。用p表示，工程上習(xí)慣稱之為壓力。（1）壓強(qiáng)單位SI制中，N/m2=Pa，稱為帕斯卡1atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/cm2=1.013×105N/m2=1.013bar1at(工程大氣壓)=735.6mmHg=10mH2O=1kgf/cm2 =9.807×104N/m2=0.9807bar=9.807×104Pa1bar(巴)=105Pa1torr(托)=1mmHg第11頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一12表壓＝絕對(duì)壓力-

當(dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩龋疆?dāng)?shù)卮髿鈮?絕對(duì)壓力（2）壓強(qiáng)大小的兩種表征方法絕對(duì)壓強(qiáng)表壓強(qiáng)第12頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一【例】：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔塔頂真空表讀數(shù)為80kPa，在天津操作時(shí)，真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？已知蘭州地區(qū)的平均大氣壓85.3kPa，天津地區(qū)為101.33kPa。分析：維持操作的正常進(jìn)行，應(yīng)保持相同的絕對(duì)壓，根據(jù)蘭州地區(qū)的壓強(qiáng)條件，可求得操作時(shí)的絕對(duì)壓。解:絕壓=大氣壓-

真空度

=85300–80000=5300[Pa]真空度=大氣壓-絕壓

=101330-5300=96030[Pa]第13頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一142.1.2流體靜力學(xué)基本方程式流體受力質(zhì)量力表面力如重力、離心力等，屬于非接觸性的力。法向力(壓力)切向力(剪力)靜止流體受力質(zhì)量力法向力----單位面積上的壓力稱為壓強(qiáng),習(xí)慣上稱為靜壓力。----重力場(chǎng)中單位質(zhì)量流體所受質(zhì)量力,即為重力加速度。反映了流體不受水平外力作用，只在重力作用下流體內(nèi)部壓力（壓強(qiáng)）的變化規(guī)律。第14頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一15流體靜力學(xué)方程的推導(dǎo)如圖所示，取一垂直流體柱，其底面積為A，在距底面高度為z的水平面上作用的壓強(qiáng)為p，分析此水平面上厚度為dz的薄層流體所受的力為：(1)向上作用于薄層底面的總壓力p·A；(2)向下作用于薄層頂面的總壓力(p+dp)A；(3)薄層向下作用的重力ρgdz·Adzp+dppAg第15頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一16流體靜止時(shí)，作用于流體柱的力處于平衡狀態(tài)，三力之和應(yīng)等于零，即：簡(jiǎn)化得：pA

-(p+dp)A

-

gAdz=0

dp

+

gdz=0

若ρ為常數(shù)，上式的不定積分：如取z1和z2為積分下、上限，而作用于z1和z2兩個(gè)平面上的壓強(qiáng)分別為p1、p2，則：流體靜力學(xué)方程第16頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一17適用場(chǎng)合：絕對(duì)靜止、連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮流體流體靜力學(xué)基本方程式的討論壓強(qiáng)可以用液柱高度表示；靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓強(qiáng)僅為深度的函數(shù)同種流體，同一水平面上的壓強(qiáng)相等；液面上方的壓強(qiáng)能夠以同樣的大小傳遞到流體內(nèi)部；靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)，位能與靜壓能之和為一常數(shù)。hp1p2=p1+ghz1z2第17頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27180U形管壓強(qiáng)計(jì)p1-p2=(ρ0-ρ)gRp1-p2=

ρ0gR？？2.1.3流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用若ρ

<<ρ0第18頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2719液位計(jì)p1=p2h1

=

h2化工生產(chǎn)中為了了解容器里物料的儲(chǔ)存量，需要使用液位計(jì)進(jìn)行液位的測(cè)量。第19頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2720液封p=pA+水ghh

=(p–pA)/水g第20頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2721例：如圖所示，蒸氣鍋爐安裝一復(fù)式U型水銀測(cè)壓計(jì)，截面2-4，6-7之間充水，其余為Hg，已知對(duì)基準(zhǔn)面而言，各點(diǎn)的標(biāo)高為：z0=1.8m,z2=0.9m,z4=2.0m,z6=0.7m,z7=2.5m,試計(jì)算鍋爐內(nèi)水面上蒸氣壓強(qiáng)p（表壓和絕對(duì)壓強(qiáng)）第21頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2722解：根據(jù)流體靜力學(xué)方程，p1=p2,p3=p4,p5=p6對(duì)于水平面1-2：p2=p1=pa+Hgg(z0–z1)對(duì)于水平面3-4：p4=p3=p2

-

H2Og(z4–z2)對(duì)于水平面5-6：p6=p5=p4+Hgg(z4–z6)鍋爐上方蒸氣壓強(qiáng)p=p6

-

H2Og(z7–z6)=pa+Hgg(z0–z1)-

H2Og(z4–z2)+Hgg(z4–z6)-

H2Og(z7–z6)=3.66×105Pap–pa=2.65×105Pa第22頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2流體流動(dòng)流體的流量和流速穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)流體型態(tài)牛頓粘性定律邊界層及邊界層分離流體在管內(nèi)的速度分布第23頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2724§2.2流體流動(dòng)2.2.1流體的流量和流速

