化工基礎(chǔ)課件

緒論一、化工生產(chǎn)過程和單元操作

化工生產(chǎn)過程的前、后處理操作僅發(fā)生物理變化，稱為單元操作。緒論*緒論單元操作按操作目的分類

（1）流體的輸送；（2）物料的混合；（3）物料的加熱或冷卻；（4）非均相混合物的分離；（5）均相混合物的分離。

緒論*緒論從物理本質(zhì)上單元操作又分為下列三種傳遞過程(三傳):（1）動量傳遞過程：如流體的輸送、沉降、過濾、攪拌及固體的流態(tài)化等。

（2）熱量傳遞過程：如熱交換、蒸發(fā)等。（3）質(zhì)量傳遞過程：如液體的蒸餾、氣體的吸收、固體的干燥及結(jié)晶等。緒論*緒論二、四個基本概念：1、物料衡算根據(jù)質(zhì)量守恒定律，向設(shè)備輸入的物料質(zhì)量減去從設(shè)備輸出的物料質(zhì)量，必等于積累在設(shè)備里的物料質(zhì)量，即：

式中

ΣG1——輸入物料的總量；ΣG0——排出物料的總量；

GA——過程積累的總量。

緒論*緒論進行物料衡算的注意事項：（1）確定衡算范圍（或稱系統(tǒng)），它可以在一個單一的設(shè)備或其中一部分進行，也可以包括幾個處理階段的全流程。（2）確定衡算對象。對有化學(xué)變化的過程，衡算對象可找未發(fā)生變化的物質(zhì)為惰性物質(zhì)等。（3）確定衡算基準。對于間歇過程，常以一次（一批）操作為基準，對于連續(xù)過程，則以單位時間為基準。

緒論*緒論2、能量衡算根據(jù)能量守恒定律而進行的能量平衡的計算。在生產(chǎn)中能量可能是熱能、電能、機械能或其它能。如果是熱能，則稱為熱量衡算。

進行熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同，明確衡算范圍、衡算對象與衡算基準。

緒論*緒論3、平衡關(guān)系：平衡關(guān)系判斷物理或化學(xué)變化過程進行的方向以及可能達到的極限。

如連通器液面最終達到同一水平面，換熱的極限是冷熱流體溫度相同，氣體吸收的極限是當時條件下的飽和溶解度，反應(yīng)的極限是當時條件下的平衡轉(zhuǎn)化率。

緒論*緒論4、過程速率

過程速率是指物理或化學(xué)變化過程進行的快慢。如在實際工作中，一個過程以多快的速率由不平衡向平衡移動是極為重要的問題。緒論*第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)91.1幾個概念一．連續(xù)介質(zhì)模型二．流體的性質(zhì)三、流體所受到的力1.2流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用

1.2.1靜止流體所受的力

1.2.2流體靜力學(xué)基本方程

1.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)10第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1幾個概念一．連續(xù)介質(zhì)模型把流體視為由無數(shù)個流體微團（或流體質(zhì)點）所組成，這些流體微團緊密接觸，彼此沒有間隙。這就是連續(xù)介質(zhì)模型。流體微團（或流體質(zhì)點）：宏觀上足夠小，以致于可以將其看成一個幾何上沒有維度的點；同時微觀上足夠大，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)計學(xué)性質(zhì)。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)111.1幾個概念二．流體的性質(zhì)1．易流動性流體不能承受拉力2．壓縮性第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)121.1幾個概念3．密度用

表示，屬于物性獲得方法：（1）查物性數(shù)據(jù)手冊

（2）公式計算： 液體混合物：

氣體：

-------------理想氣體狀態(tài)方程影響因素：氣體----------種類、壓力、溫度、濃度

液體---------種類、溫度、濃度二．流體的性質(zhì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)13三、流體所受到的力1.1幾個概念如重力、離心力等，屬于非接觸性的力。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)141.2流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用1.2.1靜止流體所受的力1．質(zhì)量力第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)152．靜壓力單位面積上所受到的壓應(yīng)力稱為壓強，習(xí)慣上稱之為靜壓力，用符號p表示。靜壓力各向同性1.2.1靜止流體所受的力第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)16（1）壓力單位SI制中，

N/m2=Pa，稱為帕斯卡（2）壓力大小的兩種表征方法1.2.1靜止流體所受的力1.2.2流體靜力學(xué)基本方程------流體靜力學(xué)微分方程式b’a’c’d’badc流體靜力學(xué)方程第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)19靜力學(xué)方程的討論：

1）

適用場合：

絕對靜止、連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮

2）等壓面為水平面；

3）壓力可傳遞-------巴斯噶定理。(1)U形壓力計

r

pa

A

1

穧

hR

23

r01.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用1．壓力計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)21(2)單管壓力計單管壓力計是U形壓力計的變形，用一只杯形代替U形壓強計中的一根管子，如圖2所示。由于杯的截面S杯遠大于玻璃管的截面S玻（一般情況下S杯/S?！?00），所以其兩端有壓強差時，根據(jù)等體積原理，細玻璃管一邊的液柱升高值h1遠大于杯內(nèi)液面下降h2，即h1>>h2，這樣h2可忽略不計，在讀數(shù)時只需讀一邊液柱高度，誤差比U形壓差計減少一半

1.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用2．壓差計（manometer）

(1)U形壓差計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)231.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用(2)雙液柱壓差計

1略小于

2讀數(shù)放大P00水氣體h0

3.液封高度安全液封h0P溢流水00氣液氣目的：（1）恒定設(shè)備內(nèi)的壓力，防止超壓；（2）防止氣體外泄；

水封

例：為測量腐性液體貯槽中的存液量，采用圖示的裝置．測量時通入壓縮空氣，控制調(diào)節(jié)閥使空氣緩慢地鼓泡通過觀察瓶．今測得U形壓差計讀數(shù)為R＝130mm，通氣管距貯槽底面h=20cm，貯槽直徑為2m，液體密度為980kg／m3，試求貯槽內(nèi)液體的儲存量為多少噸?4.遠距離液位測定第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)27作業(yè)P752、5第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)28/371.3流體流動的基本方程

1.3.1基本概念

1.3.2質(zhì)量衡算--連續(xù)性方程方程

1.3.3機械能衡算第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)29/371.3.1基本概念第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)30/371.3.1基本概念一、粘性——牛頓粘性定律第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)31/371.3.1基本概念粘度

