葡萄酒工程學(xué)02 流體流動

第二章流體流動

概述氣體和液體統(tǒng)稱為流體。在葡萄酒生產(chǎn)中處理的物料主要是液體。生產(chǎn)需要將這些流體按照生產(chǎn)程序從一個設(shè)備輸送到另一個設(shè)備。生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)過程大都在流動下進(jìn)行。流體流動狀態(tài)對單元操作有很大影響。

流體流動是連續(xù)的。流體作為一個整體運動的同時，內(nèi)部有相對運動。流體內(nèi)部無數(shù)質(zhì)點運動的總和形成流體流動。流體有不可壓縮流體和可壓縮流體。不可壓縮流體的體積〔密度〕不隨壓力及溫度變化可壓縮流體的體積〔密度〕隨壓力及溫度變化§1流體靜力學(xué)根本方程式流體靜力學(xué)是研究流體在外力作用下的平衡規(guī)律，研究流體在外力作用下處于靜止或相對靜止的規(guī)律。流體靜力學(xué)的根本原理在生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，如壓力、液面的測量等。本節(jié)主要討論流體靜力學(xué)的根本原理及其應(yīng)用。一、流體的壓力流體垂直作用于單位面積上的力稱為流體的壓強。作用于整個面上的力稱為總壓力。在靜止流體中，從各方向作用于某一點的壓力大小均相等。壓力單位是N/m2，以Pa表示。壓力有不同的單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm、流體的液柱高度m、巴bar或kgf/cm2等。換算關(guān)系為：1(atm)=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg壓力可有不同的計量基準(zhǔn)，如以絕對真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)，稱為絕對壓力〔absolutepressure〕。如以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，那么稱為表壓(gaugepressure)。它與絕對壓力的關(guān)系，可用下式表示表壓＝絕對壓力－大氣壓力當(dāng)被測流體的絕對壓力小于大氣壓時，其低于大氣壓的數(shù)值稱為真空度〔vacuum〕真空度＝大氣壓力－絕對壓力此處的大氣壓力均應(yīng)指當(dāng)?shù)卮髿鈮?。絕對壓力、表壓和真空度的關(guān)系如圖。例：某離心泵進(jìn)、出口壓力表讀數(shù)分別為220mmHg(真空度)及1.7kgf/cm2(表壓)。假設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?60mmHg，試求它們的絕對壓力各為多少Pa。解：泵進(jìn)口絕對壓力P1=760-220=540mmHg=7.2×10000Pa泵出口絕對壓力P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm2=2.68×100000Pa二、流體的密度與比容〔一〕密度1．單位體積流體的質(zhì)量稱為密度。Kg/m3〔SI〕；ρ=m/v2．對任何一種流體，其密度隨其所具有的壓力和溫度而變化,ρ=f(P.T)3．理想氣體的密度：①標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(1atm，oc)，22.4m3/kmol②理想氣體定律PV=m/M·RT;ρ=m/v=PM/RT,ρ=ρo·ToP/TPo③混合物平均分子量Mm=M1y1+M2y2+…M1、M2：氣體混合物各組分的分子量y1、y2…氣體混合物各組分的摩爾分率。④假設(shè)用ф表示混合氣體的體積分率，氣體平均密度：ρm=ρ1φ1+ρ2φ2+…

單位質(zhì)量流體的體積稱為流體的比容v，單位為m3/kg，流體的比容是密度的倒數(shù)?！捕潮热荻⒘黧w靜力學(xué)根本方程式從靜止液體中任意劃出一垂直液柱，其橫截面積為A，液體密度為ρ，假設(shè)以容器器底為基準(zhǔn)水平面，那么液柱的上、下底面與基準(zhǔn)水平面的垂直距離分別為Z1和Z2，以p1與p2分別表示高度為Z1及Z2處的壓力。在垂直方向上作用于液柱的力有：1.

下底面所受之向上總壓力為p2A；2.

上底面所受之向下總壓力為p1A；3.