體積流量qV＝Vtm3/s質(zhì)量流量mqm＝tkg/sqm

＝

qV流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)管任一橫截面積的流體量qmw＝A流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體在導(dǎo)管內(nèi)流過的距離體積流速u＝qVA質(zhì)量流速平均流速m/skg/(m2s)

w

＝uqm

＝wA＝

uA第24頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2725管路直徑的估算與選擇流體種類及狀況常用流速范圍m/s流體種類及狀況常用流速范圍m/s水及一般液體1～3壓力較高的氣體15～25黏度較大的液體0.5～18大氣壓以下飽和水蒸汽40～60低壓氣體8～153大氣壓以下飽和水蒸氣20～40易燃、易爆的低壓氣體（如乙炔等）<8過熱水蒸汽30～50流體在管道中的常用流速范圍

一般，流量由生產(chǎn)任務(wù)決定，而合理的流速則由經(jīng)濟(jì)效益決定第25頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一262.2.2穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)

(1)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)（定常態(tài)流動(dòng)）

流體流動(dòng)過程中，任一截面上與流動(dòng)相關(guān)的物理量(流速、壓強(qiáng)、密度等)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。(2)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)（非定常態(tài)流動(dòng)）

在流動(dòng)過程中，流體在任一截面上的物理量隨時(shí)間而變化的流動(dòng)。化工生產(chǎn)多屬于連續(xù)穩(wěn)定過程第26頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一27(1)雷諾實(shí)驗(yàn)2.2.3流動(dòng)型態(tài)

層流過渡流湍流第27頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一28(2).流動(dòng)型態(tài)層流、湍流(3).流型的判斷1)雷諾準(zhǔn)數(shù)（無(wú)量綱量）2)流型的判斷層流湍流過渡流d:管道直徑u:流速:流體密度:流體粘度注！過渡流不是一種流型第28頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一292.2.4牛頓粘性定律粘性：流體流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生阻礙流體流動(dòng)的內(nèi)摩擦力的一種流動(dòng)特性，其大小用粘度來衡量oyx江心第29頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一30uyoyxu=uu=

0面積A推力平板間流體速度變化牛頓粘性定律def牛頓粘性定律：計(jì)算層流流體粘度引起的流體內(nèi)摩擦力F第30頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2731du/dy:

法向速度梯度，s-1:

比例系數(shù),(動(dòng)力)粘度,N·s/m2內(nèi)摩擦應(yīng)力（剪應(yīng)力）：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)摩擦力（N/m2）牛頓粘性定律：流體層間的內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比第31頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2732的物理意義：當(dāng)速度梯度du/dy=1時(shí)，=，即因流體粘性而產(chǎn)生的剪應(yīng)力，反映了流體的粘性；其數(shù)值一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，與壓強(qiáng)關(guān)系不大，受溫度影響較大。液體：T、；氣體：

T、。粘度的常用單位1P(泊)

=100cP(厘泊)

=0.1N·s·m-2=0.1Pa·s第32頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一33牛頓粘性流體粘性流體在管中的速度分布理想流體在管中的速度分布凡服從牛頓粘性定律的流體，如水、空氣、一般氣體和低分子量溶液等，稱為牛頓型流體；而相對(duì)分子質(zhì)量大的高聚物熔融體等，不服從牛頓粘性定律，則稱為非牛頓型流體。本章僅討論牛頓型流體。第33頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一342.2.5流動(dòng)邊界層及邊界層分離(1)邊界層的形成xy0u=0u=0u0u0u0流體流動(dòng)邊界層的形成過程流動(dòng)邊界層界限湍流邊界層層流內(nèi)層流動(dòng)邊界層厚度實(shí)際流體沿壁面流動(dòng)時(shí)，流體中存在：邊界層和主流區(qū)速度梯度和內(nèi)摩擦阻力主要集中于邊界層第34頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一35(2)邊界層的發(fā)展圓管內(nèi)層流邊界層的形成過程L0umaxumaxumaxumax層流內(nèi)層的厚度與管內(nèi)流體流動(dòng)的雷諾數(shù)有關(guān)，Re=105時(shí)，b=0.026d穩(wěn)定段長(zhǎng)度L0

(入口至邊界層匯合處)第35頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一36圓管內(nèi)湍流邊界層的結(jié)構(gòu)湍流層過渡層層流內(nèi)層(2)邊界層的發(fā)展穩(wěn)定段長(zhǎng)度L0

(入口至邊界層匯合處)也與Re有關(guān)，對(duì)于層流：L0/d=0.0575Re，湍流：50~100d第36頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一37(3)邊界層的分離指：流體通過曲面流動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)的邊界層脫離固體壁面的流動(dòng)現(xiàn)象.產(chǎn)生漩渦屬于形體阻力第37頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一38u(a)u(b)(c)u(d)u邊界層分離示例第38頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2739流體的粘性決定：圓形管道截面上，流體質(zhì)點(diǎn)的流速沿管道半徑方向不同，且管壁處質(zhì)點(diǎn)速度=0，而管道中心處其速度最大管內(nèi)層流流速分布管內(nèi)湍流流速分布2.2.6流體在管內(nèi)的速度分布第39頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一40(1)層流速度分布（勻速）rdrlRp1p212umaxu=0urFp1Fp2FW流體柱的受力分析:第40頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2741整理得(a)(b)當(dāng)r=R時(shí)，ur

