流體流動與傳熱學(xué)習(xí)指導(dǎo)書

緒論知識點(diǎn)聚焦單元操作——指在化工生產(chǎn)過程中普遍使用的、遵循一定的物理學(xué)定律、所用設(shè)備相似、具有類似作用的物理操作，簡稱單元操作。引入單元操作概念可以將化工生產(chǎn)過程分成單元操作過程與化學(xué)反響過程兩局部研究，從而縮短化工產(chǎn)品的研發(fā)周期。三傳——包括：動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。流體輸送、過濾等在外力作用下進(jìn)行的單元操作過程，由牛頓第二定律可知是涉及動量傳遞的過程；對象加熱、汽化、冷卻、冷凝等單元操作過程屬于因溫度差導(dǎo)致的熱量傳遞過程；對于吸收、蒸餾、萃取、吸附等單元操作屬于因濃度差導(dǎo)致的相際質(zhì)量傳遞過程?！叭齻鳌边^程往往是同時(shí)進(jìn)行并相互影響，如水的蒸發(fā)過程涉及傳熱與傳質(zhì)過程。三傳類似性——“三傳”之間存在一定的類似性，如過程進(jìn)行的方向都是從高〔動量、能量、溫度、濃度〕到低；三傳過程的阻力均集中于某一區(qū)域；過程速率均可表達(dá)為過程推動力除以阻力的形式等等。單位與單位制——單位是衡量物理量的大小的依據(jù)，有根本單位和導(dǎo)出單位之分。根本單位與導(dǎo)出單位的集合那么稱為單位制〔度〕。由于不同時(shí)期對研究的需要和出發(fā)點(diǎn)的不同，先后有不同的單位制。由于國際單位制〔SI〕有“通用性”與“一貫性”兩大優(yōu)點(diǎn)，所以我國目前使用的法定單位制是以國際單位制為根底并結(jié)合國情增添了必要的輔助單位及詞冠而構(gòu)成的。流體——具有流動性質(zhì)的物體，包括氣體和液體。液體的密度隨壓強(qiáng)的變化可忽略，故稱為不可壓縮流體；氣體的密度隨壓強(qiáng)有明顯的變化，故稱為可壓縮流體。無流動阻力的流體稱為理想流體；滿足牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體；實(shí)際流體多為非牛頓型流體。系統(tǒng)——工程上指研究的對象，是指定研究的某個(gè)區(qū)域范圍。穩(wěn)定流動系統(tǒng)與不穩(wěn)定流動系統(tǒng)的概念——穩(wěn)定流動系統(tǒng)又稱定態(tài)或定常流動系統(tǒng)，是指流動系統(tǒng)中各物理量的大小僅隨位置變化的系統(tǒng)，也即在指定截面上物理量的值恒為常數(shù)的流動系統(tǒng)。假設(shè)流動系統(tǒng)中各物理量不僅隨位置變化且隨時(shí)間變化的，那么稱為不穩(wěn)定流動系統(tǒng)，又稱非定態(tài)或非定常流動系統(tǒng)。對連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，在正常操作狀況下可視為穩(wěn)定流動系統(tǒng)；在生產(chǎn)的開、停車及事故恢復(fù)階段為不穩(wěn)定流動系統(tǒng)。穩(wěn)定流動系統(tǒng)的連續(xù)性——欲使流動系統(tǒng)中指定截面上的物理量均為常數(shù)，系統(tǒng)中必須充滿流體、無空隙。用數(shù)學(xué)語言描述就是系統(tǒng)中的流體質(zhì)點(diǎn)處于連續(xù)狀態(tài)。對此特性那么稱為穩(wěn)定流動系統(tǒng)的連續(xù)性。穩(wěn)定流動系統(tǒng)的守恒性——包括質(zhì)量守恒與能量守恒〔在特定條件下還可以轉(zhuǎn)化為熱量守恒〕，即輸入、輸出系統(tǒng)的質(zhì)量或能量相等。平衡——平衡狀態(tài)是過程可能到達(dá)的極限，且隨過程條件的變化而變化〔如溶解度隨溫度的變化而變化等〕，故稱為“動〔態(tài)〕平衡”。過程速率——指過程進(jìn)行的速度，如熱量傳遞的速度、質(zhì)量傳遞的速度等。對任意過程的速率，大小總是和過程推動力成正比而與過程的阻力成反比，也即，過程速率的計(jì)算通式類似于歐姆定律。實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)法——是獲得經(jīng)驗(yàn)公式的主要手段。當(dāng)某個(gè)物理參數(shù)的影響因素較多，無法用邏輯演繹的方法得到它的計(jì)算關(guān)系式時(shí)，可以先對該物理參數(shù)的影響因素作出定性分析，然后在固定其它影響因素的前提下，用實(shí)驗(yàn)方法測出該物理參數(shù)與某個(gè)影響因素間的關(guān)系，并將所測出的關(guān)系通過特定的坐標(biāo)繪成曲線，最后利用所得曲線建立數(shù)學(xué)模型，以獲得該物理參數(shù)與某影響因素間的數(shù)學(xué)關(guān)系。余此類推，逐一獲得該物理參數(shù)與各影響因素間的數(shù)學(xué)關(guān)系，最后通過實(shí)驗(yàn)校正，從而獲得該物理參數(shù)的計(jì)算關(guān)系式。此法那么稱為實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)法，所得的公式稱為經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗(yàn)公式。準(zhǔn)數(shù)——又稱特征數(shù)，是指由假設(shè)干物理量構(gòu)成的無單位〔因次〕代數(shù)式。計(jì)算公式濃縮穩(wěn)定流動系統(tǒng)的物料衡算式——連續(xù)性方程：1、一般式式中：為單位時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)物料量之和，kg/s；為單位時(shí)間內(nèi)輸出系統(tǒng)物料量之和，kg/s。2、對無分支系統(tǒng)3、對不可壓縮流體4、不可壓縮流體在圓管中流動穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量守恒：1、一般式式中：為單位時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)的能量之和，J/s或W；為單位時(shí)間內(nèi)輸出系統(tǒng)的能量之和，J/s或W。2、當(dāng)系統(tǒng)除熱量以外不涉及其它能量轉(zhuǎn)化時(shí)式中：為單位時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)的熱量之和，J/s或W；為單位時(shí)間內(nèi)輸出系統(tǒng)的熱量之和，J/s或W。3、對可近似為恒壓的傳熱設(shè)備，在不涉及其它能量轉(zhuǎn)化時(shí)式中：為單位時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)的熱焓之和，J/s或W；為單位時(shí)間內(nèi)輸出系統(tǒng)的熱焓之和，J/s或W。過程速率計(jì)算通式第一章流體力學(xué)第一節(jié)流體的根本物性知識點(diǎn)聚焦密度、相對密度和比容——單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度。相對密度又稱比重，系指流體的密度與277K水的密度比，可用比重計(jì)實(shí)測，流體的相對密度與密度之間的關(guān)系為1/1000。比容又稱比體積或質(zhì)量體積，在數(shù)值上等于密度的倒數(shù)。流體靜壓強(qiáng)的定義與特性——流體垂直作用于單位面積上的力稱為流體的靜壓力強(qiáng)度，簡稱靜壓強(qiáng)。流體靜壓強(qiáng)的兩個(gè)特性：1、作用方向總是和作用面相垂直，并指向所考慮的那局部流體的內(nèi)部；2、任意一點(diǎn)的靜壓強(qiáng)在各個(gè)方向上大小相等。絕對零壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)及真空度——流體的靜壓強(qiáng)是一個(gè)相對量，計(jì)算確定需要規(guī)定基準(zhǔn)，用人為規(guī)定的壓強(qiáng)為0的狀態(tài)稱為絕對零壓強(qiáng)，以絕對零壓強(qiáng)為起點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)稱為絕對壓強(qiáng)。工程上為便于計(jì)算和測量，常以大氣壓為基準(zhǔn)，規(guī)定：系統(tǒng)壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的局部稱為表壓強(qiáng)，簡稱表壓；系統(tǒng)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)的局部稱為真空度。相應(yīng)上述兩種場合下的測壓表分別稱為壓力表和真空表。流量與流速——單位時(shí)間內(nèi)通過流道有效截面的流體量稱為流量；單位時(shí)間內(nèi)通過單位有效流道截面的流體量稱為流速。由于對流體量的衡量通常用體積或質(zhì)量，因此，流量和流速都有用體積及質(zhì)量分別計(jì)量的兩種。此外，由流速的定義可知，此處的體積流速實(shí)際為流動截面上點(diǎn)流速的平均值。內(nèi)摩擦——系指流體在運(yùn)動過程中質(zhì)點(diǎn)間的相互約束作用。內(nèi)摩擦是形成流動阻力的主要原因之一。粘度的概念——粘度是反映流體粘性大小的物理量，從某種程度上也反映流體的內(nèi)摩擦性能，有〔動力〕粘度和運(yùn)動粘度兩種。〔動力〕粘度也是牛頓粘性定律中的系數(shù)，因大小與流體的粘性有關(guān)故稱為粘度。對滿足牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體。計(jì)算公式濃縮密度計(jì)算公式：1、密度、相對密度與比容間的換算ρ〔密度〕=1000×〔相對密度〕2、混合液的密度式中：——混合液中i組分的質(zhì)量分率；——混合液中i組分的密度，kg/m3。公式應(yīng)用前提：混合液體中各組分間無氫鍵及締合作用。3、氣體的密度式中：p——?dú)怏w的壓強(qiáng)，kPa；R——?dú)怏w通用常數(shù)，R=8.314kJ/(kmol·K)；T——?dú)怏w的溫度，K；M——?dú)怏w的千摩爾質(zhì)量，對混合氣體，kg/kmol；。公式應(yīng)用前提：氣體的壓強(qiáng)不太高、溫度不太低，可近似為理想氣體。絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)及真空度之間的換算：表壓強(qiáng)＝絕對壓強(qiáng)—大氣壓強(qiáng)真空度＝大氣壓強(qiáng)—絕對壓強(qiáng)=—表壓強(qiáng)流量與流速換算：qm〔質(zhì)量流量〕=ρqv〔體積流量〕混合物的粘度：1、常壓氣體混合物的粘度式中：yi——?dú)怏w混合物中i組分的摩爾分?jǐn)?shù)；μi——相同溫度下純i組分的粘度Pa·s；Mi——i組分的摩爾質(zhì)量kg/kmol。