整個液柱之G＝ρgA(Z1-Z2)。在靜止液體中，上述三力之合力應(yīng)為零，即p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝0在靜止液體中，上述三力之合力應(yīng)為零，即p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝0式中向上的力為正，向下的力為負(fù)，化簡得p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)如將液柱的上底面取在液面上，設(shè)液面上方的壓力為p0，液柱Z1-Z2＝h，那么p2＝p0＋ρgh上各式稱為靜力學(xué)根本方程式。三、流體靜力學(xué)根本方程式的應(yīng)用一、壓力測量1、U形管液位壓差計2、斜管壓差計3、微差壓差計二、液面測定三、確定液封高度生產(chǎn)中為了控制設(shè)備內(nèi)氣體壓力不超過規(guī)定的數(shù)值，常裝有圖示的平安液封〔或稱為水封〕裝置。其作用是當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體就從液封管排出，以確保設(shè)備操作的平安。假設(shè)設(shè)備要求壓力不超過P1〔表壓〕，按靜力學(xué)根本方程式，那么水封管插入液面下的深度h為一、流量與流速〔一〕流量1.體積流量單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積稱體積流量V〔volumetricflowrate〕，單位為m3/s。2.質(zhì)量流量單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量稱質(zhì)量流量(massflowrate)，以G表示，其單位為kg/s。體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為G=ρV§2流體流動〔二〕流速1、平均流速流速是指單位時間內(nèi)液體質(zhì)點在流動方向上所流經(jīng)的距離。流量與流速關(guān)系為u＝V/AG=ρV=ρAu2、質(zhì)量流速單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速〔massvelocity〕，以ω表示，單位為kg/m2·s。它與流速及流量的關(guān)系為ω＝G/A=ρAu/A=ρu3、管道直徑的估算假設(shè)以d表示管內(nèi)徑，那么二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動1.穩(wěn)定流動流體在管道中流動時，在任一點上的流速、壓力有關(guān)物理參數(shù)都不隨時間而改變，稱為穩(wěn)定流動(steadyflow)。2.不穩(wěn)定流動假設(shè)流動的流體中，任一點上的物理參數(shù)局部或全部隨時間而改變，稱不穩(wěn)定流動(unsteadyflow)。如水自變動水位的貯水槽中經(jīng)小孔流出，那么水的流出速度依槽內(nèi)水面的上下而變化。流體的流動情況多為穩(wěn)定流動。故除非有特別指明者外均系穩(wěn)定流動問題。三、連續(xù)性方程式流體在圖示的管道中作連續(xù)穩(wěn)定流動，從截面1-1流入，從截面2-2流出。假設(shè)在管道兩截面之間無流體漏損，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從截面1-1進(jìn)入的流體質(zhì)量流量G1應(yīng)等于從截面2-2流出的流體質(zhì)量流量G2，即G1＝G2那么ρ1A1u1＝ρ2A2u2(1-20)此關(guān)系可推廣到管道的任一截面，即ρAu＝常數(shù)，上式稱為連續(xù)性方程式(equationifcontinuity)。假設(shè)液體不可壓縮，ρ＝常數(shù)，那么上式可簡化為Au＝常數(shù)。由此可知，在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動中，流體流速與管道的截面積成反比。截面積愈大之處流速愈小，反之亦然

。對于圓形管道，可得四、理想流體的柏努力方程式理想流體：非粘性的流體稱為理想液體〔一〕柏努利方程式(Bernoulli′sequation)柏努利方程是管內(nèi)流體流動機械能衡算式。柏努利方程式適用于不可壓縮的流體。流動系統(tǒng)的總機械能：流動系統(tǒng)的位能、靜壓能及動能三者之和稱為總機械能或總能量?！捕嘲嘏匠淌降奈锢硪饬x柏努利方程是單位質(zhì)量液體能量守恒方程。gz為單位質(zhì)量流體所具有的位能，p/ρ為單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能。u2/2為單位質(zhì)量流體所具有的動能位能、靜壓能、動能之和為一常數(shù)，總能量不變，位能、靜壓能、動能可以相互轉(zhuǎn)換。五、實際流體柏努利方程〔一〕實際流體的機械能衡算式實際流體具有粘性，管截面上液體質(zhì)點的速度分布是不均勻的。管內(nèi)流體的流速取管截面上的平均流速。從1截面流至2截面時，一局部機械能轉(zhuǎn)化為熱能，引起機械能的損失，稱為能量損失。流體在直管中流動能量損失