=0，在r到R之間積分上式得：=0勻速第41頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一42（b）（c）相除得：(c)在管中心，r=0，流速最大umax=:表明管內(nèi)流體作穩(wěn)態(tài)層流流動(dòng)時(shí)的流速呈拋物線分布umax第42頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一43(2)湍流速度分布湍流的速度分布RR0umax第43頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一44(3)平均流速層流湍流湍流時(shí)，雷諾數(shù)越大，平均流速越接近于管中心的最大速度第44頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2745§2.3流體流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算流體流動(dòng)過程中涉及三大守恒定律：質(zhì)量守恒動(dòng)量守恒能量守恒

質(zhì)量衡算

能量衡算第45頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一46流體定常態(tài)流動(dòng)時(shí)的質(zhì)量衡算根據(jù)質(zhì)量守恒定律有：連續(xù)性方程式（僅適用于定常態(tài)流動(dòng)）流入系統(tǒng)的流體質(zhì)量流量=流出系統(tǒng)的流體質(zhì)量流量u1A1u2A2qm1qm2qm1＝qm2＝qm＝常數(shù)1

qV1

＝2

qV2

＝常數(shù)

——連續(xù)性方程式1

u1A1＝2

u2A2＝常數(shù)

u1A1＝u2A2不可壓縮流體恒定：或=

u1u2

A2A1qV1

＝qV2

＝qV＝常數(shù)

第46頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一47思考：

如果管道有分支，則穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程又如何？第47頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一內(nèi)能位能動(dòng)能壓力能功熱阻力損失qmUqmgzqmu2/2pqVWQeE失J/s或W溫度、比熱容垂直高度外界對(duì)流體>0流體對(duì)外界<0吸熱>0放熱<0內(nèi)摩擦、旋渦

柏努利方程的推導(dǎo)§2.4流體流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算流體入流體出換熱器泵1122u1,p1u2

,p2z2WQez1基準(zhǔn)面1.伯努利方程式：能量衡算式第48頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一49壓力能的概念：在靜止和流動(dòng)流體內(nèi)部都存在著靜壓強(qiáng)，因此，系統(tǒng)的任一截面上都具有壓力。當(dāng)流體要通過某一截面進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，必須要對(duì)流體做功，才能克服該截面的壓力，把流體壓入系統(tǒng)內(nèi)。這樣通過該截面的流體便帶著與此功相當(dāng)?shù)哪芰窟M(jìn)入系統(tǒng)，流體所具有的這種能量稱為壓力能或靜壓能。壓力能的計(jì)算式：設(shè)：流體體積流量為qV,流體通過管道某截面所受壓力為F。則：流體通過該截面所走的距離：l=

qV/A流體具有的壓力能：壓力能＝F×l＝pA×qV/A=

pqV=qmp/第49頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一50流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算qmU1+qmgz1+qmu12/2+qmp1/1

+Qe+W輸入能量＝輸出能量＝qmU2+qm

gz2+qmu22/2+qm

p2/2+E失=p1qV總能量衡算式：Qe′

=Qe/qm,J·kg-1He=W/qm,J·kg-1∑hf

=E失/qm,J·kg-1,摩擦損失>0z:位壓頭,mu2/2g:動(dòng)壓頭,mp/g:靜壓頭,m總壓頭第50頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27511)理想流體流動(dòng)過程的能量衡算理想流體：a.流體在流動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦，無(wú)能量損失b.不可壓縮流體假設(shè)：T、U、不變Qe＝0、W＝0理想流體伯努利方程式：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體的機(jī)械能第51頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一522).實(shí)際流體流動(dòng)過程的能量衡算假設(shè)：T、U、不變Qe＝0能量損失：∑hf(J/kg)……由摩擦阻力引起能量補(bǔ)充：He(J/kg)……由流體輸送設(shè)備提供實(shí)際流體伯努利方程式：——機(jī)械能衡算方程（柏努利方程）第52頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一53對(duì)實(shí)際流體的能量衡算：有效壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭位壓頭壓頭損失可寫成：第53頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一54機(jī)械能衡算方程（柏努利方程）討論：(1)適用條件：不可壓縮（壓強(qiáng)變化<20%）、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫流動(dòng)--------靜力學(xué)方程(2)對(duì)靜止流體,u=0,Hf=0,He=0：(3)理想流體的柏努利方程表明，理想流體在等溫流動(dòng)過程中任意截面上的總機(jī)械能或總壓頭為常數(shù)，但不同截面上各形式的能量不一定相等，相互間可轉(zhuǎn)換第54頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一55伯努利方程式的應(yīng)用使用機(jī)械能衡算方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)的選取：基準(zhǔn)水平面的選取