2、液體混合物的粘度式中：xi——液體混合物中i組分的摩爾分?jǐn)?shù)；μi——相同溫度下純i組分的粘度Pa·s。公式應(yīng)用前提：液體混合物中各組分之間無氫鍵及締合作用。相關(guān)習(xí)題解答1-1丙酮的比重為0.81，試求其密度和比容。〔810，〕【解】根據(jù)題意丙酮的密度:丙酮的比容:1-2293K下苯-甲苯混合液，苯的質(zhì)量分率為0.4，試求其密度?！?72〕【解】查表知，在293K下，苯密度，甲苯密度由那么1-3汽油、煤油、柴油的密度分別為700kg/m3、760kg/m3和900kg/m3，假設(shè)三種油品混合物中汽油、煤油、柴油的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為20％、30％和50%，求此混合液的密度。〔809〕【解】由得1-4試估算CO2在360K和4MPa時(shí)的密度和比容。〔58.8，0.017〕【解】根據(jù)題意密度比容1-5試估算含氮的體積百分率為25%的氮、氫混合氣體在400K和600MPa下的密度。〔1530〕【解】根據(jù)題意1-6某生產(chǎn)設(shè)備上真空表的讀數(shù)為100mmHg，試計(jì)算設(shè)備內(nèi)的絕對壓強(qiáng)與表壓強(qiáng)各為假設(shè)干kPa；該地區(qū)大氣壓力為760mmHg。〔115kPa，-13.3kPa〕【解】真空度=大氣壓—絕對壓強(qiáng)=—表壓強(qiáng)故絕對壓強(qiáng)=760mmHg-100mmHg=660mmHg=115kPa表壓強(qiáng)=-100mmHg=-13.3kPa1-7某水泵進(jìn)口管處真空表讀數(shù)為650mmHg，出口管處壓力表讀數(shù)為2.6at。試求水泵前后水的壓強(qiáng)差為多少kPa?多少米水柱?〔341.76kPa，34.85m〕【解】根據(jù)題意1-8某設(shè)備進(jìn)出口壓差為500mmHg，試求該設(shè)備進(jìn)、出口壓差為多少kPa？〔66.7kPa〕【解】根據(jù)題意壓差=500mmHg=0.5×13600×9.81=66.7kPa1-9管子內(nèi)直徑為100mm，當(dāng)277K的水流速為2m/s時(shí)，試求水的體積流量和質(zhì)量流量?！?.0157m3【解】根據(jù)題意體積流量因277K下水的密度為1000kg/m3，故質(zhì)量流量1-10溫度為300K的N2在內(nèi)徑為150mm的管道中流動，入口處壓強(qiáng)為150kPa，出口處壓強(qiáng)及流速分別為120kPa、20m/s。試求N2的入口處流速及質(zhì)量流速?！?6m/s，13.59kg/m【解】根據(jù)題意設(shè)入口處N2的密度為ρ1，體積流量為qv1，質(zhì)量流量為qm1，流速為u1，出口處N2的密度為ρ2，體積流量為qv2，質(zhì)量流量為qm2，流速為u2，那么出口處N2的密度出口處體積流量出口處質(zhì)量流量根據(jù)質(zhì)量守恒：ρ1?u1?A=ρ2?u2?A1-11硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，硫酸的比重為1.83，體積流量為150L/min，大、小管尺寸分別為φ76×4mm和φ57×3.5mm。試分別求硫酸在小管和大管中的(1)質(zhì)量流量；(2)流速；(3)質(zhì)量流速?！?.575kg/s，1.274、0.6888m/s，2331、1260kg/【解】〔1〕根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，大小管中的質(zhì)量流量相等。即〔2〕小管中流速大管中流速〔3〕小管的質(zhì)量流速大管的質(zhì)量流速第二節(jié)流體靜力學(xué)知識點(diǎn)聚焦流體靜力學(xué)——是研究靜止流體內(nèi)部各物理量間的定量關(guān)系〔即流體靜力學(xué)根本方程式〕及其應(yīng)用的學(xué)科。流體靜力學(xué)根本方程式及其推論：p2＝p1+(z2－z1)ρg或p=pa+hρg對上兩式進(jìn)行分析可得到的結(jié)論有：在靜止〔并連通〕的同種流體內(nèi)部，同一水平面上流體的靜壓強(qiáng)相等；在靜止〔并連通〕的同種流體內(nèi)部，壓強(qiáng)相等的面〔稱為等壓面〕應(yīng)同處在一個(gè)水平面。液柱壓差計(jì)——是用玻璃管制作的簡易壓差測量裝置，有正U形管、倒U形管、雙液柱微差計(jì)、單管壓差計(jì)、斜管壓差計(jì)及復(fù)式壓差計(jì)等，測量精度隨被測流體與指示劑密度差的減小而增大。由于玻璃的耐壓能力較差，故僅適用于常低壓流動系統(tǒng)，并不能完全替代測壓表。惰性組分——在工程中系指與工質(zhì)不發(fā)生物理或化學(xué)作用的物質(zhì)。液封——系指在一定的壓強(qiáng)范圍內(nèi)用液體密封氣相系統(tǒng)的裝置，由于工程上多數(shù)液封過程的密封液為水故又稱為水封。按密封液的流動與否可分為靜液封和動液封兩種；按液封的目的可分為平安液封、阻斷液封〔也稱切斷液封〕和溢流液封等?！裁骸硽夤瘛且磺猩婕懊簹饣^程的生產(chǎn)工藝〔如合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)、城市煤氣供給系統(tǒng)等〕中必不可少的設(shè)備。氣柜的功能有以下幾點(diǎn)：配氣〔如空氣煤氣與水煤氣按1：3.01～3.02混合成半水煤氣〕、穩(wěn)壓〔出口表壓強(qiáng)恒等于鐘形頂蓋的重量及配重與頂蓋截面積的商〕、凈化。計(jì)算公式濃縮液柱壓差計(jì)測量計(jì)算：1、正U形管式中左端下標(biāo)1、2分別表示高壓面和低壓面〔下同〕。應(yīng)用前提：指示劑密度應(yīng)大于被測流體密度且相互不發(fā)生作用。2、倒U形管應(yīng)用前提：指示劑密度應(yīng)小于被測流體密度且相互不發(fā)生作用。3、雙液柱微差計(jì)式中右端下標(biāo)1、2分別表示指示劑1、2，其中R為指示劑1的液面高差。應(yīng)用前提：密度應(yīng)滿足，且指示劑2和被測流體不發(fā)生作用。液柱壓差計(jì)測量液位：，當(dāng)容器與大氣相通時(shí)液封計(jì)算通式相關(guān)習(xí)題解答習(xí)題1-12附圖習(xí)題1-13附圖1-12對高30m的塔進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，在離塔底10m高處的壓力表讀數(shù)為500kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?00kPa，試求塔底及塔頂處水的絕對壓強(qiáng)。〔698.1kPa，403.8kPa〕【解】根據(jù)題意離塔底10m處水的絕對壓強(qiáng)：p=大氣壓+表壓=100kPa+500kPa=600kPa塔底處水的絕對壓強(qiáng)為：塔頂處水的絕對壓強(qiáng)為：1-13在此題附圖所示的貯油罐中，盛有密度為960kg/m3的油品，油面高于罐底9.6m，油面上方為常壓。在罐壁下部有一直徑為76Omm的圓孔，其中心距罐底800mm，孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。假設(shè)螺釘材料的工作應(yīng)力取為400at，【解】根據(jù)題意孔蓋中心截面處的壓強(qiáng)為：故孔蓋受力為每個(gè)螺釘?shù)脑试S受力為故至少需螺釘數(shù)為≈14〔個(gè)〕1-14用U管壓差計(jì)測定管道兩點(diǎn)間的壓強(qiáng)差。管中氣體的密度為2kg/m3，壓差計(jì)中指示液為水，當(dāng)壓差計(jì)中指示液的讀數(shù)為600mm時(shí)，管道兩端點(diǎn)間的壓強(qiáng)差是多少？〔5.9kPa〕【解】根據(jù)題意，壓強(qiáng)差為：1-15某水管的兩端設(shè)置一水銀U管壓差計(jì)以測量管內(nèi)的壓差，指示液的讀數(shù)最大值為2cm。現(xiàn)因讀數(shù)值太小而影響測量的精確度，擬使最大讀數(shù)放大20倍左右，試問應(yīng)選擇密度為多少的液體為指示液?〔1630kg/m3〕【解】根據(jù)題意：水銀密度，水密度為。由得：習(xí)題1-16附圖所以1-16如此題附圖所示，用U管壓差計(jì)測量某密閉容器中比重為1的液體的液面壓強(qiáng)，指示液為水銀，一端與大氣相通。H＝4m，h1=1m，h2＝1.3m。試求液面上方的表壓強(qiáng)為多少kPa?〔10.58kPa〕【解】根據(jù)題意設(shè)大氣壓強(qiáng)為P0，容器中液體的密度水銀的密度。對U形管左側(cè)：對U形管右側(cè)：由Pa=Pb得：習(xí)題1-17附圖所以液面上方的表壓強(qiáng)為10.58kPa。1-17某鍋爐用此題附圖所示的復(fù)式汞-水壓差計(jì)以測量液面上方的蒸汽壓。汞液面與基準(zhǔn)面距垂直距離分別為h1＝2.3m、h2＝1.2m、h3=2.5m、h4=1.4m，兩U形管間的連接管內(nèi)充滿了水。鍋爐中水面與基準(zhǔn)面間的垂直距離h5=3.0m，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa＝745mmHg。試求鍋爐上方水蒸汽的壓強(qiáng)為多少kPa?！?64.3kPa〕【解】根據(jù)題意1點(diǎn)處壓強(qiáng)：〔1〕2點(diǎn)處壓強(qiáng)：〔2〕3點(diǎn)處壓強(qiáng)：〔3〕鍋爐上方水蒸氣壓強(qiáng)：〔4〕將上四式相加并化簡得：1-18如下圖，在密閉容器內(nèi)盛有比重為1.2的液體，液面上的壓強(qiáng)p1＝1.26at，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為1at；接在容器某點(diǎn)的壓力表其讀數(shù)為0.5at。試問液面到壓力表接口處的距離H為多少米?(2.07m)習(xí)題1-18附圖【解】根據(jù)題意，液體密度。距液面H處壓強(qiáng)p=0.5at+1at=1.5at由得：1-19混合冷凝器在真空下操作，假設(shè)真空度為600mmHg、當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為760mmHg。試計(jì)算：(1)設(shè)備內(nèi)的絕對壓強(qiáng)為多少kPa？(2)如果此設(shè)備管子下端插入水池中，管中水柱高度H為多少m？〔21.33kPa，8.153m〕【解】(1)根據(jù)題意設(shè)備內(nèi)絕對壓強(qiáng)p=大氣壓—真空度=760mmHg—600mmHg=160mmHg=21.33kPa(2)由靜力學(xué)根本原理有習(xí)題1-19附圖習(xí)題1-20附圖1-20有一內(nèi)徑為18m的水煤氣柜(如附圖)。其鐘罩及加重物共重為150噸，假設(shè)不計(jì)水對鐘罩的浮力。