在直管的截面1與截面2處各安裝一根測壓管，測得兩截面處的靜壓強分別為p1/ρg與p2/ρg。水平直管z1＝z2。管徑不變那么u22/2g＝u12/2g。1截面處的機械能之和大于2截面處的機械能之和。兩者之差即為實際流體在直管中流動時的能量損失。實際流體在管道內(nèi)流動時，由于流體的內(nèi)摩擦作用，不可防止要消耗一局部機械能。須在機械能量衡算時參加能量損失項式中∑Hf――壓頭損失，m。

只有當(dāng)1-1截面處總能量大于2-2截面處總能量時，流體都能克服阻力流至2-2截面。但在生產(chǎn)中，常常需要將流體從總能量較小的地方輸送到能量較大的地方，這一過程是不能自動進(jìn)行的，需要從外界向流體輸入機械功H，以補償管路兩截面處的總能量之差以及流體流動的能量損失，即〔二〕柏努力方程式的應(yīng)用柏努利方程是流體流動的能量衡算式，除用來分析和解決流體輸送有關(guān)的問題外，還用于液體流動過程中流量的測定以及調(diào)節(jié)閥流通能力的計算等。應(yīng)用方程式解題注意：(1)選取截面選取截面時應(yīng)考慮到柏努利方程式是流體輸送系統(tǒng)在連續(xù)、穩(wěn)定的范圍內(nèi)，對任意兩截面列出的能量衡算式，首先要正確選定。在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個截面均可選用。起點和終點的條件多，為計算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點和終點的相應(yīng)側(cè)截面。兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直。(2)確定基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)。為簡化計算，通常取相應(yīng)于所選定截面之中較低的一個水平面為基準(zhǔn)Z2值等于兩截面之間的垂直距離。(3)壓力方程式中的壓力p1與p2須同時使用表壓或絕對壓力，不能混合使用。(4)外加能量計算所求得的外加能量W是對每kg流體的。假設(shè)要計算的軸功率，需將W乘以質(zhì)量流量，再除以效率?！?流體在管內(nèi)的流動阻力柏努利方程式進(jìn)行管路計算須知道能量損失。了解產(chǎn)生能量損失的原因及管內(nèi)速度分布是計算能量損失的根底。一、牛頓粘性定律流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性。有上下兩塊平行放置而相距很近的平板，兩板間充滿著靜止的液體。將下板固定，對上板施加一恒定的力，使上板以較小的速度作平行于下板的等速直線運動，那么板間的液體也隨之移動。緊靠上層平板的液體，因附著上板，具有與平板相同的速度；緊靠下層板面的液體，附著于板面而靜止不動；在兩層平板之間液體中形成上大下小的流速分布。此兩平板間的液體可看成為許多平行于平板的流體層，層與層之間存在著速度差，即各液層之間存在著相對運動。由于液體分子的運動，運動較快的液層對其相鄰的運動較慢的液層有拖動其向運動方向前進(jìn)的力。運動較慢的液層對運動較快的液層也作用著一個大小相等、方向相反的力，阻礙較快的液層的運動。這種運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子運動而產(chǎn)生的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力或粘滯力。流體運動時內(nèi)摩擦力的大小，表達(dá)了流體粘性的大小。流體粘性越大，其流動性就越小。二、流體流動類型與雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾進(jìn)行實驗觀察到了以下現(xiàn)象：流速小時，管中心的有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條輪廓清晰的直線平穩(wěn)地流過整根玻璃管，與旁側(cè)的水不相混合，說明水的質(zhì)點在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運動。當(dāng)開大閥門使水流速逐漸增大到一定數(shù)值時，呈直線流動的有色細(xì)流便開始出現(xiàn)波動而成波浪形細(xì)線，不規(guī)那么地波動；速度再增大，細(xì)線波動加劇，被沖斷而向四周散開，最后可使整個玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。此時流體的流動狀況已發(fā)生了顯著地變化。1、雷諾(Reynolds)實驗2.流動類型流體在管內(nèi)流動狀態(tài)分為層流和湍流兩種類型?！?〕層流流體在管中流動時，假設(shè)質(zhì)點始終沿著與管軸平行的方向直線運動，質(zhì)點之間互不混合。充滿整個管的流體就如一層一層的同心圓筒在平行地流動，這種流動狀態(tài)稱為層流(laminarflow)或滯流(viscousflow)。〔2〕湍流流體在管道中流動時，假設(shè)有色液體與水迅速混合，那么說明流體質(zhì)點除了沿著管道向前流動外，各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都有時發(fā)生變化，質(zhì)點間彼此碰撞并互相混合，這種流動狀態(tài)稱為湍流(turbulentflow)或紊流