：物理意義：衡量流體粘性大小的一個物理量單位：獲取方法：屬物性之一，由實驗測定、查有關(guān)手冊或資料、用經(jīng)驗公式計算。影響因素：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)32/371.3.1基本概念非牛頓型流體第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)33/371.3流體流動的基本方程二．穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動

穩(wěn)定流動：各截面上流動參數(shù)（如流速、壓強、密度）僅隨空間位置的改變而變化，而不隨時間變化，T=f(x,y,z)。如圖a所示流動系統(tǒng)。非穩(wěn)定流動：各截面上流體的有關(guān)參數(shù)隨位置和時間而變化，T=f(x,y,z,t)。如圖b所示流動系統(tǒng)?；どa(chǎn)中多屬連續(xù)穩(wěn)態(tài)過程。除開車和停車外，一般只在很短時間內(nèi)為非穩(wěn)態(tài)操作，多在穩(wěn)態(tài)下操作。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)34/37，單位m/s點速度u，單位m/s1.3.1基本概念圖1－9流線，圖1－10流管第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)35/371.3.1基本概念四．流動類型和雷諾數(shù)雷諾數(shù)層流或滯流laminarflow第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)36/371.3.1基本概念直管內(nèi)流動時，Re

2000層流

Re=2000

4000過渡區(qū)

Re>4000湍流第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)37/371.3.1基本概念五、幾種時間導(dǎo)數(shù)對流導(dǎo)數(shù)項第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)38/371.3.2質(zhì)量衡算方程一、管內(nèi)流動的連續(xù)性方程控制體：在流場中任意劃定一個封閉空間作為研究對象,稱這個空間為控制體。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)39/371.3.2質(zhì)量衡算方程輸入控制體的質(zhì)量流量輸出控制體的質(zhì)量流量控制體內(nèi)的質(zhì)量隨時間的變化率第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)40/37----------管內(nèi)流動的連續(xù)性方程1.3.2質(zhì)量衡算方程對于管道內(nèi)穩(wěn)定流動，

/

t=0，上式變?yōu)椋旱谝徽铝黧w力學(xué)基礎(chǔ)41/371.3.2質(zhì)量衡算方程思考：

如果管道有分支，則穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程又如何？第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)42/371.3.2質(zhì)量衡算方程

二、

連續(xù)性方程的微分式：x方向上凈輸出的質(zhì)量流量為：同理得：

y方向上凈輸出的質(zhì)量流量為：z方向上凈輸出的質(zhì)量流量為：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)43/37-------連續(xù)性方程微分式若流體不可壓縮，則

=常數(shù)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)44/37作業(yè)P76-777、9451.3流體流動的基本方程

1.3.1基本概念1.3.2質(zhì)量衡算--連續(xù)性方程方程

1.3.3機械能衡算461.3.3機械能衡算先假設(shè)流體粘度為零，導(dǎo)出理想流體的機械能守恒，得到相應(yīng)的方程，經(jīng)粘度修正，用于實際流體。在運動流體中，取一立方微元，假設(shè)粘度為零，微元表面不受剪應(yīng)力。在運動流體中各力不平衡，造成加速度du/dt。1.理想流體機械能衡算方程納維爾－斯托克斯運動微分方程的簡化式：以上三個方程兩邊分別同乘以dx,dy,dz，得X

---gxY---gyZ---gz而代入上式得此三式相加，注意到可得重力場中，取z軸垂直向上上式可簡化為：對不可壓縮流體，ρ為常數(shù)，積分后可進一步簡化為不可壓縮理想流體作穩(wěn)定流時的機械能衡算式－伯努利方程伯努利方程的物理意義：三項機械能之和為常數(shù)?；驇缀我饬x：位頭、壓頭、速度頭總高為常數(shù)伯努利方程的應(yīng)用條件：（1）重力場，穩(wěn)定流動，不可壓縮的理想流體；（2）無外加機械能或機械能輸出。對實際流體：粘度不為0，且有外加機械能，修正為：機械能衡算方程（柏努利方程）外加壓頭靜壓頭動壓頭位頭壓頭損失適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫流動2.實際流體機械能衡算方程不可壓縮流體的B.E（總能量衡算式）討論

a.基準:單位質(zhì)量流體,單位:J/Kg

b.物理意義:各項均表示單位質(zhì)量流體具有的能量

gZ1、u12/2、P1/ρ，gZ2、u22/2、P2/ρ分別為截面1和2上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動能和靜壓能;

Z，p，u為狀態(tài)函數(shù)。管內(nèi)流動u，z，p，

為平均值。

Ws、Wf,1-2為流體在截面1→2之間獲得和消耗的能量，是過程函數(shù)。

Ws：輸送設(shè)備對單位質(zhì)量流體所作的有效功→選用輸送設(shè)備的重要依據(jù)。

c.方程兩邊同時除以g,可得單位重量流體（1N）的B.E

各項均表示單位重量流體具有的能量；單位:[J/N或m液柱]

d.物理意義:各項均表示單位重量流體具有的能量

Z1、△u12/2g、P1/ρg為截面1上流體所具有的位壓頭、動壓頭和靜壓頭;Z2、△u22/2g、P2/ρg為截面2上流體所具有的位壓頭、動壓頭和靜壓頭;He（揚程）：輸送設(shè)備對流體所提供的有效壓頭

He=WS/gHf,1-2為流體在截面1→2之間的壓頭損失。

e.外界沒有向系統(tǒng)加入外功，Ws=0He=0，則

f.理想流體，無外加功，Ws=0,He=0;ΣHf,1-2=0,ΣWf,1-2=0實際流體（非理想）系統(tǒng)能量隨流動↓

[物理意義]：1kg理想流體在各個截面上所具有的總機械能E守衡，各項不一定相等，三種形式的能可以互相轉(zhuǎn)換，總和不變。E1=E2

g.靜止流體

需要指出的是：1).B.E（有時需要和連續(xù)性方程、動量守恒定律聯(lián)合）可用于計算管路中的流量，設(shè)備間的相對位置，輸送設(shè)備的有效功率及管路中流體的壓強關(guān)系，B.E是本章的核心；2).B.E的應(yīng)用條件：穩(wěn)定，連續(xù)，不可壓縮流體系統(tǒng)，在選定的兩截面間，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無能量和質(zhì)量交換，滿足連續(xù)性方程；圖為水平通風(fēng)管道中的一段，該管道的直徑自300mm漸縮為200mm，為了粗略估計其中的空氣流量，在錐形接頭兩端分別測得粗管截面1-1的表壓強為1200Pa,細管截面2-2的表壓強為800Pa,空氣流過錐形管的能量損失可忽略，求空氣的流量?？諝鉁囟葹?0℃，當?shù)卮髿鈮簭姙?01.33KPa。