試求：(1)氣體的壓強(qiáng)要到達(dá)多少才能將罐頂起〔當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為760mmHg〕?(2)煤氣量增加時(shí)罐中氣體的壓強(qiáng)是否增加？為什么？(3)內(nèi)外水面差h為多少m？〔102.746kPa，不增加，0.148m〕【解】〔1〕根據(jù)題意當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為p0=760mmHg=101.3kPa鐘罩及加重物壓強(qiáng)p’=kPa故柜中氣體承受的壓強(qiáng)為p=p’+p0=102.746kPa即氣體的壓強(qiáng)要到達(dá)102.746kPa才能將罐頂起。〔2〕煤氣量增加時(shí)罐中氣體的壓強(qiáng)沒有增加。因?yàn)楦鶕?jù)鐘罩及加重物受力平衡原理，氣體的壓強(qiáng)應(yīng)等于大氣壓加鐘罩及加重物壓強(qiáng)，所以氣體的壓強(qiáng)應(yīng)保持不變。煤氣量增加時(shí)，氣體壓強(qiáng)沒有增加，但氣體的體積增加。〔3〕由得：內(nèi)外水面差h為：m第三節(jié)流體動力學(xué)知識點(diǎn)聚焦流動系統(tǒng)的能量類型：能量類型說明1Kg流體為基準(zhǔn)〔J/kg〕1N流體為基準(zhǔn)〔J/N或m，俗稱壓頭〕流體自身的能量內(nèi)能——是貯存于物質(zhì)內(nèi)部的能量；是物體內(nèi)部如分子、原子、電子等所含能量的總和。其大小主要取決于流體的種類和溫度，當(dāng)種類及溫度一定時(shí)內(nèi)能恒定。UU/g流體的機(jī)械能位能——又稱勢能，是因流體處于地球重力場內(nèi)而具有的能量。其值等于將流體自基準(zhǔn)水平面升舉到所在高度所需作的功。gzz動能——是因流體按一定速度運(yùn)動而具有的能量。數(shù)值等于將流體由初速度為零加速到現(xiàn)有速度所需作的功。靜壓能——是流體因存在有一定的靜壓強(qiáng)而具有的能量，又稱壓強(qiáng)能、流動功。其值等于將流體自絕對壓強(qiáng)為零增壓到現(xiàn)有壓強(qiáng)所需做的功。p/ρp/ρg與環(huán)境交換的能量功——指流體通過系統(tǒng)中串接的做功設(shè)備獲得的能量或?qū)Νh(huán)境做的功。這里往往是指系統(tǒng)要求串接的作功設(shè)備對單位質(zhì)量流體提供的能量。We熱——系指流體通過系統(tǒng)中串接的傳熱設(shè)備與環(huán)境交換的熱量。QQ/g損失能——指流體在流動過程中因克服系統(tǒng)阻力所損耗的能量。∑hf柏努利方程——穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量衡算方程；最早由柏努利根據(jù)穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量守恒性，以理想流體〔即無流動阻力的流體〕為研究對象導(dǎo)出。由于理想流體與實(shí)際流體間存在較大的差異，故本教材中主要討論實(shí)際流體的能量衡算方程，即拓展的柏努利方程式及其應(yīng)用。計(jì)算截面及其選擇原那么——計(jì)算截面是界定系統(tǒng)起點(diǎn)〔1-1/〕和終點(diǎn)〔2-2/〕的兩個(gè)截面。計(jì)算截面的選取是應(yīng)用柏努利方程式的關(guān)鍵，選擇原那么有以下幾點(diǎn)：所選計(jì)算截面必須和流體的流動方向相垂直；所選擇的計(jì)算截面〔上〕應(yīng)包含所需求解的未知量；所選擇的計(jì)算截面上的物性參數(shù)及系統(tǒng)能量損失等要盡可能；以流入系統(tǒng)截面為1-1/截面、以流出系統(tǒng)截面為2-2/截面。基準(zhǔn)水平面——即位能為零的面。由于位能為一相對量，故需規(guī)定一基準(zhǔn)水平面作為位能的零起點(diǎn)。為簡化計(jì)算起見，人們通常采用低位計(jì)算截面位能為零的原那么來選定基準(zhǔn)水平面。高位槽供液系統(tǒng)——是利用位差將液體的位能轉(zhuǎn)化動能從而實(shí)現(xiàn)供液的裝置，在常壓生產(chǎn)系統(tǒng)對液體流量的要求很嚴(yán)或批量供液時(shí)廣泛使用。流程為用泵先將液體由貯槽送至高位槽直至溢流〔溢流的液體通過接管返回到貯槽〕，然后控制在供液流量略小于泵工作流量的條件下對系統(tǒng)供液，從而使得槽面的高度恒定。顯然，當(dāng)系統(tǒng)及流體的物性一定時(shí)，高位槽供液系統(tǒng)的流量恒定。軸功率、有效功率、機(jī)械效率——軸功率是指做功機(jī)械自驅(qū)動設(shè)備獲得的功率；有效功率是指做功機(jī)械在單位時(shí)間內(nèi)對工質(zhì)〔流體〕做的有效功；機(jī)械效率那么是指有效功率與軸功率的比值。由于輸送機(jī)械在工作過程中存在機(jī)械能損失，所以機(jī)械效率恒小于1。車間供液系統(tǒng)——指車間內(nèi)的批量供液裝置，特點(diǎn)是距離短、間歇性操作。多采用生產(chǎn)系統(tǒng)中的壓縮氣體為動力，以節(jié)省設(shè)備投資和減少場地的占用。計(jì)算公式濃縮局部拓展的柏努利方程式：1、以1kg流體為基準(zhǔn)J/kg2、以1N流體為基準(zhǔn)〔即以壓頭形式表示〕J/kg或m應(yīng)用前提：系統(tǒng)為不涉及化學(xué)變化、溫度變化和熱量傳遞的穩(wěn)定、不可壓縮流動系統(tǒng)。有效功率計(jì)算式：〔W或kW〕習(xí)題1-22附圖機(jī)械效率計(jì)算：相關(guān)習(xí)題解答1-21水經(jīng)過內(nèi)徑為200mm的管子由蓄水池送往用水點(diǎn)，：水池水面高于排出管端25m，且維持水池中水位不變。設(shè)管路壓頭損失為24.8mH2O〔不包含管出口處〕，試求管子的排水量為多少m3/h?〔223.9m3【解】根據(jù)題意，選取水池液面為1-1/、排出管口內(nèi)側(cè)為2-2/；選取排出管端水平面為基準(zhǔn)面。在兩截面間列柏努利方程那么有將z=25m，Hf=248m代入得u2=1.981m/s故管子的排水量為：m3/h1-22此題附圖為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)示意圖。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為36m3/h。自A處經(jīng)換熱器至B處的總摩擦阻力為98J/kg，自B處至A處的為49J/kg。試求循環(huán)泵的有效功率為多少kW?〔1.617【解】根據(jù)題意，選取A截面右側(cè)為1-1’截面，選取A截面左側(cè)為2-2’截面。即自A、換熱器到B再自B經(jīng)泵到A形成循環(huán)系統(tǒng)。那么有z1=z2；u1=u2；p1=p2；∑hf=在兩截面間列柏努利方程，即代入數(shù)值得：We=147J/kg故有效功率為：1-23用泵將水從水池送到水洗塔頂部。塔內(nèi)的工作壓強(qiáng)為4at(表壓)，水池的水面在地面以下3m保持恒定，塔頂水出口高出地面12m。水從水管進(jìn)口到塔頂出口的壓頭損失估計(jì)為10mH2O。問此泵對水提供的有效壓頭應(yīng)為多少米?〔65m〕【解】根據(jù)題意，取水池水面為截面1-1’，水洗塔頂部為截面2-2’，并選取截面1-1’為基準(zhǔn)水平面。那么z1=0，z2=3m+12m=15m；u1=u2=0；p1=0(表壓)，p2=4at(表壓)；∑Hf在兩截面間列柏努利方程代入上述數(shù)值得：習(xí)題1-24附圖1-24此題附圖為CO2水洗塔供水系統(tǒng)。水洗塔內(nèi)的絕對壓強(qiáng)為2100kPa，貯槽水面絕對壓強(qiáng)為300kPa。塔內(nèi)水管與噴頭連接處高于水面20m，管路為φ57×2.5mm的有縫鋼管，送水量為15m3/h。塔內(nèi)水管與噴頭連接處的絕對壓強(qiáng)為2250kPa。設(shè)自貯槽至噴頭連接處的能量損失為49J/kg，試求水泵的有效功率。〔9.15kW【解】根據(jù)題意，取貯槽水面為截面1-1’，塔內(nèi)水管與接頭連接面為截面2-2’，并選取截面1：z1=0，u1=0，P1=300kPa(絕壓)；z2=20m，P2=2250kPa(絕壓)，∑hf=49J/kg，；將上述數(shù)值代入柏努利方程得：有效功率1-25用壓縮空氣將封閉貯槽中的硫酸輸送到高位槽。在輸送結(jié)束時(shí)，兩槽的液面高差為4m，硫酸在管中的流速為1m/s，管路的能量損失為16J/kg，硫酸的密度為1800kg/m3。求貯槽中應(yīng)保持多大的壓力?【解】根據(jù)題意，取封閉槽內(nèi)液面為截面1-1’，高位槽內(nèi)液面為截面2-2’，并選取截面1在兩截面間列柏努利方程，即：z1=0，u1=0，z2=4m，p2=0〔表〕，∑hf=16J/kg，ρ=1800kg/m3，u2=0，We=0將上述數(shù)值代入柏努利方程得：〔表〕1-26甲烷在一內(nèi)徑由200mm逐漸縮小到100mm的水平變徑管中流過。在變徑管的粗細(xì)兩端連有一U管壓差計(jì)以測量甲烷氣體的流量，指示液為水。設(shè)逐縮過程的能量損失為零，甲烷的密度為0.645kg/m3。問當(dāng)U形管兩側(cè)的指示液水面差為50mm時(shí)，管路中甲烷氣體的流量是多少m3/h？〔1138【解】根據(jù)題意，取內(nèi)徑為200mm管端口面為截面1-1/，取內(nèi)徑為100mm管端口面為截面2-2。對此問題可用教材導(dǎo)出公式計(jì)算〔詳見例1-14〕。即〔1-31〕將數(shù)值代入即可求出細(xì)管端的流速為：所以，在此題情況下該管路中甲烷氣的流量為第四節(jié)管流過程知識點(diǎn)聚焦流體阻力的形成原因——流體阻力只是在流體流動時(shí)存在，當(dāng)流體靜止時(shí)阻力消失。形成流體阻力的主要原因有：1、內(nèi)摩擦作用；2、渦流的生成。兩種典型的流動型態(tài)——層流與湍流，最早由雷諾于1883年用實(shí)驗(yàn)揭示。層流狀態(tài)一般在低流速過程發(fā)生，故又稱滯流和粘流。特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡只有管軸向運(yùn)動無徑向運(yùn)動，在半徑相同的圓周上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度相同，故稱層流。湍流過程一般在較高流速過程發(fā)生，其特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡雜亂無章，既有整體的軸向運(yùn)動又有無規(guī)那么的徑向運(yùn)動并伴隨有渦流，故又稱紊流。雷諾準(zhǔn)數(shù)與流動型態(tài)判斷——雷諾準(zhǔn)數(shù)Re〔〕，簡稱雷諾數(shù)，為一無因次數(shù)群。