3.雷諾數(shù)及影響流動類型的因素影響流動類型的因素有流速u、管徑d、流體密度ρ、流體粘度μ。u、d、ρ越大，μ越小，容易從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。雷諾實驗說明：u、d、ρμ組成復(fù)合數(shù)群duρ/μ是判斷流體流動類型的準(zhǔn)那么。數(shù)群稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)或雷諾數(shù)(Reynoldsnumber)，用Re表示。雷諾準(zhǔn)數(shù)的因次是Re數(shù)是一個無因次數(shù)群。不管采用何種單位制只要Re中各物理量用同一單位制的單位，求得Re的數(shù)值相同。Re≤2000時，流動類型為層流；當(dāng)Re≥4000時，流動類型為湍流；2000＜Re＜4000范圍內(nèi)，流動類型不穩(wěn)定，可能是層流，也可能是湍流，或是兩者交替出現(xiàn)，稱過渡區(qū)(transitionregion)，與外界干擾情況有關(guān)三、流體在圓管內(nèi)的速度分布流體在圓管內(nèi)的速度分布是指流體流動時管截面上質(zhì)點的軸向速度沿半徑的變化。層流與湍流是本質(zhì)完全不同的兩種流動類型，故兩者速度分布規(guī)律不同。1、流體在圓管中層流時的速度分布

實驗測得層流流動時的速度分布：沿著管徑測定不同半徑處的速度分布為拋物線形。管中心流速最大，向管壁的方向漸減，靠管壁的流速為零。平均速度為最大速度的一半。2、流體在圓管中湍流時的速度分布湍流時，流體充滿著大小旋渦，流本質(zhì)點沿管軸線方向流動的同時在管道截面上流體質(zhì)點的運動方向和速度大小隨進(jìn)在變化。對于整個管道截面來說，流體的平均速度是不變的。在管中心局部為湍流的核心局部，流體質(zhì)點除了沿管道軸線方向流動外，還在截面上橫向脈動，產(chǎn)生旋渦。流速較快的質(zhì)點帶動較慢的質(zhì)點，同時速度較慢的質(zhì)點阻滯著速度較快的質(zhì)點的運動。流體質(zhì)點間進(jìn)行著湍流動量傳遞，使管截面上的速度分布比較均勻。Re增大，流體湍動程度增大，速度分布曲線頂部區(qū)域越寬闊而平坦。四、流體在直管中的流動阻力流體在管路中的流動阻力，可分為直管阻力和局部阻力兩類。直管阻力是流體流經(jīng)一定直徑的直管時，所產(chǎn)生的阻力。局部阻力是流體流經(jīng)管件、閥門及進(jìn)出口時，由于受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力。當(dāng)液體流經(jīng)等直徑的直管時，動能沒有改變。由柏努利方程式可知，此時的流體的能量損失應(yīng)為水平等直徑管道，流體能量損失應(yīng)為(1)對于同一根直管，不管是垂直或水平安裝，所測得能量損失應(yīng)該相同；(2)水平安裝時，能量損失等于兩截面上靜壓能之差。流體在直管中作層流或湍流流動時，流動狀態(tài)不同，兩者產(chǎn)生能量損失的原因也不同。層流流動時，能量損失計算式可從理論推導(dǎo)得出。而湍流流動時，計算式需理論與實驗相結(jié)合的方法求得。1、層流的摩擦阻力層流時，可由哈根-泊素葉方程導(dǎo)出，即：