例1.確定管道內(nèi)的流體流量

11’2’2解：在截面1-1，2-2間列B.E，并通過管道中心線作基準水平面，由于兩截面間無外加功加入，Ws=0,能量損失可略，Σ

Wf,1-2=0解出u1=12.7m/sVh=3600×(π／4).d12u1=3600×0.785×0.09×12.7=3234m3/h

Z1=Z2=0，P1=1200Pa（表）,P2=800Pa（表）,取空氣的平均分子量為29Kg/Kmol,在截面1-1，2-2間空氣平均密度為：

由連續(xù)性方程故（1）繪出流體流動系統(tǒng)的示意圖，并根據(jù)要求確定流體流動系統(tǒng)的衡算范圍(控制體)。（2）選取截面：根據(jù)題意定出上下截面，一般把上下游截面選取在已知數(shù)較多或含有待求量的地方，并指出流體的流動方向，截面選取必須與流動方向垂直，且在兩截面間流體必須是連續(xù)的；上下游截面確定后，兩截面及其間的管道內(nèi)壁和容器內(nèi)壁即構(gòu)成相應(yīng)的控制體。上下游截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能和靜壓能按管道軸心線的流線上的值計算；（3）選擇基準水平面：通常取基準水平面通過衡算范圍的兩個截面中的任一截面，截面上方為“+”，截面下方為“—”，“Z”→截面中心點到基準水平面間的垂直距離；（4）進行衡算。B.E解題步驟

注意：（1）壓力：P1，P2只能同時取表壓或絕壓,取法要一致;（2）單位要統(tǒng)一：J/Kg或m液柱，壓強的單位一定要用Pa代；（3）大截面上的流速為0；

（4）衡算范圍內(nèi)所含的外部功及阻力損失應(yīng)完全考慮進去，不應(yīng)遺漏；（5）外加能量Ws是對每Kg流體而言的，要計算泵的軸功率（單位時間的動力消耗），需將Ws乘以質(zhì)量流量qm再除以輸送機械的效率；

有效功率Pe=Ws.qm=ρgqvHe

軸功率Pa=Pe／η=he.qm／η

單位：W（瓦）63作業(yè)P7710、11第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)64/18

1.5管內(nèi)流動阻力與能量損失

1.5.1流體阻力與范寧公式

1.5.2量綱分析方法

1.5.3湍流時摩擦損失的計算

1.5.4局部阻力損失 第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)65/181.5.1

流體阻力與范寧公式機械能衡算方程wf的計算目前主要靠經(jīng)驗式wf分為兩類：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)66/18對等徑直管，因u1=u2，由機械能衡算得：由受力的平衡得：引入摩擦系數(shù)：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)67/18長徑比，無量綱動能摩擦系數(shù)-----直管摩擦損失計算通式（范寧公式）？（2）湍流時的

（1）層流時的

或通過力學(xué)分析可得哈根－泊謖葉公式（教材P26）代入范寧公式得其中主要依靠量綱分析法結(jié)合實驗研究第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)68/181.5.2量綱分析方法

由于湍流的復(fù)雜性，不能通過力學(xué)分析由解析法推導(dǎo)求出λ的公式。湍流過程影響因素很多，如何安排實驗？怎樣把實驗結(jié)果整理成便于應(yīng)用的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式？這里有一個實驗規(guī)劃問題?；ぶ谐２捎昧烤V分析法解決這個問題。

量綱分析法的原理：一個正確的物理方程中，其等號兩邊不僅數(shù)值要相等，且每一項都應(yīng)具有相同的量綱。

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)69/18量綱分析過程（以湍流時阻力損失為例）：（1）通過實驗找到所有影響因素：

通過量綱分析法，可得到某一物理過程如湍流時摩擦損失的量綱為1的量的個數(shù)及形式，推導(dǎo)求出λ的公式。但是它只是一種數(shù)學(xué)分析方法，它不能代替實驗，需要與實驗結(jié)合起來得到最終的方程式。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)70/18(2)用冪函數(shù)逼近法確定函數(shù)的形式為了便于量綱運算，將上式用冪函數(shù)代替，寫成：------（A）k為待定系數(shù)，是一個常數(shù)，量綱為1。

a,b,c,d為指數(shù)，當a=b=c=d=0，則稱d、l、u、ρ、μ量綱為1。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)71/18(3)量綱分析寫出上式中各物理量的量綱將量綱代入式A得：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)72/18量綱分析法的原理：一個正確的物理方程中，其等號兩邊不僅數(shù)值要相等，且每一項都應(yīng)具有相同的量綱。

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)73/18（4）找到量綱為1的方程式將a、c、d代入式A得：可通過實驗確定k、b、e的值，得到準確的方程式。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)74/18白金漢定理（

定理）：均為量綱為1的量，本公式有3個。變量個數(shù)為6個所涉及到的基本量綱數(shù)為3個kg、m、s式中第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)75/18

上述公式的推導(dǎo)沒考慮管子的相對粗糙度ε/d，實際上壓力損失還與相對粗糙度ε/d有關(guān)，考慮到這個因素，將前式可修正為：與直管內(nèi)流動阻力的通式（范寧公式）對照可得：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)76/18

式中，ε是管壁凹凸不平的平均高度，稱絕對粗糙度，簡稱粗糙度。若管壁的ε很小，對流動阻力無影響時，這種管道稱為光滑管，反之，為粗糙管?？赏ㄟ^實驗確定k、b、e的值，得到準確的方程式。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)77/18使用時注意經(jīng)驗式的適用范圍人們通過實驗得到幾個光滑管內(nèi)湍流經(jīng)驗公式：柏拉修斯（Blasius）式：（5000<Re<105）尼古拉茲式：（105<Re<3×106）1.5.3湍流時摩擦損失的計算一、經(jīng)驗公式第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)78/18粗糙管內(nèi)湍流經(jīng)驗公式：

注意，阻力平方區(qū)的判據(jù)為：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)79/18二、莫狄（Moody）圖

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)80/18根據(jù)不同的Re數(shù)值，可分為４個不同的區(qū)域：層流區(qū)（Re≤2000）：λ與ε/d

無關(guān)，λ=F(Re)=64/Re，在雙對數(shù)坐標中λ與Re成直線關(guān)系，阻力損失與u一次方成正比。過渡區(qū)（2000<Re<4000）：此時流型不定，λ有波動。工程上為確保安全和設(shè)備潛力起見，一般作為湍流處理，將湍流曲線外推，即采用λ大的數(shù)值；湍流區(qū)（Re>4000↑及虛線以下區(qū)域）：

