化工原理：2流體流動與輸送ok

1、第二章 流體流動與輸送掌握：掌握：1、流體的密度、黏度和壓強的定義、單位和換算、流體的密度、黏度和壓強的定義、單位和換算2、流體靜力學(xué)基本方程式、流量方程式、連續(xù)性方程式、柏、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)用努利方程式及其應(yīng)用3、流體的流動類型及其判定，雷諾數(shù)及其計算、流體的流動類型及其判定，雷諾數(shù)及其計算4、流體在圓形直管內(nèi)阻力及其計算、流體在圓形直管內(nèi)阻力及其計算了解：了解：1、圓形直管內(nèi)流體流動的速度分布，邊界層的基本概念、圓形直管內(nèi)流體流動的速度分布，邊界層的基本概念2、非圓形管內(nèi)流體阻力的計算，當(dāng)量直徑，局部阻力的計算、非圓形管內(nèi)流體阻力的計算，當(dāng)

2、量直徑，局部阻力的計算3、孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計的基本結(jié)構(gòu)、測量原理、孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計的基本結(jié)構(gòu)、測量原理4、了解典型流體輸送設(shè)備、了解典型流體輸送設(shè)備離心泵離心泵5、準(zhǔn)數(shù)的概念及其應(yīng)用，為傳熱、傳質(zhì)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)、準(zhǔn)數(shù)的概念及其應(yīng)用，為傳熱、傳質(zhì)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ) 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)一、基本名詞一、基本名詞（一）流體：（一）流體：承受任何微小切向應(yīng)力都會發(fā)生連續(xù)承受任何微小切向應(yīng)力都會發(fā)生連續(xù)變形的物質(zhì)。變形的物質(zhì)。n所有氣體和絕大多數(shù)液體都是流體一般把液體所有氣體和絕大多數(shù)液體都是流體一般把液體看成是不可壓縮流體，把氣體看成是可壓縮流看成是不可壓縮流體，把氣體看成是可壓縮

3、流體體 n連續(xù)性假設(shè)連續(xù)性假設(shè)-假設(shè)流體是由大量質(zhì)點所組成的，彼此假設(shè)流體是由大量質(zhì)點所組成的，彼此之間沒有空隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。在流之間沒有空隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。在流動過程中不間斷，不滑脫而連續(xù)地流動。動過程中不間斷，不滑脫而連續(xù)地流動。 （二） 密度n1、定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量，稱為流體的密度。、定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量，稱為流體的密度。n2、影響因素：壓強、溫度、影響因素：壓強、溫度n3、求取方法：、求取方法： 液體混合物：液體混合物： 氣體混合物：氣體混合物：n4、相對密度（比重）、相對密度（比重）n5、比體積（比容）、比體積（比容） 3mkgVm

4、1v【例【例2-1】假如苯和甲苯在混合時沒有體】假如苯和甲苯在混合時沒有體積效應(yīng)。求在積效應(yīng)。求在20時，時，600kg苯和苯和200kg甲苯混合后混合物的密度。甲苯混合后混合物的密度。 （三）（三） 壓強壓強 n 絕對壓強 n 表壓 n真空度PaAFP 表壓表壓=絕壓絕壓-當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮?真空度真空度=當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮?絕壓絕壓 單位面積上所受流體單位面積上所受流體垂直方向的作用力垂直方向的作用力 常用壓強單位之間的換算關(guān)系常用壓強單位之間的換算關(guān)系 n1atm=760mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/cm2 =1.013105N/m2=1.013bar=1.0131

5、05Pan1at=735.6mmHg=10mH2O=1kgf/cm2 =9.807104N/m2=0.9807bar=9.807104Pa【例【例2-22-2】：】：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔塔在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔塔頂真空表讀數(shù)為頂真空表讀數(shù)為8080kPa，在天津操作時，真空表，在天津操作時，真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？已知蘭州地區(qū)的平均大氣壓讀數(shù)應(yīng)為多少？已知蘭州地區(qū)的平均大氣壓85.385.3kPa，天津地區(qū)為，天津地區(qū)為101.33101.33kPa。分析：維持操作的正常進行，應(yīng)保持相同的絕對壓，分析：維持操作的正常進行，應(yīng)保持相同的絕對壓，根據(jù)蘭州地區(qū)的壓強條件，可求得操作時的絕對