壓力用絕壓或表壓均可，但兩邊必須統(tǒng)一。系統(tǒng)的流體必須連續(xù)、均質(zhì)；有流體進(jìn)出的那些流通截面應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直，且已知條件最多；包含待求變量通常選兩截面之一為基準(zhǔn)面……(m)第55頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2756例：從一水池中用虹吸管吸水，系統(tǒng)的尺寸如圖所示。所用的虹吸管直徑為38mm2.5mm。1）求水管每小時(shí)的輸水量(qV)（設(shè)管道的阻力可忽略）；2）A點(diǎn)位于進(jìn)水口水管的中心，B點(diǎn)位于水管頂端的中心。求輸水過程中A,B兩點(diǎn)的靜壓強(qiáng)。（水的密度取1000kg·m-3）1122基準(zhǔn)水平面z1=3mz2=0u1=0u2=?待求p1=0p2=0He=0hf=0第56頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2757第57頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27582)求A,B兩點(diǎn)的靜壓強(qiáng)：在水池液面與水管進(jìn)口A截面處列出柏努利方程式（以水池液面為基準(zhǔn)面）同理：在水池液面與水管最高點(diǎn)B界面間列出柏努利方程得：pB=-39.2kPa112222第58頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5管內(nèi)流動(dòng)阻力直管阻力損失計(jì)算通式層流流動(dòng)的阻力損失計(jì)算湍流摩擦阻力計(jì)算與量綱分析法非圓型管內(nèi)的流動(dòng)阻力*局部阻力損失計(jì)算第59頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2760流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)?；す苈废到y(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是直管，另一部分是管件、閥門等。相應(yīng)流體流動(dòng)阻力也分為兩種：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,hf；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力,hf’

?？傋枇p失：hf

=hf

+hf’第60頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一61若1kg流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力損失為∑hf

(J·kg-1)，則流體密度為ρ時(shí)，1

m3流體流動(dòng)時(shí)的阻力損失為ρ∑hf，其單位與壓強(qiáng)的單位一致，故此時(shí)阻力損失可用壓強(qiáng)降來表示：hf

=hf

+hf’總阻力損失：p=hf

=(hf

+hf’)第61頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一62范寧公式范寧公式適用于不可壓縮流體的定常態(tài)流動(dòng)，可用于層流、湍流，計(jì)算阻力損失的關(guān)鍵是確定不同流動(dòng)型態(tài)下的摩擦系數(shù)。2.5.1.直管阻力損失計(jì)算通式管內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)壓力降與剪切力平衡關(guān)系1122p1p2FWuld阻力損失來源：靠近管壁處流體內(nèi)產(chǎn)生的摩擦應(yīng)力第62頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2763管內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)壓力降與剪切力平衡關(guān)系1122p1p2FWuld管壁處的剪應(yīng)力W與壓強(qiáng)降p=p1–p2關(guān)系的推導(dǎo):截面1-1、2-2間流體的受力：①壓強(qiáng)差p引起：②管壁處剪切力Fw引起：Fw=W·A=W·(dl)第63頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一64即：流體作定常態(tài)流動(dòng)時(shí)，受力平衡：改寫上式：（p

~

W關(guān)系）令：摩擦系數(shù)，與剪應(yīng)力有關(guān)，是流體物理性質(zhì)和流動(dòng)狀況的函數(shù)，量綱為1第64頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一65顯然有：摩擦阻力損失壓頭損失令范寧因子f：——以上幾式均稱為范寧公式注意：壓力損失Δp是流體流動(dòng)能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差Δp=p1?p2意義不同，只有當(dāng)管路為水平時(shí)，二者才相等第65頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一662.5.2層流流動(dòng)的阻力損失計(jì)算(1)層流速度分布（勻速）rdrlRp1p212umaxuR=0ur管中心r=0處最大流速umax:距管中心r處流體流速：管內(nèi)平均流速：第66頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一672.5.2層流流動(dòng)的阻力損失計(jì)算設(shè)厚度為dr的流體薄層的截面積為dA，半徑r處的流速為ur，則該流體的體積流量dqV為：層流阻力損失計(jì)算dqV=ur·2rdr當(dāng)r從0R時(shí)，dqV從0qV，上式兩邊積分得：圓環(huán)截面dA第67頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一68則，管內(nèi)流體的平均流速u為：（d:管道內(nèi)徑）——Hagen-Poiseuille方程，表示管內(nèi)流體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)平均流速u與壓強(qiáng)降p的關(guān)系第68頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一69則，管內(nèi)流體的平均流速u為：（d:管道內(nèi)徑）——Hagen-Poiseuille方程，表示管內(nèi)流體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)平均流速u與壓強(qiáng)降p的關(guān)系第69頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一70對(duì)比：牢記！第70頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一712.5.3湍流摩擦阻力計(jì)算與量綱分析法用量綱分析法確定湍流的摩擦阻力系數(shù)原因：湍流的剪應(yīng)力不能用牛頓粘性定律表示。若按照常規(guī)方法，固定其中四個(gè)變量而改變一個(gè)變量來研究每個(gè)變量對(duì)摩擦系數(shù)的影響，則需作55=3125次實(shí)驗(yàn)。分析，摩擦系數(shù)λ的影響因素：流體密度ρ和粘度μ，流體平均流速u，管道直徑d和管壁粗糙度ε。因此，摩控系數(shù)λ為多個(gè)變量的函數(shù)，即λ=f(,,u,d,)第71頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一72為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，應(yīng)用量綱分析法來處理。量綱分析法：將許多影響因素，歸納整理成為數(shù)不多的幾個(gè)特征數(shù)，然后以這幾個(gè)特征數(shù)為變量，即可使實(shí)驗(yàn)的次數(shù)大為減少。如：暫不考慮管壁粗糙度的影響，則有：λ=Adaubce根據(jù)兩邊量綱相等的原則有：[L0M0T0]=