λ=F（Re，ε/d）當Re一定，ε/d↑→λ↑

當ε/d一定，Re↑→λ↓λ與Re

及ε/d的關(guān)系圖［莫迪圖］第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)81/18最下面一條曲線為流體流經(jīng)光滑管時λ~Re關(guān)系曲線，

當Re=3×103~1×105,

λ=0.3164／Re0.25---柏拉修斯Blasius公式粗糙管的λ~Re關(guān)系曲線都位于光滑管的上方

完全湍流區(qū)（虛線以上的區(qū)域）：λ~Re關(guān)系曲線幾乎為水平線，即λ與Re無關(guān)，

λ=F（ε/d）

ε/d為常數(shù)，則λ為常數(shù)，若l/d為一定值，則阻力損失與u2成正比，所以此區(qū)又稱阻力平方區(qū)。

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)82/18第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)83/18三、非圓形管摩擦損失計算式第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)84/18P781519注意單位換算作業(yè)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)85/27

1.5管內(nèi)流動阻力與能量損失

1.5.1流體阻力與范寧公式

1.5.2量綱分析方法

1.5.3湍流時摩擦損失的計算

1.5.4局部阻力損失

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)86/27機械能衡算方程：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)87/271.5.4局部摩擦損失計算式由于流體的流速或流動方向突然發(fā)生變化而產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致形體阻力。(P53頁)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)88/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)89/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)90/27

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)91/27總結(jié)：管路系統(tǒng)的總阻力損失為管入口管出口彎管閥門機械能衡算方程：若出口處2-2面控制面取管出口外側(cè)，則Wf中應(yīng)包括出口阻力損失，其大小為，但2-2面的動能為零（P54頁）；22若出口處控制面取管出口內(nèi)側(cè)，則Wf中應(yīng)不包括出口阻力損失，但2-2面的動能不為零。例：一高位槽與內(nèi)徑為100mm的鋼管相連，槽內(nèi)為常溫水，直管總長為30m,系統(tǒng)內(nèi)有900彎頭3個，閘閥（全開）和標準閥（全開）各一個，水從管口流出，問欲得到22.7m3/h的流量，槽內(nèi)水面應(yīng)比管口高多少米？（ε=0.2mm）解：以高位槽液面為1-1截面，管出口外側(cè)為2-2截面，以管出口中心線為基準水平面，在1-1和2-2截面間列BE

gz1+u12/2+p1/ρ=gz2+u22/2+p2/ρ+ΣWf

z2=0;p1=p2=0(表壓);d=0.1m;ρ=1000kg/m3;u1=0，動能u22/2

=0，管中水的流速u＝qV/A=0.803m/sRe=duρ/μ=0.1×0.803×1000／(1.0×103)=80300(湍流)ε／d=0.002,查圖1-24(P48頁)得λ=0.0256由容器管口,ζc=0.5,管子出口ζe=1.0;閘閥全開ζ=0.17;標準閥全開ζ=6.0;900彎頭3個,ζ=3×0.75=2.25,Σζ=0.5+1.0+0.17+6+2.25=9.92ΣWf=(λl／d+Σζ)u2/2=(0.0256×30／0.1+9.92)×0.8032/2=5.67J/kg代入BE得Z=0.611m，高位槽水面應(yīng)比管出口中心線高0.611m。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)93/27

1.6管路計算

1.6.1簡單管路習(xí)題課

1.6.2復(fù)雜管路習(xí)題課

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)94/271.6管路計算已有公式：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)95/271.6.1簡單管路----沒有分支和匯合第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)96/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)97/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)98/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)101/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)102/27作業(yè)P7921參照例1－14第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)103/27

1.6管路計算

1.6.1簡單管路習(xí)題課

1.6.2復(fù)雜管路習(xí)題課

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)104/271.6.2復(fù)雜管路----有分支和匯合解：三通2處是一個分支點，液體自2至3與自2至4所需的外加功一般不相等，若液體自2至4所需的外加功小于自2至3所需的外加功，就應(yīng)取后者的外加功Ws計算泵功率。這樣2至3的流量正好符合要求，但2至4的流量會比要求的大。操作時可將2至3的支管閥門關(guān)小，使其流量符合要求。

在1-1面至3-3面間列機械能衡算方程：1-1面至4-4面間列機械能衡算方程：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)110/27

1.6.3邊界層及邊界層理論(P27)

一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論二、邊界層的形成和發(fā)展三、邊界層分離第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)111/271.6.3

邊界層及邊界層理論一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)112/27二、邊界層的形成和發(fā)展

1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)113/271.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)114/27倒流分離點u0

DAC’CBxAB：流道縮小，順壓強梯度，加速減壓BC：流道增加，逆壓強梯度，減速增壓CC’以上：分離的邊界層CC’以下：在逆壓強梯度的推動下形成倒流，產(chǎn)生大量旋渦邊界層分離現(xiàn)象(Boundarylayerseparation)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)115/27

邊界層分離--大量旋渦--消耗能量--增大阻力。由于邊界層分離造成的能量損失，稱為形體阻力損失。

邊界層分離使系統(tǒng)阻力增大。減小或避免邊界層分離的措施：調(diào)解流速，選擇適宜的流速，改變固體的形體。如汽車、飛機、橋墩都是流線型。1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)116/27

1.6.4流速、流量的測量(P65)1.6.4.1變壓頭流量計

1.6.4.2變截面流量計

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)117/271.6.4流速、流量的測量1.6.4.1變壓頭流量計1、測速管：又稱皮托（Pitot）管變壓頭流量計變截面流量計測速管孔板流量計文丘里流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)118/27測umax

平均速度

流量1.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)119/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)120/271.6.4.1變壓頭流量計測量原理：2．孔板流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)121/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)122/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)123/271.6.4.1變壓頭流量計Re較大時第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)124/27安裝時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為10d1，下游為5d1

1.6.4.1變壓頭流量計使用注意事項：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)125/271.6.4.1變壓頭流量計結(jié)構(gòu)優(yōu)點：構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便缺點：機械能損失（稱之為永久損失）大第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)126/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)127/27總結(jié)：變壓頭流量計的特點是文丘里流量計的優(yōu)點：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的輸送。1.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)128/27作業(yè)P7925第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)129/27