對管流過程，雷諾數(shù)在2000以內(nèi)時(shí)一般為層流；雷諾數(shù)在4000以上時(shí)為湍流。流體力學(xué)當(dāng)量直徑——指與非圓形管具有相同流體阻力的圓管內(nèi)徑，m。流動邊界層概念——流動邊界層指顯著存在速度梯度的區(qū)域，簡稱邊界層。對管內(nèi)湍流過程，近壁面處的層流薄層即為流動邊界層，又稱層流內(nèi)層或?qū)恿鞯讓印．?dāng)流體因流動截面形狀或方向突然改變時(shí)〔如拐彎〕，層流底層下緣的附面層在慣性的作用下自壁面飛離，速度由0突變，此現(xiàn)象稱為邊界層別離現(xiàn)象。在邊界層別離的同時(shí)會伴生渦流，造成能量損失，流體在通過彎頭、閥門等裝置時(shí)均會不同程度地發(fā)生邊界層別離現(xiàn)象，是造成局部阻力損失的主要原因。計(jì)算公式濃縮流體力學(xué)當(dāng)量直徑：m管內(nèi)層流狀態(tài)下的速度分布：1、速度分布函數(shù)2、管中心處最大流速3、平均流速湍流過程平均流速與中心最大流速間的關(guān)系：u=0.82umax相關(guān)習(xí)題解答1-27283K的水在內(nèi)徑為25mm的鋼管中以1m/s的速度流動，試計(jì)算其Re數(shù)值并判定其流動型態(tài)?！?9151，湍流〕【解】根據(jù)題意查表得：283K下水的密度，粘度〔湍流〕1-28由一根內(nèi)管及外管組合成的套管換熱器中，內(nèi)管為φ25×1.5mm，外管為φ45×2mm。套管環(huán)隙間通以冷卻用鹽水，其流量為2500kg/h密度為1150kg/m3，粘度為1.2cP。試判斷鹽水的流動型態(tài)?！?017，湍流〕【解】根據(jù)題意密度ρ=1150kg/m3，粘度μ=1.2cP?！餐牧鳌?-29套管冷卻器由φ89×2.5mm和φ57×2.5mm的鋼管構(gòu)成?？諝庠诩?xì)管內(nèi)流動，流速為1m/s，平均溫度為353K，絕對壓強(qiáng)為2atm。水在環(huán)隙內(nèi)流動，流速為1m/s，平均溫度為303K。試求：(1)空氣和水的質(zhì)量流量。(2)空氣和水的流動型態(tài)?！瞜g/s、2.988kg/s，3437、104842，過渡區(qū)、湍流〕【解】〔1〕根據(jù)題意，有空氣的密度空氣的質(zhì)量流量水的質(zhì)量流量〔2〕查表得：在353K下空氣的粘度μ1=3.02×10-5Pa?s，在303K下，水的粘度μ2=801.2×10-6Pa?s對空氣：(過渡區(qū))對水：因水在套管環(huán)隙流動，>4000(湍流)第六節(jié)管流系統(tǒng)的能量損失知識點(diǎn)聚焦直管阻力損失與局部阻力損失——直管阻力損失是指流體在流經(jīng)直管過程中造成的機(jī)械能損失，又稱沿程阻力損失；流體在通過局部障礙物〔如管件、閥門、設(shè)備、流量測量儀表等〕時(shí)因克服阻力所損失的能量稱為局部阻力損失。系統(tǒng)能量損失——管流系統(tǒng)的能量損失為系統(tǒng)直管阻力損失和所有局部障礙物的局部阻力損失之和。系統(tǒng)能量損失與管中流體的走向無關(guān)，而壓強(qiáng)降與管中流體的走向有關(guān)。絕對粗糙度與相對粗糙度——絕對粗糙度是指管壁凸起及下洼局部的平均高度，以ε表示之；相對粗糙度是指絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值，即ε/d。對絕對粗糙度相同的管道，直徑小的對流體運(yùn)動的干擾作用影響大，故應(yīng)采用相對粗糙度來衡量。光滑管與粗糙管——玻璃管、銅管、鉛管、塑料管等由于其材質(zhì)及制作工藝的因素外表較為光潔，粗糙程度極小，對摩擦因數(shù)的影響可忽略，稱為光滑管；而把包括鋼管和鑄鐵管在內(nèi)的其余管材稱為粗糙管。摩擦因數(shù)λ——直管阻力損失計(jì)算通式〔范寧公式〕中的系數(shù)，無因次。對層流過程及光滑管中的湍流過程，摩擦因數(shù)僅為雷諾數(shù)的函數(shù)；對粗糙管湍流過程，摩擦因數(shù)不僅與雷諾數(shù)有關(guān)同時(shí)還與管子的相對粗糙度有關(guān)。過渡區(qū)的摩擦因數(shù)為保險(xiǎn)起見常按湍流考慮。莫迪圖——實(shí)測的λ-Re-ε/d關(guān)系曲線圖，可劃分為四個(gè)區(qū)域：層流區(qū)、過渡區(qū)、湍流區(qū)、充分湍流區(qū)。其中充分湍流區(qū)的摩擦因數(shù)僅隨管子的相對粗糙度變化，由范寧公式可知，此時(shí)對一定的管子其直管阻力損失僅與流速的平方成正比，故又稱阻力平方區(qū)。局部阻力損失計(jì)算方法——當(dāng)量長度法、阻力系數(shù)法。當(dāng)量長度法是一種通過引入當(dāng)量長度〔指與某局部障礙物具有相同能量損失的直管長度〕的概念，將局部阻力損失轉(zhuǎn)化成直管阻力損失計(jì)算的方法。阻力系數(shù)法是一種將流體通過局部障礙物的能量損失看作是動能的倍數(shù)〔阻力系數(shù)〕的簡化計(jì)算方法。相對而言，阻力系數(shù)法比擬簡便快捷但計(jì)算精度不高，適合工程估算。計(jì)算公式濃縮水平等徑直管中的能量損失和壓強(qiáng)降計(jì)算關(guān)系：1、J/N或m2、Pa流體在水平等徑直管中作層流運(yùn)動時(shí)的壓強(qiáng)降計(jì)算公式〔哈根—帕謖葉方程〕：Pa直管阻力損失的計(jì)算通式〔范寧公式〕：1、直管壓頭損失J/N或m2、直管直管能量損失J/kg摩擦因數(shù)λ計(jì)算式：1、管內(nèi)流體作層流運(yùn)動時(shí)〔〕λ=2、光滑管中流體湍流時(shí)〔〕〔柏勞修斯方程〕局部阻力損失計(jì)算：1、當(dāng)量長度法J/N或mJ/kg2、阻力系數(shù)法J/N或mJ/kg單一管路〔指直徑不變無分支的管路〕系統(tǒng)的能量損失計(jì)算：1、局部阻力損失采用當(dāng)量長度法J/N或mJ/kg2、局部阻力損失采用當(dāng)量長度法J/N或mJ/kg相關(guān)習(xí)題解答1-30比重為0.86、粘度為3cP的石油在管規(guī)格為159×4.5mm的無縫鋼管中流動，當(dāng)石油流量為15.5t/h時(shí)，試求總長度為1000m的直管阻力損失?！?.488J/kg〕【解】根據(jù)題意石油流速為>4000(湍流)查表選取絕對粗糙度ε=0.2mm那么ε/d=0.2/150=0.0013查莫迪圖得：λ=0.021故直管阻力損失1-31水在38×1.5mm的水平鋼管內(nèi)流過，溫度是293K，流速是2.5m/s，管長是100m。求直管的壓強(qiáng)降及壓頭損失?！?56.4kPa，36.4m〕【解】查教材附錄知293K下，水的粘度μ=1.005×10-3Pa?s，水的密度ρ=998.2kg/m3>4000(湍流)查表選取鋼管的絕對粗糙度ε=0.2mm；那么ε/d=0.2/35=0.0057查摩擦因數(shù)圖得λ=0.04故壓頭損失為習(xí)題1-32示意圖kPa1-32如此題附圖所示，用虹吸管將池中363K的熱水引出，兩容器水面的垂直距離為2m，管段AB長5m，管段BC長10m(均包括局部阻力的當(dāng)量長度)。管路內(nèi)徑為20mm，摩擦因數(shù)λ為0.02。為保證管路不發(fā)生氣化現(xiàn)象，管路頂點(diǎn)的最大安裝高度為多少?〔2.463m〕【解】根據(jù)題意，分別取A池液面到B點(diǎn)處為系統(tǒng)、取B點(diǎn)到C池液面為系統(tǒng)。在兩系統(tǒng)中列柏努利方程那么有〔1〕〔2〕聯(lián)解上兩式，可得設(shè)容器上方大氣壓強(qiáng)pa=1.01×105Pa查附錄得知：363K下水的飽和蒸氣壓為70099.66Pa，水的密度為ρ=965.3kg/m3。假設(shè)要保證管路不發(fā)生氣化，那么P2>70099.66Pa。故將上述條件代入〔1〕或〔2〕式那么可解得：也即為保證管路不發(fā)生氣化現(xiàn)象，管路頂點(diǎn)的最大安裝高度為2.463m。從此題解題過程可知，假設(shè)忽略虹吸過程的流動阻力，那么頂點(diǎn)的最大高度為：1-33在內(nèi)徑為100mm的鋼管內(nèi)以1.8m/s的流速輸送密度為1100kg/m3、粘度為2.1cP的溶液，求每l00m鋼管的壓強(qiáng)降及壓頭損失。假設(shè)管子由于腐蝕，其絕對粗糙度增至原來的10倍，求壓強(qiáng)降增大的百分率?！?.13m【解】根據(jù)題意>4000〔湍流〕查表取鋼管的絕對粗糙度為0.2mm；那么ε/d=2/100=0.002查摩擦因數(shù)圖得：λ=0.025m壓強(qiáng)降kPa取顯著腐蝕的鋼管粗糙度為ε=2mm，那么ε/d=2/100=0.02，查摩擦因數(shù)圖得λ=0.049。m故壓強(qiáng)降增大的百分率為：1-34某液體在圓形直管內(nèi)作滯流流動，假設(shè)管長及液體物性不變，而管徑減至原有的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的假設(shè)干倍?〔16〕【解】根據(jù)題意故當(dāng)管徑減至原有的1/2后流動阻力損失增至為原來的24=16倍。1-35某流體在光滑圓直管中作湍流運(yùn)動，假設(shè)管長及管徑均不變而流量增至原有的2倍，兩種情況下的摩擦因數(shù)λ均可用柏拉修斯公式計(jì)算，問因流動阻力產(chǎn)生的能量損失為原來的假設(shè)干倍?〔3.364〕【解】根據(jù)題意故當(dāng)流量增至原有的2倍后流動阻力損失增至為原來的21.75=3.364倍。1-36如此題附圖所示，用泵將溫度為293K的冷卻水由水池送至冷卻塔。：水池比地面低2m，吸入管路為長10m的φ114×4mm鋼管并設(shè)有1個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭、1個(gè)吸濾閥；排出管路為總長36m的φ114×4mm鋼管并設(shè)有2個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭、1個(gè)閘閥(1/2開)；噴嘴與管子連接處離地面高24m，塔內(nèi)壓強(qiáng)為700mmH2O(表壓)，噴嘴進(jìn)口處的壓強(qiáng)比塔中高0.1at。假設(shè)要求輸送流量為56m3/h，求泵的理論功率?！?.205kW習(xí)題1-36附圖習(xí)題1-37附圖【解】根據(jù)題意，取水池液面為截面1-1’，噴嘴進(jìn)口處為截面2-2’，并選取截面1在兩截面間列柏努利方程，即在293K下，水的粘度μ=1.005×10-3Pa?s，水的密度ρ=998.2kg/m3由于流速m/s=185719>4000(湍流)查表取鋼管的粗糙度為0.2mm，那么ε/d=0.2/106=0.0019查摩擦因數(shù)圖得λ=0.025直管阻力壓頭損失為：查表得局部當(dāng)量長度為：1個(gè)1/2開的閘閥：le/d=2003個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭：le/d=3×35=1051個(gè)吸濾閥：le/d=70局部壓頭損失為：1.49m故Hf=1.49+1.72=3.21m將z1=0，z2=2+24=26m；p1=0〔表〕，；u1=0，u2=1.764m/s代入柏努利方程得：He=31.07泵的理論功率1-37如此題附圖所示，用泵將密度為1073kg/m3、粘度為0.63cP的某溶液從反響器以20t/h的流量送至高位槽。