[L]a[L?T-1]b

[M?L-3]c[M?L-1?T-1]e

=La+b-3c-e·Mc+e·T-b-e式中L、M、T依次為表示長(zhǎng)度、質(zhì)量和時(shí)間的量綱符號(hào)第72頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一73根據(jù)量綱一致性原則，上式兩邊每個(gè)基本量綱的量綱指數(shù)應(yīng)相等，故有：L：

a+b-3c-e=0M：

c+e=0T：

-b-e=0解得：a=-e;b=-e;c=-e

代入：λ=Adaubce得λ

=Ad–eu–e–ee=ARe–e第73頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一74由此可見可將量d,u,,等四個(gè)變量簡(jiǎn)化為特征數(shù)Re一個(gè)變量式中ε/d為管壁粗糙度ε

和管徑d之比，稱為相對(duì)粗糙度，量綱為1。若考慮管壁的粗糙度對(duì)于摩擦系數(shù)的影響，也只有兩個(gè)量綱為1的變量Re和/d,即：第74頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一75對(duì)于光滑管，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，有以下兩種結(jié)果：一：——柏拉修斯式，適用于Re:5k~100k二：適用范圍為Re：3k~3000k，但只限于鋼管或鐵管。對(duì)于粗糙管，經(jīng)顧毓珍等測(cè)得：第75頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2776摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度/d的關(guān)系莫狄(Moody)摩擦系數(shù)圖層流:~Re湍流時(shí)受Re影響大,受/d影響小Re

湍流時(shí)同時(shí)受Re、/d影響大Re過大時(shí),其對(duì)的影響減弱第76頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一77例：用一直徑32mm3mm，長(zhǎng)度l=30m的不銹鋼管輸送密度=1.84103kg·m-3、粘度

=2.510-2Pa·s的濃硫酸，當(dāng)管內(nèi)流速分別用u=0.50m·s-1和2.3m·s-1時(shí)，試分別計(jì)算管道所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降p（不銹鋼管道的粗糙度=0.3mm）解：管路內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)降源于克服阻力損失，可用范寧公式計(jì)算：管內(nèi)徑d=(32–32)10-3m=2.610-2m關(guān)鍵在于求首先要確定流動(dòng)型態(tài)第77頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一78第78頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一79第79頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一80(1)當(dāng)量長(zhǎng)度法(2)阻力系數(shù)法當(dāng)量長(zhǎng)度法：局部阻力損失折算成與其相當(dāng)?shù)闹惫荛L(zhǎng)度的摩擦阻力損失來計(jì)算。即：“當(dāng)量長(zhǎng)度”，以le表示。阻力系數(shù)法：局部阻力引起的能量損失用動(dòng)能倍數(shù)表示，：局部阻力系數(shù)，量綱為1，實(shí)驗(yàn)測(cè)定。2.5.5局部損失計(jì)算第80頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)致局部阻力的部分管件閥門閘閥止逆閥第81頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一82例：用泵將溶劑由地面貯槽輸送至距槽內(nèi)液面10m高處的塔中。地面貯槽通大氣，塔內(nèi)壓力為0.2atm（表壓），流量qV=6m3·h-1時(shí)，輸送管道為32mm3mm的無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)l=20m，泵的吸入管路底部有一搖板式止逆底閥，管路中有10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90

彎頭，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開），一個(gè)閘閥（全開）。求輸送單位質(zhì)量流體需要提供的機(jī)械能。（輸送溫度下溶劑的物性：

=861kg·m3，

=6.4310-4Pa·s）

第82頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一83解：取貯槽液面為截面1-1，管路出口端面為截面2-2，并以1-1面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列能量衡算式：第83頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一84p2–p1=0.2atm=2.026104N·m-2溶劑在管中的流速：取管壁粗糙度

=0.3mm，則/d=0.00938查圖得：摩擦系數(shù)

=0.038第84頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一85查表得各管件的局部阻力系數(shù)值分別為：因此，單位質(zhì)量流體需獲得的能量為：90標(biāo)準(zhǔn)彎頭

=0.75搖板式止逆底閥

=2閘閥（全開）

=0.17標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）

=6.0第85頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一86

工程上計(jì)算流體流動(dòng)阻力時(shí)，若能估計(jì)出管路在使用中的腐蝕情況，則應(yīng)按估計(jì)的ε值查取λ

而不能用新管的ε

，較常用的辦法是采用安全系數(shù)，即按使用情況將根據(jù)新管的ε查出的λ乘以大于1的安全系數(shù)。一般平均使用5—10年的鋼管，其安全系數(shù)可取1.2~1.3，以適應(yīng)粗糙度的變化。第86頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一p70習(xí)題7：如圖所示，高位水槽液面恒定，距地面10m，水從108mm×4mm鋼管流出。鋼管出口中心線與地面的距離為2m，管路的總阻力（包括進(jìn)、出口等局部阻力損失）可按hf=16.15u2J?kg-1計(jì)算，式中u為水在管內(nèi)的流速（m?s-1）。求：（1）A-A'截面處的流速為多少？（2）水的流量為多少?水10m2mA-A'第87頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一88例：液體由高位槽流向一密閉的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)壓強(qiáng)為4.5104Pa(表壓)，輸送管道為108mm4mm的無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)l=30m，流速u=0.8m·s-1時(shí)。求計(jì)算高位槽液面與反應(yīng)器液面之間的垂直高度(兩液面保持不變)。(輸送溫度下溶劑的物性：