1.6管路計算

1.6.1簡單管路習(xí)題課

1.6.2復(fù)雜管路習(xí)題課

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)130/271.6.2復(fù)雜管路----有分支和匯合解：三通2處是一個分支點，液體自2至3與自2至4所需的外加功一般不相等，若液體自2至4所需的外加功小于自2至3所需的外加功，就應(yīng)取后者的外加功Ws計算泵功率。這樣2至3的流量正好符合要求，但2至4的流量會比要求的大。操作時可將2至3的支管閥門關(guān)小，使其流量符合要求。

在1-1面至3-3面間列機械能衡算方程：1-1面至4-4面間列機械能衡算方程：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)136/27

1.6.3邊界層及邊界層理論(P27)

一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論二、邊界層的形成和發(fā)展三、邊界層分離第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)137/271.6.3

邊界層及邊界層理論一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)138/27二、邊界層的形成和發(fā)展

1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)139/271.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)140/27倒流分離點u0

DAC’CBxAB：流道縮小，順壓強梯度，加速減壓BC：流道增加，逆壓強梯度，減速增壓CC’以上：分離的邊界層CC’以下：在逆壓強梯度的推動下形成倒流，產(chǎn)生大量旋渦邊界層分離現(xiàn)象(Boundarylayerseparation)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)141/27

邊界層分離--大量旋渦--消耗能量--增大阻力。由于邊界層分離造成的能量損失，稱為形體阻力損失。

邊界層分離使系統(tǒng)阻力增大。減小或避免邊界層分離的措施：調(diào)解流速，選擇適宜的流速，改變固體的形體。如汽車、飛機、橋墩都是流線型。1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)142/27

1.6.4流速、流量的測量(P65)1.6.4.1變壓頭流量計

1.6.4.2變截面流量計

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)143/271.6.4流速、流量的測量1.6.4.1變壓頭流量計1、測速管：又稱皮托（Pitot）管變壓頭流量計變截面流量計測速管孔板流量計文丘里流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)144/27測umax

平均速度

流量1.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)145/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)146/271.6.4.1變壓頭流量計測量原理：2．孔板流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)147/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)148/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)149/271.6.4.1變壓頭流量計Re較大時第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)150/27安裝時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為10d1，下游為5d1

1.6.4.1變壓頭流量計使用注意事項：第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)151/271.6.4.1變壓頭流量計結(jié)構(gòu)優(yōu)點：構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便缺點：機械能損失（稱之為永久損失）大第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)152/271.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)153/27總結(jié)：變壓頭流量計的特點是文丘里流量計的優(yōu)點：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的輸送。1.6.4.1變壓頭流量計第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)154/27作業(yè)P7925第二章流體輸送機械155/28第二章流體輸送機械2.1液體輸送機械——泵

2.1.1離心泵

一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實際壓頭

四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類型和選用

第二章流體輸送機械156/28第二章流體輸送機械在化工生產(chǎn)中，常常需要將流體從低位輸送到高處；從低壓設(shè)備輸送到高壓設(shè)備；沿管道輸送到較遠的地方。要克服位能、靜壓能之差及摩擦阻力引起的能量損失

為此，必須借助一定的輸送設(shè)備，對流體作功，以補充足夠的能量，這種為輸送流體而提供能量的機械---流體輸送機械流體輸送機械的目的:給流體加入機械能以實現(xiàn)非自動過程

第二章流體輸送機械157/282.1液體輸送機械——泵離心泵：靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在離心力作用下獲得能量，以提高壓強。往復(fù)泵：利用活塞的往復(fù)運動，將能量傳給液體，以完成輸送任務(wù)?；剞D(zhuǎn)泵：靠泵內(nèi)一個或一個以上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來吸入和排出液體。旋渦泵：一種特殊類型的離心泵。液體輸送機械：統(tǒng)稱為泵第二章流體輸送機械158/282.1.1離心泵一．離心泵的構(gòu)造和工作原理第二章流體輸送機械159/28一．離心泵的構(gòu)造和工作原理問2：泵為什么可以從貯槽吸入液體？問3：何為氣縛現(xiàn)象？第二章流體輸送機械160/28氣縛現(xiàn)象：泵殼和吸入管路內(nèi)沒有充滿液體，泵內(nèi)有空氣，由于空氣密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)對其產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處所形成的低壓不足以形成吸上液體所需要的真空度，泵就無法工作。第二章流體輸送機械161/28離心泵葉輪第二章流體輸送機械162/28二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象第二章流體輸送機械163/28二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能軸向力閉式或半閉式葉輪后蓋板與泵殼之間空腔液體的壓強較吸入口側(cè)高，這使葉輪遭受指向吸入口方向的軸向推力，這使葉輪向吸入口側(cè)位移，引起葉輪與泵殼接觸處的磨損。解決辦法：a.葉輪后蓋板上鉆一些小孔---平衡孔;b.雙吸式泵。

第二章流體輸送機械164/282．泵殼思考：泵殼的主要作用是什么？①匯集液體，并導(dǎo)出液體；②能量轉(zhuǎn)換裝置二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機械165/28導(dǎo)輪思考：為什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反？二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機械166/28壓頭：

泵提供給單位重量液體的能量稱為泵的壓頭，用H表示，單位m。三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械167/28理論壓頭：理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為理論壓頭，用H

表示。三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械168/28液體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中的運動分為2種:1.理論壓頭表達式的推導(dǎo)三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭W,處處與葉片相切

u與w的矢量和為c

由于截面1和2每轉(zhuǎn)一周，這兩個截面的位置高低互換一次，均位能差為0，故未考慮位能差。第二章流體輸送機械169/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械170/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械171/28于是：根據(jù)余弦定理可知：三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械172/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械173/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械174/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭

討論：

(1)理論壓頭與流量qV,T、葉輪轉(zhuǎn)速n、葉輪的尺寸和構(gòu)造（D2、b2、

2）有關(guān)；

第二章流體輸送機械175/28葉片后彎，

2<90

，ctg

2>0，即HT,

隨流量增大而減??；葉片徑向，

2=90

，ctg

2=0，即HT,

不隨流量而變化；葉片前彎，

2>90

，ctg

2<0，即HT,

隨流量增大而增大。（3）在葉輪轉(zhuǎn)速、直徑一定時，流量qV,T與理論壓頭HT,

的關(guān)系受裝置角

2的影響如下：

qv第二章流體輸送機械176/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭問：為什么泵采用后彎葉片的居多？第二章流體輸送機械177/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械178/28第二章流體輸送機械2.1液體輸送機械——泵