范寧公式層流時的摩擦系數(shù)2、湍流的摩擦阻力1〕管壁粗糙度的影響在湍流流動的情況下，管壁粗糙度對能量損失有影響。管壁粗糙度的影響管道：光滑管---指玻璃管、銅管、鉛管、及塑料管粗糙管—指鋼管和鑄鐵管絕對粗糙管—管壁粗糙面凸出局部的平均高度，ε表示ε/d—相對粗糙度流體作層流流動時，流體層平行于管道軸線，流速比較緩慢，對管壁凸出局部沒有什么碰撞作用。層流時λ=f(Re)。當(dāng)流體作湍流時，當(dāng)層流底層的厚δL>ε,ε對流體阻力或磨擦系數(shù)和影響與層流相近，這種情況下的管子稱為水力光滑管，當(dāng)δL<ε時，管壁粗糙面局部地暴露在層流底層之外的湍流區(qū)域。流體的質(zhì)點沖過凸起處時引起旋渦，使流體的能量損失增大。此時λ=f(Re，ε/d)。2〕湍流時的摩擦系數(shù)λ摩擦系數(shù)與Re的關(guān)系根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪成曲線圖，圖可分為四個區(qū)域：(1)層流區(qū)：Re≤2000,λ可計算，也可查圖∴hf∝u(2)過渡區(qū)：

2000<Re<4000,流動不穩(wěn)定，為平安計，按湍流計算λ。(3)湍流區(qū)：Re>4000及虛線以下的區(qū)域λ=f(Re,ε/d)(4)完全湍流區(qū)〔在圖中虛線以上的區(qū)域〕λ=f(ε/d)

λ一定，hf∝u2，此區(qū)域也稱為阻力平方區(qū)五、局部阻力計算1.阻力系數(shù)法u為管中流體流速，ξ為局部阻力系數(shù)管件不同ξ也不同，其值由實驗測定突然擴(kuò)大時，突然縮小時，計算突然擴(kuò)大或突然縮小的局部阻力損失時，流速u均為小管中的流速當(dāng)流體從管道流入截面較大的容器，或氣體從管道排放到大氣中2、當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法是將流體流過管件或閥門所產(chǎn)生的局部阻力損失折合成流體流過長度為Le的直管的阻力損失。Le由實驗測定。Le的實驗結(jié)果常用Le/d值表示。六、流體在管內(nèi)流動的總阻力損失計算管路系統(tǒng)的意阻力損失包括直管阻力損失和所有管件、閥門等的局部阻力損失。假設(shè)管路系統(tǒng)中的管徑d不變，總阻力損失計算式為1.管長l〔包括管件的當(dāng)量長度〕管徑d,流量V，求高位槽的h2.h,l及d求u或vu不知，Re不知，λ不知，求解需用試差法假定λ，計算u,計算Re，查λ，直到假定與查出的λ值相等。也可以由通過查圖，由λRe2根據(jù)查得Re計算出u.2、最適宜管徑h,l,V,求d,Hh一定，d大，同樣流量V下，u下降，那么H下降，所以增大管徑，所需的機械能減小。但d增大，設(shè)備費增加，d增大，動力費下降，所以管徑的大小需由經(jīng)濟(jì)核算決定。求d，需流速，選擇適宜的流速也是非常重要的，一般來說，ρ大的流體，u應(yīng)取和小些，如液體的流速就比氣體小得多。對于μ較小的液體，u可較大；μ較大，u可取得較小，對于含有固體雜質(zhì)的流體，流速不宜太低，否那么固體雜質(zhì)在輸送時，容易沉積在管內(nèi)?！?流體輸送機械蝸牛形通道；葉輪偏心放；可減少能耗，有利于動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪底閥(防止“氣縛〞)濾網(wǎng)(阻攔固體雜質(zhì))一、離心泵〔一〕結(jié)構(gòu)葉輪密封裝置機殼等。離心泵的主要部件葉輪〔開式、半開式、閉式〕葉輪按結(jié)構(gòu)可分為以下三種：１．敞式葉輪２．半蔽式葉輪３．蔽式葉輪泵殼：葉輪在泵殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)。由于通道逐漸擴(kuò)大，以高速度從葉輪四周拋出的液體可逐漸降低流速。減少能量損失，使局部動能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能。離心泵的工作原理啟動前，先將泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液啟動，泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片之間的液體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體沿著葉片間的通道從葉輪中心進(jìn)口處被甩到葉輪外圍，以很高的速度流入泵殼，液體流到蝸形通道后，由于截面逐漸擴(kuò)大，大局部動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。于是液體以較高的壓力，從壓出口進(jìn)入壓出管，輸送到所需的場所。3、效率泵的效率就是反映能量損失。泵內(nèi)部損失主要有三種：容積損失、水力損失及機械損失。１〕容積損失容積損失是由于泵的泄漏造成的。離心泵在運轉(zhuǎn)過程中，有一局部獲得能量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口。泵排出的實際流量要比理論排出流量為低，其比值稱為容積效率η1。２〕水力損失水力損失是流體流過葉輪、泵殼時流速大小和方向要改變、與殼體沖擊而產(chǎn)生的能量損失。泵的實際壓頭要比泵理論所能提供的壓頭為低，比值稱為水力效率η2。３〕機械損失機械損失是泵在運轉(zhuǎn)時軸承、軸封裝置等機械部件接觸處由于機械磨擦而消耗局部能量，泵的軸功率大于泵的理論功率〔即理論壓頭與理論流量所對應(yīng)的功率〕。理論功率與軸功率之比稱為機械效率η3。泵的總效率η等于各效率乘積，即η＝η1×η2×η3對離心泵來說，效率一般約為60-85%，大型泵可達(dá)90%。4、功率