：反響器液面上保持200mmHg的真空度，高位槽液面上方為大氣壓，兩液面間的垂直距離為15m；輸送管道為總長50m的φ76×4mm的鋼管，并設(shè)有2個(gè)全開的閘閥、1個(gè)孔板流量計(jì)(局部阻力系數(shù)為4)、5個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭。假設(shè)泵的機(jī)械效率為70%，求泵的軸功率?！?.619kW〕【解】根據(jù)題意，取反響器內(nèi)液面為截面1-1/，高位槽內(nèi)液面為截面2-2/，并選取截面1-1/為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程，即由于流速1.426m/s>4000(湍流)查表取鋼管的粗糙度為0.2mm，那么ε/d=0.2/68=0.0029，查摩擦因數(shù)圖得λ=0.028。直管阻力壓頭損失為：2.13m1個(gè)孔板流量計(jì)壓頭損失為：0.41m查表確定其余局部障礙物的當(dāng)量長度：2個(gè)全開的閘閥：le/d=2×75個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭：le/d=5×35管子進(jìn)、出口：le/d=20+40=60局部壓頭損失為：故Hf=0.41+0.72+2.13=3.將z1=0，z2=15m，p1=-200mmHg〔表〕，p2=0〔表〕，u1=u2=0，ρ=1073kg/m3代入柏努利方程得：有效功率泵的軸功率第七節(jié)管路計(jì)算知識點(diǎn)聚焦化工管路及分類——管路在化工生產(chǎn)中的地位就相當(dāng)于人體內(nèi)的血管一樣重要,化工廠中的管路費(fèi)用約占工廠總投資的1/3左右。管路按有無分支可分為簡單管路和復(fù)雜管路：簡單管路——無分支管路，根據(jù)管徑有無變化分為單一管路和串聯(lián)管路。其中單一管路為最根本的管路，其它管路可看作是單一管路的串、并聯(lián)結(jié)果。復(fù)雜管路——有分支管路，根據(jù)支管的閉合與否可分為分支管路和并聯(lián)管路，由于企業(yè)的復(fù)雜管路系統(tǒng)猶如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故并聯(lián)管路和分支管路又分別稱為環(huán)狀管網(wǎng)和樹狀管網(wǎng)。重要的管路通常為并聯(lián)管路，以有利于提高能量的綜合利用、減少因局部故障所造成的影響?；す苈返母緲?gòu)成——管子、管件〔起延長、改變流向和管徑等作用〕、閥門〔調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量〕。管子連接方法——有螺紋連接〔如通過管箍連接〕、承插連接〔管子的一端擴(kuò)大成鐘形，使一根管子的平頭可以插入、環(huán)隙中填塞填充料和膠合劑〕、焊接、法蘭連接四種。試差法——是常用工程計(jì)算方法之一，在計(jì)算關(guān)系數(shù)目少于未知量數(shù)目時(shí)采用。試差原理是：〔1〕假設(shè)變化范圍較小的未知量為某常數(shù)；〔2〕應(yīng)用計(jì)算關(guān)系確定其它的未知量；〔3〕檢驗(yàn)假設(shè)成立與否，直至吻合為止。如管路計(jì)算中先設(shè)λ值為常數(shù)〔通常λ=0.02～0.03〕，后用計(jì)算關(guān)系式或計(jì)算出u或d，再由Re、ε/d查莫狄圖得到λ并與假設(shè)值進(jìn)行比擬，直至兩者吻合為止。計(jì)算公式濃縮并聯(lián)管路的相關(guān)計(jì)算關(guān)系式：1、主管流量等于各支管流量之和對不可壓縮流體那么有2、流體在各支管中的壓差相等3、流體在各支管中的壓頭損失相等分支管路的相關(guān)計(jì)算關(guān)系式：主管流量等于各支管流量之和；單位質(zhì)量流體在各支路出口端的總機(jī)械能與支路中的能量損失之和相等，且等于單位質(zhì)量流體在支路入口端的總機(jī)械能，即相關(guān)習(xí)題解答1-38從水塔將溫度為293K的水引至車間，采用φ114×4mm的有縫鋼管，其計(jì)算長度(指直管長度與局部障礙物的當(dāng)量長度之和)為150m。水塔水面維持恒定，且高于排水管口12m，試求該管路中的水流量?！?6.3m3【解】根據(jù)題意，以水塔內(nèi)水面為截面1-1’，排水管出口外側(cè)為截面2-2z1=12m，z2=0；p1=p2=0〔表〕；u1=u2=0；He=0。代入柏努利方程得：Hf=12m由單一管路系統(tǒng)的壓頭損失計(jì)算公式，即那么有整理得：λu2=0.1663〔1〕采用試差法計(jì)算：因λ值通常在0.02～0.03，故先假設(shè)λ1=0.02并代入式〔1〕解出u1=1.882m/s查表得知：在293K下，水的粘度μ=1.005×10-3Pa?s，水的密度ρ=998.2kg/m3故>4000〔湍流〕取有縫鋼管的絕對粗糙度為0.2mm，那么ε/d=0.2/106≈0.002由于Re1=3×105、ε/d=0.2/106≈0.002查圖得λ1/=0.024，與假設(shè)不符，需重新假設(shè)。再假設(shè)λ2=0.024并代入式〔1〕解出u2=2.403m/s，代入Re計(jì)算式求出Re2=2.5×105；由Re2=2.5×105、ε/d=0.2/106≈0.002查圖得λ2/=0.024，與假設(shè)相符。故流體在該輸送系統(tǒng)中的流速為2.403m/s，系統(tǒng)流量為1-39如此題附圖所示，由山上的湖泊中引水至貯水池，湖面與水池的水面之高度差為45m，管路計(jì)算長度約為4000m，要求水流量為85L/s，湖水的溫度可取為293K。問應(yīng)采用哪種規(guī)格的鑄鐵管?〔300mm〕習(xí)題1-39附圖【解】根據(jù)題意，水池的水面為截面1-1/，湖面為截面2-2/，并選取截面1-1/為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程，即z1=0，z2=45m，P1=P2=0〔表〕，u1=u2=0，He=0代入柏努利方程得：Hf=45由單一管路系統(tǒng)的壓頭損失計(jì)算公式，即那么有m整理得：λ/d5=18.86〔1〕采用試差法計(jì)算：先假設(shè)λ=0.02，那么d=0.254m查表得知：在293K下，水的粘度μ=1.005×10-3Pa?s，水的密度ρ=998.2kg/m3故423415.8取鑄鐵管的絕對粗糙度為0.3mm那么ε/d=0.3/245≈0.00118查圖得=0.024，與假設(shè)不符，需重新假設(shè)。再假設(shè)λ2=0.024并代入式〔1〕解出d2=0.264m，代入Re計(jì)算式求得Re2=4.07×105；由Re2=4.07×105、ε/d=0.2/264≈0.00114查圖得=0.022，與假設(shè)不符，需重新假設(shè)。再假設(shè)λ3=0.022并代入式〔1〕解出d2=0.259m，代入Re計(jì)算式得Re2=4.15×105；由Re2=4.15×105、ε/d=0.2/259≈0.00116查圖得=0.022與假設(shè)相符。應(yīng)選擇內(nèi)徑為259mm以上的鑄鐵管即能滿足輸送要求。查附錄管子規(guī)格表選用標(biāo)準(zhǔn)管材，選用公稱直徑為250mm的鑄鐵管〔其實(shí)際內(nèi)徑為260mm、壁厚為10.8mm〕。第八節(jié)流量測量知識點(diǎn)聚焦流量測量儀表的分類——根據(jù)特點(diǎn)可分為三類：1、定截面、變壓差：包括測速管、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)；2、變截面、定壓差：如轉(zhuǎn)子流量計(jì)；3、轉(zhuǎn)子類：如渦輪流量計(jì)〔工作原理類似水表〕?？s脈——當(dāng)流體遭遇流道突然縮小時(shí)，會在慣性的作用下繼續(xù)收縮一段距離，到達(dá)主流脈的最小值，而后緩慢放大至管截面。該主流脈的最小值即稱縮脈。流量計(jì)安裝注意點(diǎn)：1、測速管、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)必需在水平管路中安裝，轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須安裝在豎直管路中；2、流量計(jì)離上游管口要有足夠的距離〔穩(wěn)定長度=5~10d〕，以確保測量段的穩(wěn)定和測量的精度；3、為便于流量計(jì)的拆卸與檢修、放大流量計(jì)的量程，應(yīng)和主管路并聯(lián)安裝并配備閥門?？装辶髁坑?jì)的選用原那么——確?？琢飨禂?shù)為常數(shù)，即本著系統(tǒng)常規(guī)流量下限時(shí)孔流系數(shù)為常數(shù)的原那么選擇孔板規(guī)格。流量計(jì)的適用范圍——轉(zhuǎn)子流量計(jì)由于主體采用玻璃或有機(jī)玻璃制作，故耐壓性能比擬差，僅適用于常低壓范圍；孔板及文氏流量計(jì)可應(yīng)用于高壓系統(tǒng)，但需將壓差測量裝置改為壓力表，相應(yīng)地，流量計(jì)算式中的替換為測量點(diǎn)前后壓力表的讀數(shù)差。流量計(jì)校核——由于流量計(jì)產(chǎn)品說明書或設(shè)備本體上所列的技術(shù)參數(shù)是以20℃清水或20℃、1atm的空氣為實(shí)驗(yàn)流體標(biāo)定的〔如轉(zhuǎn)子流量計(jì)上的刻度〕，所以，當(dāng)實(shí)際流體與實(shí)驗(yàn)流體不同時(shí)，需實(shí)測標(biāo)定或借助公式換算。計(jì)算公式濃縮測速管點(diǎn)流速測量計(jì)算公式：m/s式中C＝0.98～1.0，稱為皮托管校正系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。因C值很接近1，故可不校正?？装辶髁坑?jì)的流量計(jì)算公式：m3/s式中：——銳孔的截面積，m2；——孔流系數(shù)；——孔板前后的壓強(qiáng)差；——綜合常數(shù)，。孔板流量計(jì)的永久壓降占總壓降的百分?jǐn)?shù)式中：——銳孔直徑，m；——主管直徑，m。文氏流量計(jì)流量計(jì)算公式：式中：u0——流體在文氏流量計(jì)的喉頸處的流速，m/s；A0——文氏流量計(jì)喉頸處的截面積，m2；——文氏流量計(jì)的流量系數(shù)，CV≈0.98～0.99，常按0.98計(jì)算；——綜合常數(shù)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度校正公式：1、式中：下標(biāo)1為標(biāo)定流體，下標(biāo)2為實(shí)際流體；——轉(zhuǎn)子材質(zhì)密度，m3/s。