2.1.1離心泵

一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實際壓頭

四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類型和選用

第二章流體輸送機械179/28第二章流體輸送機械在化工生產(chǎn)中，常常需要將流體從低位輸送到高處；從低壓設(shè)備輸送到高壓設(shè)備；沿管道輸送到較遠的地方。要克服位能、靜壓能之差及摩擦阻力引起的能量損失

為此，必須借助一定的輸送設(shè)備，對流體作功，以補充足夠的能量，這種為輸送流體而提供能量的機械---流體輸送機械流體輸送機械的目的:給流體加入機械能以實現(xiàn)非自動過程

第二章流體輸送機械180/282.1液體輸送機械——泵離心泵：靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在離心力作用下獲得能量，以提高壓強。往復(fù)泵：利用活塞的往復(fù)運動，將能量傳給液體，以完成輸送任務(wù)?；剞D(zhuǎn)泵：靠泵內(nèi)一個或一個以上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來吸入和排出液體。旋渦泵：一種特殊類型的離心泵。液體輸送機械：統(tǒng)稱為泵第二章流體輸送機械181/282.1.1離心泵一．離心泵的構(gòu)造和工作原理第二章流體輸送機械182/28一．離心泵的構(gòu)造和工作原理問2：泵為什么可以從貯槽吸入液體？問3：何為氣縛現(xiàn)象？第二章流體輸送機械183/28氣縛現(xiàn)象：泵殼和吸入管路內(nèi)沒有充滿液體，泵內(nèi)有空氣，由于空氣密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)對其產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處所形成的低壓不足以形成吸上液體所需要的真空度，泵就無法工作。第二章流體輸送機械184/28離心泵葉輪第二章流體輸送機械185/28二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象第二章流體輸送機械186/28二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能軸向力閉式或半閉式葉輪后蓋板與泵殼之間空腔液體的壓強較吸入口側(cè)高，這使葉輪遭受指向吸入口方向的軸向推力，這使葉輪向吸入口側(cè)位移，引起葉輪與泵殼接觸處的磨損。解決辦法：a.葉輪后蓋板上鉆一些小孔---平衡孔;b.雙吸式泵。

第二章流體輸送機械187/282．泵殼思考：泵殼的主要作用是什么？①匯集液體，并導(dǎo)出液體；②能量轉(zhuǎn)換裝置二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機械188/28導(dǎo)輪思考：為什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反？二．離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機械189/28壓頭：

泵提供給單位重量液體的能量稱為泵的壓頭，用H表示，單位m。三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械190/28理論壓頭：理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為理論壓頭，用H

表示。三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械191/28液體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中的運動分為2種:1.理論壓頭表達式的推導(dǎo)三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭W,處處與葉片相切

u與w的矢量和為c

由于截面1和2每轉(zhuǎn)一周，這兩個截面的位置高低互換一次，均位能差為0，故未考慮位能差。第二章流體輸送機械192/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械193/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械194/28于是：根據(jù)余弦定理可知：三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械195/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械196/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械197/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭

討論：

(1)理論壓頭與流量qV,T、葉輪轉(zhuǎn)速n、葉輪的尺寸和構(gòu)造（D2、b2、

2）有關(guān)；

第二章流體輸送機械198/28葉片后彎，

2<90

，ctg

2>0，即HT,

隨流量增大而減??；葉片徑向，

2=90

，ctg

2=0，即HT,

不隨流量而變化；葉片前彎，

2>90

，ctg

2<0，即HT,

隨流量增大而增大。（3）在葉輪轉(zhuǎn)速、直徑一定時，流量qV,T與理論壓頭HT,

的關(guān)系受裝置角

2的影響如下：

qv第二章流體輸送機械199/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭問：為什么泵采用后彎葉片的居多？第二章流體輸送機械200/28三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭第二章流體輸送機械201/28第二章流體輸送機械2.1液體輸送機械——泵

2.1.1離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能

三、離心泵的理論壓頭和實際壓頭四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)七、離心泵的安裝高度

習(xí)題課八、離心泵的類型和選用

第二章流體輸送機械202/282.離心泵的實際壓頭實際壓頭比理論壓頭要小。具體原因如下：（1）葉片間的環(huán)流并非嚴格沿葉片表面流動而產(chǎn)生渦流。主要取決于葉片數(shù)目、裝置角

2、葉輪大小、液體粘度等因素，而幾乎與流量大小無關(guān)。三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭c2

c2第二章流體輸送機械203/28（2）水力損失三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭摩擦損失從泵入口到出口存在摩擦損失。第二章流體輸送機械204/28沖擊損失液體以絕對速度c2沖入沿泵殼流動的液體中，產(chǎn)生渦流。在設(shè)計流量下，此項損失最小。流量若偏離設(shè)計量越遠，沖擊損失越大。三．離心泵的理論壓頭和實際壓頭設(shè)計流量第二章流體輸送機械205/28四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線1．離心泵的主要性能參數(shù)第二章流體輸送機械206/28H，又稱揚程，泵對單位重量流體提供的有效能量，m。可測量qV，泵單位時間實際輸出的液體量，m3/s或m3/h?？蓽y量在泵進口b、泵出口c間列機械能衡算式：轉(zhuǎn)速流量壓頭n，單位r.p.s或r.p.m四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線第二章流體輸送機械207/28軸功率P軸，又稱功率，單位W或kW四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線效率Pe=HqVρg

第二章流體輸送機械208/28與效率

有關(guān)的各種能量損失：四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線平衡孔，內(nèi)漏

第二章流體輸送機械209/28包括：H~qV曲線(平坦型、陡降型、駝峰型)P軸~qV曲線、

~qV曲線2.離心泵特性曲線及其換算

用20C清水測定四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線設(shè)計點與最高效率相比，效率下降8％由圖可見：

qV

，H

，P軸

，

有最大值

第二章流體輸送機械210/28四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線故

，P軸~qV曲線上移,需要按上式校正。

第二章流體輸送機械211/28(2)葉輪轉(zhuǎn)速的影響

當轉(zhuǎn)速n變化不大時（小于20%），利用出口速度三角形相似的近似假定，可推知：四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線第二章流體輸送機械212/28

以上稱為離心泵的比例定律。適用于轉(zhuǎn)速n變化不大時（小于20%），否則將有很大誤差，此時將由實驗測定。第二章流體輸送機械213/28四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線第二章流體輸送機械214/28四．離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線第二章流體輸送機械215/28

五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)

泵------供方管路------需方第二章流體輸送機械216/28

五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)1122第二章流體輸送機械217/28

五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速增大第二章流體輸送機械218/281、并聯(lián)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)第二章流體輸送機械219/282、串聯(lián)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)第二章流體輸送機械220/28