泵的有效功率可寫成Ne＝QHpg式中Ne—泵的有效功率，W；Q—泵的流量，m3/s；H—泵的壓頭，m；p—液體的密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2。泵在運轉(zhuǎn)時可能發(fā)生超負(fù)荷，所配電動機的功率應(yīng)比泵的軸功率大。產(chǎn)品樣本中列出的泵的軸功率系指輸送清水時的數(shù)值〔四〕性能曲線泵的性能曲線是指用清水在一定的轉(zhuǎn)速下測定離心泵的根本性能參數(shù)流量、壓頭、功率和效率之間的關(guān)系曲線。特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測出的，只適用于該轉(zhuǎn)速，故特性曲線圖上都注明轉(zhuǎn)速n的數(shù)值。三種曲線Ｈ－Q曲線Ｎ－Q曲線η－Q曲線04812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s離心泵的特性曲線1.Ｈ－Q曲線離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)隨流量增大而減小。不同型號的離心泵，Ｈ－Q曲線的形狀不同。04812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s2.Ｎ－Q曲線Ｎ隨Q的增大而增大。當(dāng)Q=0時，泵軸消耗的功率最小，啟動離心泵時，為減小啟動功率，應(yīng)將出口閥關(guān)閉。04812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s3.η－Q曲線