=720kg·m3，

=1.710-3Pa·s)已知：鋼管絕對(duì)粗糙度

=0.3mm孔板流量計(jì)le/d=200由儲(chǔ)槽進(jìn)入導(dǎo)管處le/d=20其余均為標(biāo)準(zhǔn)件2個(gè)全開閘閥2個(gè)90彎頭1個(gè)三通1個(gè)截止閥（半開）第88頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一89第89頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一90（2）求Σle：查表孔板流量計(jì):

le/d=200由儲(chǔ)槽進(jìn)入導(dǎo)管處:

le/d=202個(gè)全開閘閥: le/d=9×2=182個(gè)90彎頭: le/d=35×2=701個(gè)三通: le/d=501個(gè)截止閥（半開）

le/d=475

Σle

=833第90頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一91（3）求ΣHf：第91頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一92第92頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.6流體流量的測(cè)量孔板流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)第93頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一942.6.1孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)操作示意圖1122R00uab流量測(cè)量是化工生產(chǎn)中的一個(gè)重要操作0-0：帶圓孔的孔板1-1：流體截面尚未收縮處2-2：流體截面收縮至最小處（縮脈）a,b：孔板前后，接U型管壓強(qiáng)計(jì)第94頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2795(1)測(cè)量原理（機(jī)械能守恒）(2)計(jì)算公式（能量衡算）列1-1，2-2面柏努利方程1122R00uab數(shù)據(jù)：1-1：p1,u1,z1,A1

2-2：p2,u2,z2,A20-0：p0,u0,z0,A0第95頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一96根據(jù)流體流動(dòng)性方程：qV=u1A1=u2A2第96頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一97用孔板0-0截面處數(shù)據(jù)代替縮脈2-2截面數(shù)據(jù)，即：u0和A0代替u2和A2，pa和pb代替p1和p2，并作校正得：令：C0：孔流系數(shù)，量綱為1，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，通常為0.6~0.71122R00uab第97頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/2798若U型管壓強(qiáng)計(jì)中液體密度為0，讀數(shù)為R，則：1122R00uab第98頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一99結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易；采用不同孔口直徑的孔板可測(cè)量不同流量范圍的流量，應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn)是阻力損失大，若孔口邊緣受流體腐蝕或磨損，應(yīng)定期校正，實(shí)際生產(chǎn)常用文丘里流量計(jì)。孔板流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：文丘里流量計(jì)第99頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/271002.6.2轉(zhuǎn)子流量計(jì)構(gòu)造：由一個(gè)倒錐形的玻璃管和一個(gè)能上下移動(dòng)并且比流體密度大的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，流體自下而上流動(dòng)，轉(zhuǎn)子的上浮高度，表示流體的流量第100頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27101測(cè)量原理和計(jì)算公式垂直向上的推動(dòng)力，等于流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐管間的環(huán)形截面所產(chǎn)生的壓力差；垂直向下的凈重力，等于轉(zhuǎn)子所受的重力減去流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力.轉(zhuǎn)子受到兩個(gè)力的作用：轉(zhuǎn)子上下端壓強(qiáng)差造成的升力

=轉(zhuǎn)子的重力–轉(zhuǎn)子所受浮力第101頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27102設(shè)：轉(zhuǎn)子體積Vf，密度f(wàn)，最大截面Af，流體密度，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)時(shí)，則有：第102頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一103轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在錐管中某一高度，管壁與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形面積不變，這種情況與流體流過孔板流量計(jì)的孔口情況相似，故計(jì)算轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量的公式可仿照孔板流量計(jì)的流量公式表示為：第103頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一104AR：轉(zhuǎn)子與管壁之間的環(huán)隙面積，m2，實(shí)際生產(chǎn)中的唯一變量CR：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量系數(shù)，量綱為1，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定第104頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一105其他流體流量的校正：（1）液體（2）氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，讀數(shù)方便，精度較高，阻力損失較小，故應(yīng)用較為普遍。但不能經(jīng)受高溫高壓，在安裝時(shí)注意保持垂直。1：標(biāo)定用液體2：被測(cè)流體f：轉(zhuǎn)子1：標(biāo)定用氣體2：被測(cè)氣體第105頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.7流體輸送設(shè)備離心泵的構(gòu)造及工作原理往復(fù)泵旋轉(zhuǎn)泵真空泵第106頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一107輸送液體——泵輸送氣體——鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)。離心式流體輸送設(shè)備往復(fù)式流體輸送設(shè)備旋轉(zhuǎn)式流體輸送設(shè)備用來輸送流體并向流體提供能量的機(jī)械設(shè)備分類：根據(jù)介質(zhì)分類按照工作原理分：第107頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/271081.離心泵構(gòu)造（1）葉輪：離心泵核心部件，由6-12片葉片組成，構(gòu)成數(shù)目相同的液體通道。按有無(wú)蓋板分為開式、閉式和半開式。開式：輸送含較多固體的懸浮液或漿狀、糊狀物料。半開式：輸送含固體顆粒、雜質(zhì)流體。閉式：輸送潔凈的流體，揚(yáng)程高。第108頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一109（2）泵殼：泵體的外殼，在葉輪四周形成一個(gè)截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道。此外，泵殼還設(shè)有與葉輪所在平面垂直的入口和切線出口。（3）泵軸：位于葉輪中心且與葉輪所在平面垂直的一根軸。它由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。第109頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一110離心泵的工作原理從軸心至葉輪邊緣，提速進(jìn)入葉輪與泵殼間的通道，且截面漸大動(dòng)能靜壓能（壓強(qiáng)增大）軸心處形成負(fù)壓，流體吸入葉輪旋轉(zhuǎn)，液體甩向葉輪邊緣，中心液體減少氣縛現(xiàn)象如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上第110頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一111離心泵的特性參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù)有揚(yáng)程、流量、軸功率和效率揚(yáng)程：又稱泵的壓頭，指泵對(duì)每牛頓重力的液體提供的機(jī)械能，He，單位m，