泵的吸口與吸液方貯液槽液面間的垂直高度，稱為安裝高度，用H表示。H可正可負。其中，泵的吸口與吸液方貯液槽液面允許達到的最大垂直高度稱為允許安裝高度，用Hg表示。七、離心泵的安裝高度第二章流體輸送機械221/28為避免汽蝕現(xiàn)象，安裝高度必須加以限制，即存在最大允許安裝高度Hg。七、離心泵的安裝高度汽泡隨液體進入高壓區(qū)后被壓縮，汽泡突然凝結(jié)消失，在凝結(jié)的瞬間，周圍液體以極大的速度沖向氣泡中心的空間，互相撞擊，產(chǎn)生高達幾萬Kpa的撞擊力，不斷打擊葉輪表面，葉片表面產(chǎn)生蜂窩狀腐蝕，稱為“氣蝕”。

第二章流體輸送機械222/28作業(yè)P1221,4第二章流體輸送機械223/28第二章流體輸送機械2.1液體輸送機械——泵

2.1.1離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實際壓頭四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)

七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類型和選用

第二章流體輸送機械224/282、最大允許安裝高度Hg七、離心泵的安裝高度吸上真空度第二章流體輸送機械225/28七、離心泵的安裝高度

剛好發(fā)生汽蝕時，p1降至最小值p1,min，其時真空度達最大，稱為最大允許吸上真空度，用Hs,max表示：

由于流體有能量損失，為安全起見，常將其留一定裕量，取Hs=Hs,max-0.3m,稱為允許吸上真空度，則：第二章流體輸送機械226/28-------最小汽蝕余量七、離心泵的安裝高度當泵入口處壓強降至p1,min時，泵內(nèi)首先在葉輪入口處出現(xiàn)氣蝕，該處壓強等于液體飽和蒸氣壓，在泵入口處截面1-1和葉輪入口處截面e-e間列伯努利方程得：葉輪入口處截面ee第二章流體輸送機械227/28七、離心泵的安裝高度實際安裝高度比Hg還要低0.5

1m，作為安全余量。

一般規(guī)定，為保證泵的正常運行，應(yīng)在最小汽蝕余量的基礎(chǔ)上加一個安全余量0.3m，得到允許汽蝕余量Δhs：

-----是泵的特性參數(shù)之一，由廠家測定。第二章流體輸送機械228/28七、離心泵的安裝高度Δhs的實驗測定：用20℃清水測定。Δhs的校正：只要粘度變化不大，無需校正。

影響允許汽蝕余量的因素：當流體流動進入阻力平方區(qū)時，Δhs僅與泵的尺寸結(jié)構(gòu)有關(guān)，是泵的抗氣蝕參數(shù)。第二章流體輸送機械229/28設(shè)計型：選泵時，將流量、壓頭裕量控制在10%左右。第二章流體輸送機械230/28例1

用離心泵將江水送至高位槽。若管路條件不變，則下列參數(shù)隨著江面的下降有何變化？（設(shè)泵仍能正常工作）泵的壓頭H，管路總阻力損失hf，泵出口處壓力表讀數(shù)，泵入口處真空表讀數(shù)。管路特性曲線平行上移第二章流體輸送機械231/28

qv

，H

第二章流體輸送機械232/28第二章流體輸送機械233/28qVqV

H

He

(2)a.采用調(diào)節(jié)出口閥門的方法,則泵特性曲線不變節(jié)流損失泵特性曲線方程管路特性曲線方程第二章流體輸送機械234/28b.采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，則管路特性曲線不變VV

泵特性曲線方程管路特性曲線方程注意：以下解法錯誤!!!，因為新舊工作點為非等效率點。第二章流體輸送機械235/28八、離心泵的類型、選用第二章流體輸送機械236/28高效區(qū)八、離心泵的類型、選用①

定類型

依據(jù)：操作條件(溫度、壓力)、流體的性質(zhì)。

②定規(guī)格:根據(jù)流量、壓頭大小，高效工作區(qū)

a）由管路所需壓頭、流量，確定泵壓頭、流量。

工程觀點：選擇時，有一定生產(chǎn)裕度。

b）抗汽蝕性能好

c）經(jīng)濟性好：泵的操作點應(yīng)處于高效區(qū)內(nèi)。離心泵的選用原則第二章流體輸送機械237/28第二章流體輸送機械2.1液體輸送機械——泵

2.1.1離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實際壓頭四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)

七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類型和選用

第二章流體輸送機械238/282、最大允許安裝高度Hg七、離心泵的安裝高度吸上真空度第二章流體輸送機械239/28七、離心泵的安裝高度

剛好發(fā)生汽蝕時，p1降至最小值p1,min，其時真空度達最大，稱為最大允許吸上真空度，用Hs,max表示：

由于流體有能量損失，為安全起見，常將其留一定裕量，取Hs=Hs,max-0.3m,稱為允許吸上真空度，則：第二章流體輸送機械240/28-------最小汽蝕余量七、離心泵的安裝高度當泵入口處壓強降至p1,min時，泵內(nèi)首先在葉輪入口處出現(xiàn)氣蝕，該處壓強等于液體飽和蒸氣壓，在泵入口處截面1-1和葉輪入口處截面e-e間列伯努利方程得：葉輪入口處截面ee第二章流體輸送機械241/28七、離心泵的安裝高度實際安裝高度比Hg還要低0.5

1m，作為安全余量。

一般規(guī)定，為保證泵的正常運行，應(yīng)在最小汽蝕余量的基礎(chǔ)上加一個安全余量0.3m，得到允許汽蝕余量Δhs：

-----是泵的特性參數(shù)之一，由廠家測定。第二章流體輸送機械242/28七、離心泵的安裝高度Δhs的實驗測定：用20℃清水測定。Δhs的校正：只要粘度變化不大，無需校正。

影響允許汽蝕余量的因素：當流體流動進入阻力平方區(qū)時，Δhs僅與泵的尺寸結(jié)構(gòu)有關(guān)，是泵的抗氣蝕參數(shù)。第二章流體輸送機械243/28設(shè)計型：選泵時，將流量、壓頭裕量控制在10%左右。第二章流體輸送機械244/28例1