2、被測流體為氣體時(shí)相關(guān)習(xí)題解答1-40密度為1600kg/m3、粘度為2cP的某溶液流經(jīng)φ80×2.5mm的鋼管。為測定流量，在管路中裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，用U管水銀壓差計(jì)以角接取壓法測量孔板兩側(cè)壓強(qiáng)差，假設(shè)溶液的最小流量為300L/min。試確定孔板規(guī)格。〔【解】根據(jù)題意67941由67941查圖得A0/A1=0.25，C0=0.625故孔板的孔徑為37.5mm第二章流體輸送機(jī)械第一節(jié)離心泵知識點(diǎn)聚焦離心泵的主要構(gòu)成——泵體、葉輪。泵體形似蝸牛外殼，故又稱蝸殼、泵殼，輪廓為漸開線，除包覆液體的功能外是一能量轉(zhuǎn)換構(gòu)件，可使液體在逐漸放大的流道中將通過葉輪獲得的動能向靜壓能轉(zhuǎn)化，至出口處壓強(qiáng)到達(dá)最大值。葉輪上一般有6～12個(gè)彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的葉片〔稱為后彎形葉片〕，葉片后彎便于液體進(jìn)入泵體與葉輪外緣間的流道。根據(jù)葉輪的結(jié)構(gòu)不同可分為閉式、半閉式和敞〔開〕式三種，分別適用于不同液體的輸送。離心泵的軸〔密〕封裝置——密封泵軸與泵體間隙的裝置，有填料〔函〕密封和機(jī)械密封兩類。作用是將泵軸與泵體之間留有的間隙封住，以確保泵軸的自由轉(zhuǎn)動，同時(shí)防止高壓液體沿軸外漏以及外界空氣吸入泵內(nèi)。離心泵的“氣縛”現(xiàn)象——指因離心泵內(nèi)有氣體導(dǎo)致不能正常抽排液體的現(xiàn)象。當(dāng)離心泵內(nèi)有氣體時(shí)，因氣體的密度小、隨葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，葉輪中心不能形成足夠的負(fù)壓將貯槽中的液體吸入。因此，離心泵在啟動之前必須經(jīng)過“灌泵”排氣操作。離心泵的操作步驟：以上步驟不得有絲毫過失，以確保離心泵正常操作，減少事故概率。離心泵的揚(yáng)程與系統(tǒng)外加壓頭——離心泵的揚(yáng)程H是指泵對1N流體具有的實(shí)際做功能力；第一章中的外加壓頭He是指系統(tǒng)對做功設(shè)備提出的做功能力要求，即為滿足輸送要求，系統(tǒng)串接的做功設(shè)備對1N流體應(yīng)具有的做功能力。所以，泵的選用要滿足系統(tǒng)的外加壓頭要求為前提。離心泵的特性曲線——離心泵出廠前用20℃清水在10mH2O的壓強(qiáng)條件下標(biāo)定的曲線，包括-、及-曲線。由-可知，離心泵的揚(yáng)程隨輸出流量的增加而降低；由可知，在流量為0的條件下泵的功耗最小，故為保護(hù)設(shè)備起見離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥的狀態(tài)下啟動；由-可知，離心泵存在最高效率點(diǎn)。將最高效率的92％及以上區(qū)域稱為離心泵的高效率區(qū)。為確保離心泵使用的經(jīng)濟(jì)性，離心泵的選用應(yīng)控制在高效率區(qū)。離心泵的吸上高度——又稱安裝高度，指貯槽液面至泵吸入口中心處的垂直距離。離心泵的安裝高度存在一定的限制，高度應(yīng)以確保離心泵不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象為前提，相應(yīng)的吸上高度稱為允許吸上高度。離心泵的氣蝕現(xiàn)象——是由于葉輪中心處液體沸騰造成的對離心泵的破壞以及不能正常工作的現(xiàn)象。隨著離心泵吸上高度的增加，泵入口處的壓強(qiáng)將逐漸減小，當(dāng)減小到等于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓時(shí)，液體將在泵的吸入口附近沸騰氣化并產(chǎn)生大量的氣泡；這些氣泡隨同液體從泵低壓區(qū)流向高壓區(qū)后，在高壓作用下迅速凝結(jié)或破裂，此時(shí)周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生的瞬間壓強(qiáng)可高達(dá)數(shù)十兆帕，沖擊頻率可高達(dá)幾萬至幾十萬赫茲；由于巨大的沖擊作用使泵體震動并產(chǎn)生噪音，且葉輪局部處在巨大沖擊力的反復(fù)作用下，使材料外表疲勞，從開始的點(diǎn)蝕到生成裂縫，最終形成海綿狀物質(zhì)剝落，使葉輪或泵體受到破壞。此外，由于產(chǎn)生的氣泡占據(jù)了液體流道的局部空間，將導(dǎo)致泵的流量、揚(yáng)程及機(jī)械效率下降，嚴(yán)重時(shí)并發(fā)“氣縛”現(xiàn)象導(dǎo)致泵不能正常工作。這種現(xiàn)象稱為離心泵的“氣蝕現(xiàn)象”。允許氣蝕余量——系指離心泵在保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的前提下，離心泵入口處的靜壓頭與動壓頭之和與操作溫度下的飽和蒸氣壓頭之差的最小值。離心泵的允許吸上真空〔高〕度HS——用20℃的清水在10mH2O的壓強(qiáng)條件下實(shí)驗(yàn)測定的離心泵即將發(fā)生氣蝕或剛開始?xì)馕g時(shí)泵入口處的真空度，m。離心泵的工作點(diǎn)與調(diào)節(jié)——離心泵的工作點(diǎn)是指離心泵在實(shí)際工作過程中的流量與揚(yáng)程；即泵特性曲線-與管路特性曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)值。其調(diào)節(jié)方法有兩種：泵特性曲線調(diào)節(jié)法〔通過改變泵的葉輪直徑或轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)〕、管路特性曲線調(diào)節(jié)法〔通過改變閥門的開度實(shí)現(xiàn)〕，實(shí)用中以后者居多。離心泵的串并聯(lián)操作——多泵串聯(lián)操作的總揚(yáng)程必低于單泵揚(yáng)程與泵數(shù)目的乘積；多泵并聯(lián)后的總流量必低于單泵流量與泵數(shù)目的乘積。管路特性方程式中B值較小的管路稱為低阻管路，低阻管路系統(tǒng)采用并聯(lián)操作時(shí)流量增幅大些。反之，對高阻管路系統(tǒng)采用串聯(lián)操作時(shí)流量增幅大些。離心泵的操作程序——關(guān)閉底閥、開啟出口閥—灌泵排氣—關(guān)閉出口閥—啟動—開啟底閥—逐漸開啟出口閥調(diào)節(jié)至正常流量—關(guān)閉出口閥—關(guān)閉底閥—停機(jī)。常用離心泵的類型與型號表示方法：系列代號泵型說明型號表示實(shí)例說明清水泵IS型單級單吸懸臂式IS50-32-200IS表示泵的型式，其后的50為吸入口徑〔mm，下同〕，32為排出口徑，200為葉輪直徑。D型節(jié)段多級式D12-25×3D表示泵的型式，其后的12表示公稱流量〔泵最高效率點(diǎn)流量的整數(shù)值，m3/h〕；25表示泵最高效率點(diǎn)的單級揚(yáng)程，m；乘號之后的數(shù)字表示級數(shù)，即該泵在最高效率點(diǎn)時(shí)總揚(yáng)程為75m。Sh型單級雙吸式100S90A100表示吸入口的直徑，mm；S表示泵的類型為雙吸式離心泵；90表示該泵安裝標(biāo)準(zhǔn)葉輪并處于最高效率時(shí)的揚(yáng)程，m；字母A為葉輪切割序號，表示該泵中的葉輪是由標(biāo)準(zhǔn)葉輪經(jīng)過1次標(biāo)準(zhǔn)切割〔假設(shè)為B那么經(jīng)過2次標(biāo)準(zhǔn)切割，無字母表示未經(jīng)切割〕。F型離心式耐腐蝕泵25FB-16A25代表吸入口的直徑，mm；F代表耐腐蝕泵；其后的字母為液體接觸部件材料代號，如B代表所用材料為1Cr18Ni9不銹鋼；16表示該泵安裝標(biāo)準(zhǔn)葉輪并處于最高效率時(shí)的揚(yáng)程，m；A為葉輪切割序號，表示該泵裝配的是比標(biāo)準(zhǔn)直徑小1號的葉輪。Y型離心式油泵80Y100×2其中80表示泵的吸入口直徑為80mm；Y表示單吸離心油泵〔假設(shè)后面跟有S那么表示為雙吸式〕；100表示單級公稱揚(yáng)程，即在安裝標(biāo)準(zhǔn)葉輪并處于最高效率時(shí)的單級揚(yáng)程的整數(shù)值；×號后的數(shù)字代表級數(shù)，表示該泵為2級；A為葉輪切割序號。離心泵的選擇——步驟如下：1、確定輸送系統(tǒng)的流量與揚(yáng)程；流量應(yīng)按最大流量考慮并計(jì)算出在最大流量下輸送系統(tǒng)所需的外加壓頭He。2、選擇泵的類型與型號；先根據(jù)輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，然后由系統(tǒng)最大流量和所需的外加壓頭從泵的樣本或產(chǎn)品目錄中本著H≥He、處于高效率區(qū)的原那么選擇適宜的型號。3、核算泵的軸功率；假設(shè)輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，應(yīng)按式〔2-5〕核算泵的軸功率，以指導(dǎo)選用電機(jī)。4、確定離心泵的安裝高度；為確保離心泵的正常操作，在泵的型號規(guī)格確定后，還應(yīng)確定離心泵的安裝高度，以指導(dǎo)安裝。計(jì)算公式濃縮離心泵的揚(yáng)程實(shí)驗(yàn)計(jì)算式：m式中：為離心泵進(jìn)出口測壓點(diǎn)間的垂直距離，m。離心泵的比例定律和切割定律：1、比例定律式中：、、——轉(zhuǎn)速為時(shí)泵的流量、揚(yáng)程、軸功率；、、——轉(zhuǎn)速為時(shí)泵的流量、揚(yáng)程、軸功率。應(yīng)用條件：泵的轉(zhuǎn)速變化小于±20％、泵的機(jī)械效率可視為不變。2、切割定律離心泵的安裝高度計(jì)算式：1、允許氣蝕余量法式中：為允許的最大安裝高度；考慮平安因素，實(shí)際安裝高度比該高度低0.5～1.0m。為液體貯槽液面壓強(qiáng)。為輸送流體的飽和蒸汽壓強(qiáng)。為吸入管路的壓頭損失。為泵的允許氣蝕余量，指泵在確保不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的前提下入口處流體的總壓頭與輸送流體的飽和蒸汽壓頭差的最小值。即m2、允許吸上真空度法式中：為泵的允許吸上真空〔高〕度，指在保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的前提下泵入口處允許到達(dá)的最大真空〔高〕度，即。其余同上。管路特性方程：式中：；，Ａ為管截面積。