與流量、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。揚(yáng)程不是升舉高度！第111頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一112測(cè)定：1-1，2-2截面間能量衡算He——泵的揚(yáng)程，mH0——（z2–z1）,mH1——真空表度數(shù),mH2——壓強(qiáng)計(jì)度數(shù),m揚(yáng)程He第112頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一113流量：指泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送流體的體積，又稱送液能力，qV,單位m3·s-1或m3·h-1，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定功率和效率：泵的功率分軸功率和有效功率兩種表示法軸功率：電動(dòng)機(jī)等傳遞給泵軸的功率，P，J·s-1或WP=U·I第113頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一114效率：反映泵內(nèi)各種能量損失，離心泵:50%~70%,大型泵:>80%有效功率：流體實(shí)際獲得的功率，Pe，J·s-1或WqV——泵的流量,m3·s-1He——泵的揚(yáng)程，m

——輸送液體的密度,kg·m-3g

——重力加速度,m·s-2第114頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一115離心泵的特性曲線表征離心泵He、P、、qV間的關(guān)系，反映泵的性能，是分析和選用泵的重要依據(jù)He

~qV~qVP~qVqV/m3·h-1P/W/%He/mHe

~qV曲線流量qV泵的壓頭He,即流量越大，泵給單位重量流體提供的機(jī)械能越小。但是，這一規(guī)律對(duì)流量很小的情況可能不適用。曲線具體形態(tài)與泵結(jié)構(gòu)有關(guān)。P

~qV曲線流量qV軸功率P

qV

=0時(shí)P

=0

，所以大流量輸送一定對(duì)應(yīng)著大的配套電機(jī)，且離心泵應(yīng)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥，這樣可以使電機(jī)的啟動(dòng)電流最小。

~qV曲線流量qV效率

先后，qV

=0時(shí)

=0

，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選泵時(shí)，應(yīng)使泵在最高效率點(diǎn)附近工作。第115頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一116例：用泵將地面貯槽中密度為1840kg·m-3的液體以1.5kg·s-1的流量送至貯罐中。地面貯槽內(nèi)液面恒定，貯罐高出地面貯槽液面10m，地面貯槽和貯罐皆通大氣。輸送管道內(nèi)徑25mm，流動(dòng)過程的能量損失為52.0J·kg-1，若泵的效率為50%，計(jì)算泵所需的軸功率。分析：軸功率P=？效率為

=50%有效功率Pe=P即求：揚(yáng)程He能量衡算：1-1，2-2截面間，且1-1面為基準(zhǔn)面第116頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一117解：以1-1截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間應(yīng)用柏努利方程：已知：d=25mm=1840kg·m-3z1=0,z2=10mp1=p2=0(均通大氣)u1=0，u2=？qm=1.5kg·s-1g·Hf=52.0J·kg-1第117頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一118有效功率：所以軸功率：效率為

=50%P=Pe/

=454.4W第118頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一119例：用泵將溫度為20C的水，以qV

=10.8m3?h-1的流量通過48mm3.5mm的管道由低位貯槽送到高位貯槽，兩槽均通大氣。入口管不伸到高位槽液面內(nèi)。管道的水平距離為150m，垂直高度為10m其中各種管件和閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度為管徑的260倍，管壁的絕對(duì)粗糙度為0.3mm，若泵的效率為60%，問需要多大功率的離心泵？分析：軸功率P=？效率為

=60%有效功率Pe=P即求：揚(yáng)程He能量衡算：1-1，2-2截面間，且1-1面為基準(zhǔn)面第119頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一120解：以1-1截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間應(yīng)用柏努利方程：已知：d=48–23.5=41(mm)=0.041(m)qV=10.8m3·h-1=3.010-3m3·s-1=1000kg·m-3z1=0,z2=10mp1=p2=0(均通大氣)u1=0，u2=？le=260d=10.66ml=160m=0.3mm水=10-3Pa·s管路總阻力損失：第120頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一121判斷流型：流動(dòng)型態(tài)為湍流相對(duì)粗糙度：查表得：=0.034以上數(shù)據(jù)代入式：得揚(yáng)程：第121頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一122有效功率：所以軸功率：效率為

=60%P=Pe/

=2.3kW第122頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一123例：某車間要將密度為

=1200kg·m-3的溶液以qV

=100m3?h-1的流量從貯槽送到高10m（從貯槽的液面向上計(jì)算）的高位槽內(nèi)，貯槽內(nèi)的壓強(qiáng)為0.1MPa（絕對(duì)壓強(qiáng)），高位槽內(nèi)的壓強(qiáng)為0.05MPa（表壓），導(dǎo)管的直徑為159mm4.5mm，管路的長(zhǎng)度為150m（直管長(zhǎng)度加上局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。假設(shè)管路的摩擦系數(shù)為