用離心泵將江水送至高位槽。若管路條件不變，則下列參數(shù)隨著江面的下降有何變化？（設(shè)泵仍能正常工作）泵的壓頭H，管路總阻力損失hf，泵出口處壓力表讀數(shù)，泵入口處真空表讀數(shù)。管路特性曲線平行上移第二章流體輸送機械245/28

qv

，H

第二章流體輸送機械246/28第二章流體輸送機械247/28qVqV

H

He

(2)a.采用調(diào)節(jié)出口閥門的方法,則泵特性曲線不變節(jié)流損失泵特性曲線方程管路特性曲線方程第二章流體輸送機械248/28b.采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，則管路特性曲線不變VV

泵特性曲線方程管路特性曲線方程注意：以下解法錯誤!!!，因為新舊工作點為非等效率點。第二章流體輸送機械249/28八、離心泵的類型、選用第二章流體輸送機械250/28高效區(qū)八、離心泵的類型、選用①

定類型

依據(jù)：操作條件(溫度、壓力)、流體的性質(zhì)。

②定規(guī)格:根據(jù)流量、壓頭大小，高效工作區(qū)

a）由管路所需壓頭、流量，確定泵壓頭、流量。

工程觀點：選擇時，有一定生產(chǎn)裕度。

b）抗汽蝕性能好

c）經(jīng)濟性好：泵的操作點應(yīng)處于高效區(qū)內(nèi)。離心泵的選用原則251/28第四章傳熱及傳熱設(shè)備4.1

概述4.2

熱傳導(dǎo)

4.3對流傳熱

4.4流體無相變時的對流傳熱

4.5流體有相變時的對流傳熱

4.6輻射傳熱

4.7總傳熱速率和傳熱過程的計算252/284.1概述一、傳熱的三種基本方式熱的傳遞是由于物體內(nèi)或系統(tǒng)內(nèi)的兩部分之間的溫度差而引起的，凈的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動。根據(jù)傳熱機理不同，熱的傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、對流和輻射。253/284.1概述熱傳導(dǎo)：

熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。導(dǎo)熱是靜止物體的一種傳熱方式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移。熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進行，但傳導(dǎo)的機理不同。金屬——自由電子的擴散運動；非金屬和大部分液體（除水銀等）——分子的動量傳遞；氣體———分子不規(guī)則熱運動。如：一根鐵棒一端放在火爐上燒，熱量會通過鐵棒傳遞到另一側(cè)，但無物質(zhì)的宏觀位移。254/284.1概述對流傳熱：

依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。

質(zhì)點的相對位移：由于流體中各點溫度不同引起的密度差所致→自然對流（輕者上浮，重者下沉）；由于泵，風(fēng)機，攪拌等外力所致→強制對流。對流傳熱過程伴隨著流體質(zhì)點間的熱傳導(dǎo)。工程上習(xí)慣常將流體與固體壁面之間的傳熱稱為對流傳熱。實際上包括對流和傳導(dǎo)兩種形式：靠近壁面附近的流體層（層流內(nèi)層）中依靠熱傳導(dǎo)的方式傳熱，在流體主體（湍流）中則主要依靠對流方式傳熱。

255/284.1概述輻射傳熱：

是指輻射能從熱源向熱阱的傳遞過程。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，與光傳播類似。當遇到另一物體時，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋Ｌ攸c:(1)不需要介質(zhì)(2)Ea∝T4

三種傳熱方式一般不單獨存在，往往相互伴隨，同時出現(xiàn)。如熱量在設(shè)備保溫層中的傳遞，以導(dǎo)熱為主，而由保溫層向空氣散熱，則是對流和輻射并聯(lián)傳熱的結(jié)果。

256/284.1概述二、傳熱過程冷熱流體接觸方式

間壁式混合式蓄熱式1.間壁式工業(yè)上應(yīng)用最多的一種傳熱方式257/284.1概述間壁式換熱器258/284.1概述列管式換熱器259/284.1概述2.混合式傳熱同時伴隨傳質(zhì)過程，常用于氣體或水蒸汽的冷卻。260/284.1概述3.蓄熱式一般只適用于氣體。冷流體261/28第四章傳熱及傳熱設(shè)備4.1概述4.2

熱傳導(dǎo)

4.3對流傳熱

4.4流體無相變時的對流傳熱

4.5流體有相變時的對流傳熱

4.6輻射傳熱

4.7總傳熱速率和傳熱過程的計算262/28一、溫度場、等溫面一物體內(nèi)部，如各點間存在溫度差異，則熱就從高溫點向低溫點傳導(dǎo)，即產(chǎn)生熱流，由傳導(dǎo)方式產(chǎn)生的熱流大小，決定于物體內(nèi)的溫度分布。物體內(nèi)溫度分布：溫度t=f(x,y,z,θ)=f(空間，時間)…溫度場數(shù)學(xué)表達式

t=f(x,y,z,θ)=f(空間，時間)……不穩(wěn)定的溫度場

t=f(x,y,z)=f(空間)……穩(wěn)定的溫度場

t=f(x,θ)……一維溫度場

t=f(x)……一維穩(wěn)定的溫度場等溫面：同一時刻，溫度場中具有相同溫度的各點組成的面§4.2.1熱傳導(dǎo)基本概念

§4.2熱傳導(dǎo)263/28§4.2熱傳導(dǎo)二、溫度梯度264/28負號表示熱流方向與溫度梯度方向相反稱為熱傳導(dǎo)系數(shù),單位為W/m·K

§4.2熱傳導(dǎo)§4.2.2傅立葉定律物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T、P）有關(guān)

物理含義：代表單位溫度梯度下的熱通量大小，故物質(zhì)的

越大，導(dǎo)熱性能越好。

一般地，

金屬>

非金屬固體>

液體>

氣體

或265/28§4.2熱傳導(dǎo)§4.2.3熱傳導(dǎo)系數(shù)

熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強基本無關(guān)，但和溫度呈直線關(guān)系。如某物體以

0表示0oC時的

值，

表示toC時的

值，則有下列關(guān)系存在：

＝

0（1＋at）式中，a為溫度系數(shù)，表示該物體toC時的

值相對于0oC時的

值每升溫1oC時的變化率。金屬和液體的a為負值，其中，水是例外；而非金屬固體和氣體為正值。266/28一、單層平壁熱傳導(dǎo)*§4.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----平壁的熱傳導(dǎo)根據(jù)傅立葉定律：經(jīng)積分可得：也即：

m為平均熱傳導(dǎo)系數(shù)267/28二、多層平壁熱傳導(dǎo)*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----平壁的熱傳導(dǎo)b1b2b3268/28三、單層圓筒壁熱傳導(dǎo)若

為常數(shù)，則：--------可見溫度分布