相關(guān)習(xí)題解答2-1用20℃的清水對某離心泵進(jìn)行性能測試。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得：當(dāng)流量為240m3/h時(shí)，泵入口處的真空度為10kPa，出口處的表壓強(qiáng)為430kPa，兩表間的垂直距離0.5【解】查附錄知20℃下水的密度ρ=998.2kg/m3由題意知：h0=0.5m；；p2?p1=430+10=440kPa。故當(dāng)流量為240m32-2在用水測定某離心泵性能的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流量為26m3/h時(shí)，泵出口壓力表讀數(shù)為152kPa，泵入口處真空表讀數(shù)為24.8kPa，真空表與壓力表兩測壓口間的垂直距離為0.4m，泵的進(jìn)、出口管徑相等。假設(shè)泵在操作條件下的軸功率為2.【解】根據(jù)題意h0=0.4m；；p2?p1=152+24.8=176.8kPa故當(dāng)流量為26m3有效功率機(jī)械效率2-3將密度為1200kg/m3的堿液自常壓堿池用離心泵打入堿洗塔的頂部，：塔頂壓力表讀數(shù)為59.3kPa，流量為30m3/h，泵的吸入管路阻力為2m堿液柱，壓出管路阻力為5m堿液柱，堿液池液面到堿洗塔堿液進(jìn)口處的垂直距離為12m。試求：〔1〕此時(shí)泵的揚(yáng)程；〔2〕假設(shè)泵的軸功率為3.6k【解】〔1〕根據(jù)題意；；；Hf=2m+5m=7m。故此時(shí)系統(tǒng)對泵的揚(yáng)程要求為〔2〕有效功率機(jī)械效率2-4用某離心泵輸送清水，：轉(zhuǎn)速為1450r/min，流量為60m3/h，揚(yáng)程為52m，軸功率為16.1kW。試求：〔1〕該泵的機(jī)械效率；〔2〕假設(shè)欲將流量增大20m3/h，按切割定律估算轉(zhuǎn)速應(yīng)增至多少？此時(shí)的揚(yáng)程和軸功率為多少？〔52.79%，1933.33【解】〔1〕當(dāng)流量為60m3有效功率機(jī)械效率〔2〕qv,1=60m3/h，qv,2=80m3/h根據(jù)切割定律那么根據(jù)切割定律那么根據(jù)切割定律那么2-5在海拔1000m的高原上，使用一離心清水泵吸水，該泵吸入管路中的損失壓頭為6m水柱。今擬將該泵安裝于水源水面之上3m處，用戶所在地夏季水溫為20℃。問此泵能否正常工作？〔不能【解】查表得：1000m的高原上大氣壓強(qiáng)=9.19mH2O。由允許氣蝕余量法計(jì)算，假設(shè)允許汽蝕余量為0，那么最大吸上高度為：2.95m<3m可見，即使允許汽蝕余量為0，該泵也不能正常工作。2-6擬用一臺離心泵將某減壓精餾塔塔釜中密度為986kg/m3的液體產(chǎn)品輸送至高位槽。：釜中的真空度為66.65kPa〔釜中液體處于沸騰狀態(tài)，其飽和蒸氣壓等于釜中的絕對壓力，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.3kPa〕，吸入管路的壓頭損失為0.87m液柱，該泵的允許氣蝕余量為4.【解】根據(jù)題意可知，釜中的絕對壓強(qiáng)p0=101.3-66.65=34.65kPa，液體的飽和蒸氣壓pv=34.65kPa，?h=4.2m，Hf,0-1=0.87m故-5.07m所以泵的安裝位置不適宜。為了平安起見，離心泵的安裝高度應(yīng)比允許吸上高度低0.5-1.0m，所以應(yīng)將泵安裝在塔釜液面以下5.57～6.07m2-7用水對某離心泵作實(shí)驗(yàn)，得到以下各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：，0612182430，m37.2383734.531.828.5現(xiàn)擬用該泵通過φ76×4mm、長355m〔包括局部阻力的當(dāng)量長度〕的導(dǎo)管輸送某液體。：吸入與排出的空間均為常壓設(shè)備，兩設(shè)備液面間的垂直距離為4.8m，摩擦因數(shù)0.08。試求該泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量?！?6.5m【解】根據(jù)題意；；阻力損失將代入上式得：1615556.32qv故管路特性方程為：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖得離心泵的特性曲線，并根據(jù)管路特性方程作管路特性曲線，兩曲線的交點(diǎn)即為該泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量qv=16.5m3/h2-8用離心泵從蓄水池以每小時(shí)30噸的流量向高位槽送水。：槽內(nèi)水面壓強(qiáng)為34.3kPa〔表〕，槽內(nèi)水面高于蓄水池水面16m，管路總阻力損失為2.1mH2O。試選一臺適宜的離心泵?！睮S80-65-125【解】根據(jù)題意：；；；Hf=2.1m故當(dāng)流量為30m3查教材附錄中的離心泵性能參數(shù)表，選用離心泵型號IS80-65-125。該泵在流量為30m3/h時(shí)揚(yáng)程為22.5m2-9擬用離心泵通過內(nèi)徑100mm的鋼管從江中取水送入蓄水池，：池中水面高出江面30m，管路計(jì)算總長度為60m，水在管內(nèi)的流速為1.5m/s，摩擦因數(shù)0.028。今庫存有以下四種規(guī)格的離心泵，問能否從庫存中選用一臺泵？泵ⅠⅡⅢⅣ流量，L/s17161512揚(yáng)程，mH2O42383532【解】根據(jù)題意，選取江面為1-1/、蓄水池液面為2-2/。那么有：；；。當(dāng)系統(tǒng)流量為11.775L/s所以可以從庫存中選擇Ⅳ泵。2-10某化工廠各車間排出的熱水平均溫度為65℃，先聚集于熱水池中，然后經(jīng)離心泵以40m3/h的流量送至涼水塔的頂部，并經(jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以到達(dá)冷卻的目的。：噴頭入口位置較熱水池水面高6m，水在進(jìn)入噴頭之前需維持0.6at的表壓強(qiáng)，吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為1和3m，管路中的動壓頭可忽略不計(jì)。試選一臺適宜的離心泵并確定其安裝高度〔當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60mmHg〕?！睮S80-65-125【解】根據(jù)題意選取熱水池液面為1-1/、涼水塔噴嘴進(jìn)口處為2-2/。那么有；；；Hf=1+3=4m查附錄知65℃下水的密度ρ=980.5kg/m故當(dāng)流量為40m3查教材附錄25可知，IS80-65-125、IS80-65-160、IS100-65-250等均能滿足輸送要求。但比擬而言，IS80-65-160揚(yáng)程浪費(fèi)大且電機(jī)功率和軸功耗最大，故不可取。IS80-65-125的軸功率最低，操作最經(jīng)濟(jì)。IS100-65-250揚(yáng)程損失最小，但功耗大且設(shè)備費(fèi)用高。應(yīng)選用IS80-65-125。該泵轉(zhuǎn)速為2900r/min時(shí)，當(dāng)流量為40m3/h時(shí)揚(yáng)程為21.25m查水的飽和蒸汽壓表知，65℃時(shí)水的飽和蒸汽壓pv=25.014kPa。故實(shí)際安裝高度應(yīng)比最大安裝高度低0.5～1.0m，故泵的安裝應(yīng)控制在距熱水池液面2.93～3.43m以內(nèi)。2-11用內(nèi)徑106mm的鋼管將溫度為20℃、物性與水相似的某溶液從池中輸送到高位槽中。要求輸液量為45m3/h，摩擦因數(shù)λ可取為0.03，管路計(jì)算總長為240m，兩液面間垂直距離為8【解】〔1〕；；。管道中流體的流速為故系統(tǒng)的損失壓頭為故當(dāng)流量為45m3查表選用離心泵型號IS80-65-125。該泵在轉(zhuǎn)速2900r/min、流量為45m3/h時(shí)揚(yáng)程為〔2〕即該泵在使用過程中因通過閥門調(diào)節(jié)工作點(diǎn)導(dǎo)致的能量損失為5.3J/N。第二節(jié)其它化工生產(chǎn)用泵知識點(diǎn)聚焦各類泵型的性能比擬：泵的類型非正位移泵正位移泵離心泵軸流泵旋渦泵往復(fù)泵〔含計(jì)量泵和隔膜泵〕旋轉(zhuǎn)泵〔螺桿泵和齒輪泵〕流量均勻性均勻均勻均勻不均勻尚可恒定性隨管路特性而變恒定恒定范圍廣，易到達(dá)大流量大流量小流量較小流量小流量揚(yáng)程大小不易到達(dá)高揚(yáng)程揚(yáng)程低揚(yáng)程較高高揚(yáng)程較高揚(yáng)程功率稍低，愈偏離額定值愈小稍低，高效區(qū)窄低高較高操作流量調(diào)節(jié)小幅度調(diào)節(jié)用出口閥；大泵大幅度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或切削葉輪直徑。小幅度調(diào)節(jié)用旁路閥；有些泵可以調(diào)節(jié)葉片角度。用旁路閥調(diào)節(jié)。小幅度調(diào)節(jié)用旁路閥；大幅度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、行程等。用旁路閥調(diào)節(jié)。自吸作用一般沒有沒有局部型號有有有啟動出口閥關(guān)閉出口閥全開維修簡便麻煩較簡便結(jié)構(gòu)與造價(jià)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉結(jié)構(gòu)緊湊簡單，加工要求稍高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，振動大，體積龐大，造價(jià)高。結(jié)構(gòu)緊湊、加工要求較高。使用范圍流量和揚(yáng)程適用范圍廣，尤其適用于較低揚(yáng)程、大流量。除高粘度物料不太適合外，可輸送各種物料。特別適用于大流量、低揚(yáng)程。適用于高揚(yáng)程、小流量的清潔物料。適宜輸送流量小、高揚(yáng)程的物料；輸送懸浮液時(shí)，要采用特殊結(jié)構(gòu)的隔膜泵。適宜輸送小流量、較高揚(yáng)程的物料，對高粘度物料比擬適宜。正位移設(shè)備——進(jìn)入設(shè)備的液體只能沿出口排出，不可倒流。這種性質(zhì)稱為正位移特性，具有這種特性的設(shè)備稱為正位移設(shè)備。正位移及高壓輸送機(jī)械的流量調(diào)節(jié)法——正位移設(shè)備的流量調(diào)節(jié)必須采用旁路調(diào)節(jié)〔又稱回流支路調(diào)節(jié)〕，即從設(shè)備出口引出一根支管并配以流量調(diào)節(jié)閥門回流至設(shè)備入口，以防止過壓造成生產(chǎn)平安事故。