=0.03，問能否選用揚(yáng)程He′=17.1m，送液能力為0.0306m3·s-1的離心泵？第123頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一124解：判斷泵是否使用主要看其揚(yáng)程和送液能力是否滿足要求。所需送液流量：qV

=100m3?h-1

=0.0278m3·s-1<0.0306m3·s-1

送液符合要求第124頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一125所需泵的揚(yáng)程：以兩貯槽內(nèi)液面分別為1-1、2-2截面，且取1-1截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間應(yīng)用柏努利方程，得：已知：

=1200kg·m-3qV

=100m3?h-1z1=0m,z2=10mp1=0.1MPa,p2

p1+0.05MPau1

u2=0d=159–24.5=150(mm)=0.15(m)l+le=150m=0.03管路總阻力損失：式中u：管路中的流速第125頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一126相關(guān)數(shù)據(jù)代入，得：>17.1m此離心泵的揚(yáng)程不符合要求，泵不適用。第126頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一127離心泵的安裝高度如圖：若增加泵的安裝高度Hg，則葉輪中心處的壓力p必然下降。當(dāng)Hg增加，而p下降至被輸送流體在操作溫度下的飽和蒸氣壓時(shí)，將在泵內(nèi)產(chǎn)生：被輸送流體在葉輪中心處發(fā)生氣化，產(chǎn)生大量氣泡；氣泡由中心向周邊運(yùn)動(dòng)，由于壓力增加而急劇凝結(jié)，產(chǎn)生局部真空，周圍液體高速?zèng)_向真空區(qū)域；氣泡冷凝發(fā)生在葉片表面時(shí)，眾多液滴高頻撞擊葉片；加速葉片的腐蝕。氣蝕現(xiàn)象第127頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一128安裝高度如圖：取泵吸入貯槽水面為截面0-0，水流方向垂直面為截面1-1，并以0-0截面為基準(zhǔn)面，進(jìn)行能量衡算z0=0,z1=Hg,pa:槽面大氣壓強(qiáng)，p1：泵入口壓強(qiáng)u0=0，u1：入口流速第128頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一129設(shè)：Hs=(pa–p1)/g得離心泵的安裝高度Hg：而：z1=Hg第129頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一130u12/(2g):吸入管路上的流體動(dòng)壓頭，u1Hg，故離心泵的吸入管徑常大于壓出管徑，以減小u1Hf：吸入管路的阻力損失，管路上盡量減少管件、閥門等可減小Hf，增大安裝高度Hg最大安裝高度：開始發(fā)生氣蝕時(shí)的安裝高度，

Hg,max=(pa–p1)/(g)=Hs習(xí)慣用Hs=(pa–p1)/(g)液柱高度：允許吸上真空高度；實(shí)驗(yàn)測(cè)定；產(chǎn)品說明書上常為98.1kPa下輸送20℃清水時(shí)的結(jié)果開始發(fā)生氣蝕時(shí)的(pa–p1)：允許吸入壓差；第130頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一131例：某工段領(lǐng)到一臺(tái)離心泵，泵的銘牌上標(biāo)著：流量qV

=20m3?h-1，揚(yáng)程He′=30.8mH2O，轉(zhuǎn)速n=2900r·min-1，允許吸上真空高度Hs

=7.2m，泵的流量和揚(yáng)程均符合要求，若已知管路的全部阻力為1.8mH2O，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?36

mmHg，試計(jì)算：

(1)輸送20℃水時(shí)泵的安裝高度為多少？(2)輸送90℃水時(shí)泵的安裝高度又為多少？第131頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27132解：(1)求輸送20℃水時(shí)泵的安裝高度已知：Hs

=7.2m，Hf

=1.8mH2O，u12/(2g)通常數(shù)值較小，忽略不計(jì)，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?36

mmHg≈10

mH2O，與泵出廠時(shí)實(shí)驗(yàn)條件基本符合，故Hs不用換算即：Hg

=7.2?1.8=5.4m第132頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一133(2)輸送90℃水時(shí)的安裝高度此時(shí)由于水溫高,允許吸上真空高度會(huì)有很大變化,應(yīng)進(jìn)行換算：已知：大氣壓為736

mmHg≈10

mH2O，查表得90℃時(shí)水的飽和蒸汽壓pt=70.1kPa，該溫度下水的密度為965.3kg·m-3計(jì)算出的Hg為負(fù)值，這說明此離心泵在輸送90℃的水時(shí)，其安裝位置應(yīng)在貯槽液面以下的2.0m處.第133頁(yè)，共151頁(yè)，2023年，2月20日，星期一134水泵：適用于輸送清水或物性與水相近、無(wú)腐蝕性且雜質(zhì)較少的液體。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易。耐腐蝕泵：用于輸送具有腐蝕性的液體，接觸液體的部件用耐腐蝕的材料制成，要求密封可靠。油泵：輸送石油產(chǎn)品的泵，要求有良好的密封性。泥漿泵：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。離心泵的類型離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流量均勻操作方便，易于調(diào)節(jié)和控制，適用于輸送各類液體或漿液，應(yīng)用范圍廣泛，在化工生產(chǎn)中，約占用泵數(shù)量的8