開始η隨Q的增大而增大，達(dá)最大值后，又隨Q的增大而下降。η—Q曲線最大值為效率最高點。泵在該點所對應(yīng)的壓頭和流量下操作，其效率最高，故該點為離心泵的設(shè)計點。04812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s泵在最高效率點條件下操作最為經(jīng)濟(jì)合理，但實際上泵往往不可能正好在該條件下運轉(zhuǎn)，一般只能規(guī)定一個工作范圍，稱為泵的高效率區(qū)。高效率區(qū)的效率應(yīng)不低于最高效率的92%左右。銘牌上所標(biāo)明的是泵最高效率點下的流量，壓頭和功率。離心泵產(chǎn)品目錄和說明書上還常常注明最高效率區(qū)的流量、壓頭和功率的范圍等?！参濉畴x心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)1、管路特性曲線當(dāng)離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)中工作時，液體要求泵供給的壓頭Ｈ可由柏努利方程式求得，即上式中與管路中液體流量無關(guān)，在液位和壓力不變的情況下為一常數(shù)Ａ。貯槽與受槽的截面都很大，該處流速與管路相比可忽略不計，那么Ｈ＝Ａ＋BQ2AQH管路的特性曲線泵的特性曲線2、離心泵的工作點輸送液體是泵和管路相互配合完成的。泵安裝在一定的管路系統(tǒng)中工作，包括閥門開度也一定時，就有一定的流量與壓頭。流量與壓頭是離心泵特性曲線與管路特性曲線交點處的流量與壓頭。此點稱為泵的工作點〔dutypoint〕。該點所表示的流量Q與壓頭Ｈ，既是管路系統(tǒng)所要求，又是離心泵所能提供的。假設(shè)該點所對應(yīng)效率是在最高效率區(qū)，那么該工作點是適宜的3、流量調(diào)節(jié)泵在實際操作過程中，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)流量。調(diào)節(jié)流量實質(zhì)上就是改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線來改變泵的工作點。離心泵流量調(diào)節(jié)有兩種方法：在排出管線上裝調(diào)節(jié)閥，以改變管路特性曲線；改變離心泵的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪外徑，以改變泵的特性曲線，可調(diào)節(jié)流量、改變泵的工作點。1〕改變閥門的開度2〕改變泵的轉(zhuǎn)速3〕車削葉輪的外徑當(dāng)閥門關(guān)小時，管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，泵的工作點由M移到M1。流量由QM減小到QM1。改變閥門開度以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)是用開大或關(guān)小閥門的方法來改變管路特性曲線。當(dāng)閥門開大時，管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點移到M2，流量加大到QM2。1〕改變閥門的開度M1MM2QM1QMQM2Q或QeH或HeH-Q12要把泵的轉(zhuǎn)數(shù)提高到n1，泵的特性曲線就上移到nM1位置，工作點由M移到M1，流量和壓頭都相應(yīng)加大;改變離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)上是維持管路特性曲線不變，而改變泵的特性曲線。M1MM2Q或QeH或HeH-QHe-Qen1nn2假設(shè)把泵的轉(zhuǎn)數(shù)降到n2，泵的特性曲線就移到nM2位置，工作點移到M2，流量和壓頭都相應(yīng)地減小。2〕改變泵的轉(zhuǎn)數(shù)改變閥門開度調(diào)節(jié)流量方法簡便，應(yīng)用廣泛。但關(guān)小閥門會使阻力加大，需要多消耗一局部能量以克服附加的阻力，該法不經(jīng)濟(jì)。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量可保持管路特性曲線不變，流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動力消耗也相應(yīng)降低，節(jié)能效果顯著，但需要變速裝置，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)方法比較離心泵假設(shè)在啟動前未充滿液體，那么泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時，在吸入口處所形成的真空缺乏以將液體吸入泵內(nèi)。雖啟動離心泵，但不能輸送液體。此現(xiàn)象稱為“氣縛〞?！皻饪`〞〔airbinding〕為便于使泵內(nèi)充滿液體，在吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的底閥，底閥為止逆閥，濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)，損壞葉輪的葉片或阻礙泵的正常操作。氣蝕現(xiàn)象當(dāng)離心泵的進(jìn)口壓力小于環(huán)境溫度下的液體的飽和蒸汽壓時，將有大量的蒸汽液體中逸出，并與氣體混合形成許多小氣泡。當(dāng)氣泡到達(dá)高壓區(qū)時，蒸汽凝結(jié)，氣泡破裂，液體質(zhì)點快速沖向氣泡中心，質(zhì)點相互碰撞，產(chǎn)生很高的局部壓力。如果氣泡在金屬外表破裂凝結(jié)，那么會以較大的力打擊金屬外表，時其遭到破壞，并產(chǎn)生震動，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕現(xiàn)象〞。氣蝕現(xiàn)象一旦發(fā)生，會造成很大的破壞作用，應(yīng)盡量防止。離心泵操作