高壓輸送機(jī)械的軸向推力及平衡裝置——對高壓輸送機(jī)械，因流體的進(jìn)出口壓強(qiáng)差巨大，會對設(shè)備造成自高壓面沿軸向朝著低壓面方向的推力，簡稱軸向推力。為減少軸向推力對設(shè)備的破壞，對高壓輸送機(jī)械往往需設(shè)置平衡裝置，將出口管中的高壓流體引入到入口區(qū)，如在離心泵的葉輪上打孔、離心式壓縮機(jī)中的平衡盤以及大型壓縮機(jī)組及往復(fù)泵的回流支路等均可起到平衡軸向推力的作用。容積式輸送機(jī)械——是依靠包容流體的密封工作空間容積的周期性變化,把能量周期性地傳遞給流體,使流體的壓強(qiáng)增加,直至將流體強(qiáng)行排出的流體輸送機(jī)械。容積式輸送機(jī)械的穩(wěn)流裝置〔空氣室〕——往復(fù)泵等容積式輸送機(jī)械由于結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)必然產(chǎn)生流量和壓強(qiáng)的脈動，從而降低了泵的吸入性能，縮短泵和管路的使用壽命，特別是在排出管路的管徑較小，管路較長，系統(tǒng)中沒有足夠大的背壓時(shí)，可能因慣性壓頭過大沖開泵的出口閥而造成實(shí)際流量大于理論流量的所謂“過流量現(xiàn)象”。為此往往配備有常壓式或預(yù)壓式吸入空氣室和排出空氣室，以到達(dá)穩(wěn)壓恒流的目的。計(jì)算公式濃縮往復(fù)泵的理論流量計(jì)算式：1、單動泵式中：——往復(fù)泵的理論流量，m3/min；——活塞截面積，m2；——活塞沖程，m；——活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)，1/min。2、雙動泵式中：為活塞桿的截面積，m2。相關(guān)習(xí)題解答2-12某單動往復(fù)泵活塞的直徑為160mm、沖程為200mm?，F(xiàn)擬用該泵將比重為930kg/m3的某種液體從敞口貯液槽送至某設(shè)備中，要求的流量為25.8m3/h，設(shè)備的液體入口較貯液槽液面高19.5m；設(shè)備內(nèi)液面上方的壓強(qiáng)為314kPa〔表〕，外界大氣壓為98.1kPa，管路的壓頭損失為10.3m【解】〔1〕此泵的活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)根據(jù)題意實(shí)際排液量為：所以〔2〕此泵的軸功率選取貯槽液面為截面1-1/，設(shè)備內(nèi)的液面為截面2-2/，并以截面1-1/為基準(zhǔn)水平面，由柏努利方程式有：式中z1=0，z2=19.5m；p1=0〔表〕，p2=314kPa〔表〕；u1=u2≈0；Hf=10.3m所以泵的軸功率2-13某雙動往復(fù)泵的柱塞的直徑為180mm，柱塞桿的直徑為60mm，曲柄的半徑為145mm，柱塞每分鐘往復(fù)55次。為了測定此泵的性能，將泵排出的水注入一個(gè)直徑為3m的貯水桶中，在26.6分鐘的試驗(yàn)中，桶內(nèi)的水面升高2.【解】根據(jù)題意，實(shí)際排液量為：理論排液量為：=766.3L/min所以，容積效率第三節(jié)氣體輸送機(jī)械知識點(diǎn)聚焦氣體輸送機(jī)械的類型——常根據(jù)出口表壓強(qiáng)〔終壓〕或〔壓縮比〕來進(jìn)行分類：1、通風(fēng)機(jī)，有軸流式和離心式，終壓不大于14.7kPa；2、鼓風(fēng)機(jī)，有離心式和旋轉(zhuǎn)式〔羅茨鼓風(fēng)機(jī)〕，終壓為14.7～350kPa，壓縮比小于4；3、壓縮機(jī)，有離心式、往復(fù)式和液環(huán)式等形式，終壓在350kPa以上，壓縮比大于4；4、真空泵，有離心式、往復(fù)式、液環(huán)式及流體作用式等，出口壓強(qiáng)為大氣壓或略高于大氣壓，壓縮比根據(jù)所造成的真空度決定。全風(fēng)壓和靜風(fēng)壓、動風(fēng)壓的概念——風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓是指單位體積流體通過風(fēng)機(jī)獲得的凈能量，或Pa；靜風(fēng)壓=，即風(fēng)機(jī)的出入口壓強(qiáng)差，當(dāng)風(fēng)機(jī)入口與大氣相通時(shí)為風(fēng)機(jī)的終壓，Pa；動風(fēng)壓=，即單位體積流體的輸出動能，或Pa。全風(fēng)壓=靜風(fēng)壓+動風(fēng)壓。離心〔通〕風(fēng)機(jī)的分類——低壓風(fēng)機(jī)〔增壓幅度低于1kPa或100mm水柱〕、中壓風(fēng)機(jī)〔增壓幅度為1～2.94kPa或100～300mm水柱〕、高壓風(fēng)機(jī)〔增壓幅度為2.94～14.7kPa或300～1500mm水柱〕。中、低壓風(fēng)機(jī)主要用于換氣，高壓風(fēng)機(jī)那么主要用來輸送氣體。離心式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)的區(qū)別——區(qū)別主要在級數(shù)上，離心式通風(fēng)機(jī)為單級，鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)均為多級；其中離心式壓縮機(jī)的級數(shù)多達(dá)幾十級，為了便于冷卻和穩(wěn)壓，往往中間分段，段與段之間設(shè)有中間冷卻器和穩(wěn)壓裝置，這是有別于離心式鼓風(fēng)機(jī)的地方。再一區(qū)別就是轉(zhuǎn)速，離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在10000r/min以上，而離心通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速那么在常速范圍，由此可見離心式壓縮機(jī)的構(gòu)造要比前兩種復(fù)雜得多。離心式壓縮機(jī)的分類：分類名稱說明按排氣壓力分低壓壓縮機(jī)排氣壓力在3~10kg/cm2中壓壓縮機(jī)排氣壓力在10~100kg/cm2高壓壓縮機(jī)排氣壓力在100~1000kg/cm2超高壓壓縮機(jī)排氣壓力＞1000kg/cm2按功率分微型壓縮機(jī)軸功率小于10kW小型壓縮機(jī)軸功率處于10~100kW中型壓縮機(jī)軸功率處于100~1000kW大型壓縮機(jī)軸功率處于1000kW以上按吸入氣體的流量分小流量壓縮機(jī)流量小于100Nm3/min中流量壓縮機(jī)流量處于100~1000Nm3/min大流量壓縮機(jī)流量大于1000Nm3/min按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分水平剖分型垂直剖分型多級壓縮流程——當(dāng)氣體的壓縮比大于8時(shí)，一般采用多級壓縮。多級壓縮的常規(guī)流程由“冷卻器—?dú)庖簞e離器—1級汽缸—中間冷卻器—中間油氣別離器—2級汽缸—……出口冷卻器—出口油氣別離器”的形式構(gòu)成，隨著級數(shù)的升高氣體的壓強(qiáng)增大、氣體的體積越來越小，故汽缸容積減小，由此可區(qū)分低壓缸和高壓缸。設(shè)置中間冷卻器的目的是為將排出氣體中夾帶的油份冷凝后便于后續(xù)的中間別離器別離，以減少對后級汽缸的損傷，同時(shí)確保壓縮機(jī)的吸氣能力。計(jì)算公式濃縮離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓計(jì)算式：1、全風(fēng)壓或Pa2、當(dāng)氣體進(jìn)出口管在同一中心線時(shí)3、實(shí)際風(fēng)壓與標(biāo)定風(fēng)壓〔常壓、20℃的空氣〕的換算往復(fù)式壓縮機(jī)的吸氣量計(jì)算式：1、單動往復(fù)式壓縮機(jī)的理論吸氣量2、雙動往復(fù)式壓縮機(jī)的理論吸氣量式中：——理論吸氣量，m3/min；——活塞截面積，m2；——活塞的沖程，m；——活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)，1/min；a——活塞桿的截面積，m2。3、往復(fù)壓縮機(jī)的實(shí)際排氣量式中：V1為活塞處于上死點(diǎn)時(shí)的氣缸容積；V4活塞處于下死點(diǎn)時(shí)的氣缸容積；V3為余隙容積。相關(guān)習(xí)題解答2-14現(xiàn)需輸送溫度為200℃、密度為0.75kg/m3的煙氣，要求輸送流量為12700m3/h，全風(fēng)壓為120mmH2O。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kPa。工廠倉庫中有一臺風(fēng)機(jī)。其銘牌上流量為【解】根據(jù)題意，實(shí)驗(yàn)條件下系統(tǒng)的全風(fēng)壓為：故該風(fēng)機(jī)不可用。2-15擬用風(fēng)機(jī)向常壓枯燥器系統(tǒng)輸送空氣?？諝獾臏囟葹?93K，質(zhì)量流量為30t/h。假設(shè)所需的全風(fēng)壓為280mmH2O。試選擇一臺適宜的通風(fēng)機(jī)?！?-72-11No.8C〕【解】根據(jù)題意查表得，在293K、常壓下，空氣的密度ρ=1.205kg/m3空氣輸送量為：查教材附錄可知，選用4-72-11No.8C型通風(fēng)機(jī)即可滿足要求。2-16某單級單動往復(fù)壓縮機(jī)的氣缸內(nèi)徑為180mm，活塞沖程為200mm，往復(fù)次數(shù)為2401/min?，F(xiàn)需要向某設(shè)備以80kg【解】根據(jù)題意單動往復(fù)式壓縮機(jī)理論吸氣量即吸入空氣密度大于等于1.09kg/m3時(shí)，此壓縮機(jī)就能滿足生產(chǎn)要求。查教材附錄可知，常溫常壓下，空氣的密度為1.205kg/m3，故該壓縮機(jī)能滿足生產(chǎn)要求。第三章非均相物系的別離第一節(jié)重力沉降及設(shè)備知識點(diǎn)聚焦相〔態(tài)〕——系指物質(zhì)的聚集狀態(tài)。處于同相態(tài)的混合物系稱為均相物系，處于不同相態(tài)的混合物系那么稱為非均相物系。非均相物系中處于相對分散狀態(tài)的相稱分散相；處于相對連續(xù)狀態(tài)的相稱連續(xù)相。分散相與連續(xù)相中密度較大者稱為重相，反之那么稱為輕相。依據(jù)連續(xù)相的物理狀態(tài)，非均相物系有氣態(tài)非均相物系和液態(tài)非均相物系。非均相物系的別離——是將連續(xù)相與分散相加以別離的單元操作。非均相物系別離方法類型——1、沉降依據(jù)連續(xù)相和分散相的密度差異，在外力作用下使密度不同的兩相發(fā)生相對運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)別離的操作。根據(jù)外力的不同，沉降可分為重力沉降與離心沉降兩類。2、過濾依據(jù)兩相對固體多孔介質(zhì)透過性的差異，在重力、壓強(qiáng)差或離心力的作用下使非均相系統(tǒng)得以別離的操作。有重力過濾、壓差過濾、離心過濾等。3、濕法別離依據(jù)兩相在液體中的潤濕性能差