1泵內(nèi)灌滿液體2關(guān)出口閥3開泵(開出口閥)二、往復(fù)泵〔一〕結(jié)構(gòu)往復(fù)泵〔reciprocatingpump〕主要部件有泵體、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥(均為單向閥)組成。閥門間的空間稱為工作室?；钊汕B桿機構(gòu)帶動作往復(fù)運動?！捕彻ぷ髟懋?dāng)活塞在外力作用下向右移動時，泵體內(nèi)形成低壓，排出閥受壓而關(guān)閉，吸入閥那么被泵外液體的壓力推開，將液體吸入泵內(nèi)，當(dāng)活塞向左移動時，由于活塞的擠壓使泵內(nèi)液體壓力增大，吸入閥受壓而關(guān)閉，排出閥受壓那么開啟，將液體排出泵外。往復(fù)泵工作原理是利用活塞的往復(fù)運動對液體做功，將機械能直接轉(zhuǎn)換為液體的靜壓能，實現(xiàn)液體輸送。往復(fù)泵是一種容積式泵，由往復(fù)運動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥，吸入并排出液體。往復(fù)泵輸送流體的流量只與活塞的位移有關(guān)，與管路情況無關(guān)；但往復(fù)泵的壓頭只與管路情況有關(guān)。這種特性稱為正位移特性，具有這種特性的泵稱為正位移泵。

〔三〕流量往復(fù)泵的理論流量Q決定于缸體體積。單動泵理論流量為

式中Ｆ—活塞面積，m2；D—活塞直徑，m；S—活塞的行程，m；n—活塞往復(fù)的次數(shù)，1/min；Q—理論流量，m3/min。對于雙動泵需考慮活塞桿所占的截面積f，理論流量Q為Q＝(2F－)Sn雙動泵的理論流量并不是單動泵的兩倍。為改善單動泵流量的不均勻性，采用雙動泵或三聯(lián)泵。雙動往復(fù)泵是在活塞兩側(cè)的泵體內(nèi)都裝有吸入閥和排出閥，無論活塞向哪個方向運動總有一個吸入閥和一個排出閥翻開，即活塞往復(fù)運動一次可吸液和排液各兩次，使吸入管路和排出管路總有液體流過，故排液連續(xù)但仍有波動；三聯(lián)泵排液量較均勻1.流量與揚程無關(guān)流量與活塞行程、活塞的往復(fù)次數(shù)和泵的幾何尺寸和有關(guān)，與泵的揚程無關(guān)。無論在什么揚程下工作，只要活塞往復(fù)一次泵就排出一定體積的液體，這是一種典型的容積式泵。由于活塞填料函等處密封不嚴(yán)、吸入與排出閥門啟閉不及時以及泵體內(nèi)存有空氣，或隨壓頭增高液體漏損量加大等原因，往復(fù)泵的實際流量小于理論流量。〔四〕往復(fù)泵特點2.往復(fù)泵的揚程與泵的流量無關(guān)泵的揚程與流量無關(guān)，只與管路情況有關(guān)。往復(fù)泵是由往復(fù)運動的活塞將機械能以靜壓能形式直接傳給液體。它的實際壓頭僅取決于管路系統(tǒng)的需要和泵的能力，往復(fù)泵所能供給的最大揚程取決于泵的機械強度和原動機的功率。只要泵的機械強度及原動機功率允許，輸送管路系統(tǒng)要求多高的壓頭，往復(fù)泵就能提供多大的壓頭。3.往復(fù)泵的自吸能力往復(fù)泵內(nèi)的低壓是靠泵體工作室的擴(kuò)張來造成的，泵運轉(zhuǎn)時吸入口與排出口是不通的，泵在啟動時能把吸入管內(nèi)空氣逐步抽上并排出，即往復(fù)泵具有自吸能力，無需在啟動之前向泵內(nèi)灌滿液體。4.往復(fù)泵不能簡單地用排出管路閥門來調(diào)節(jié)流量，一般采用旁路調(diào)節(jié)裝置。

5.往復(fù)泵應(yīng)設(shè)平安閥液體經(jīng)吸入管路上閥門1進(jìn)入泵2內(nèi)，經(jīng)排出管路上閥門3排出，并有一局部經(jīng)支路閥門4流回吸入管路，排出流量由閥4及3配合調(diào)節(jié)，泵在運轉(zhuǎn)過程中這兩個閥至少有一個是開啟的，以保證泵送出的液體有去處。假設(shè)下游壓強超過一定的限度時，平安閥即自動開啟，泄回一局部液體，以減輕泵及管路所承受的壓力。不能在出口管線上用節(jié)流的方法控制流量，一旦出口閥