6、壓。根據(jù)蘭州地區(qū)的壓強條件，可求得操作時的絕對壓。 解解: 絕壓絕壓=大氣壓大氣壓 - 真空度真空度 = 85300 80000 = 5300Pa 真空度真空度=大氣壓大氣壓-絕壓絕壓 =101330 - 5300 =96030Pa二、流體靜力學(xué)基本方程式 1 1、形式：、形式：p2 = p1 + (z1-z2)g 或或 p2 = p1 +gh 或或2 2、適用條件：適用于適用條件：適用于靜止靜止的、的、連通連通著的著的同一種同一種連續(xù)流體。連續(xù)流體。 3、方程式的意義：、方程式的意義： 1）反映了靜止流體內(nèi)部任意兩個截面壓強之間的關(guān)系；）反映了靜止流體內(nèi)部任意兩個截面壓強之間的關(guān)系； 2）在

7、靜止、連續(xù)、均質(zhì)的流體中，處在同一水平面上）在靜止、連續(xù)、均質(zhì)的流體中，處在同一水平面上 各點的壓強相等；各點的壓強相等； 3）可以用流體柱高度表示壓強大小，但是必須注明流體種類。）可以用流體柱高度表示壓強大小，但是必須注明流體種類。三、流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用液體靜壓強的測量（U型管壓差計）1、構(gòu)成：U型玻璃管、指示液、標(biāo)尺 指示液要求：不互溶、不反應(yīng)、密度大于被測流體的密度。常用指示液：汞、水、四氯化碳、液體石蠟 2、測兩點之間壓強差 3、測某一點的表壓強 p表 =（0 ）gR 4、測某一點的真空度p真 = gR n【例題【例題2-3】：水在附圖所示的水平管內(nèi)流動，】：水在附圖所示的水平

8、管內(nèi)流動，在管壁在管壁A處連接一處連接一U形管壓差計，指示液為汞，形管壓差計，指示液為汞，密度為密度為13600kg/m3，U形管開口右支管的汞形管開口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水的壓強可忽略不面上注入一小段水（此小段水的壓強可忽略不計），當(dāng)?shù)卮髿鈮河嫞?，?dāng)?shù)卮髿鈮篜a為為101.33Pa，水的密度，水的密度取取1000kg/m3，其它數(shù)據(jù)見附圖，求，其它數(shù)據(jù)見附圖，求A處的處的絕對壓強為多少絕對壓強為多少Pa？PB=PC=PD 【例2-4】某流化床反應(yīng)器上裝有兩個U型管壓差計，測得R1= 400mm，R2=50mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空中擴散，于右側(cè)的U型管與大氣連通的玻

9、璃管中灌入一段水，其高度R3=50mm ，試求AB兩處的表壓強。 應(yīng)用靜力學(xué)基本方程式時應(yīng)注意：應(yīng)用靜力學(xué)基本方程式時應(yīng)注意：1）正確選擇等壓面：）正確選擇等壓面：等壓面必須在連續(xù)、靜止的同一種流體的同一水平面上；等壓面必須在連續(xù)、靜止的同一種流體的同一水平面上；2）方程式中各項物理量的單位必須一致。）方程式中各項物理量的單位必須一致。 液位測量液位測量化工生產(chǎn)中為了了解容器里物料的儲存量，化工生產(chǎn)中為了了解容器里物料的儲存量，需要使用液位計進行液位的測量。需要使用液位計進行液位的測量。氣體氣體hhp pp p液封液封裝置裝置液封，也稱水封，是一種利用液體的靜壓來封閉液封，也稱水封，是一種利用

10、液體的靜壓來封閉氣體的裝置。氣體的裝置。p p0 0p p0 0乙炔發(fā)生器水封乙炔發(fā)生器水封第二節(jié) 流體在管內(nèi)的流動一、一、 流量和流速流量和流速n體積流量 qv單位時間流過導(dǎo)管任一截面的流體體積， ；n 質(zhì)量流量qm單位時間流過導(dǎo)管任一截面的流體質(zhì)量， n流速nqm = qv = uA13sm1skg Aquv導(dǎo)管截面積體積流量1sm流體種類及狀況流體種類及狀況常用流速范圍常用流速范圍m/s流體種類及狀況流體種類及狀況常用流速范圍常用流速范圍m/s水及一般液體水及一般液體13壓力較高的氣體壓力較高的氣體1525黏度較大的液體黏度較大的液體0.518大氣壓以下飽和水蒸汽大氣壓以下飽和水蒸汽40

11、60低壓氣體低壓氣體8153大氣壓以下飽和水蒸氣大氣壓以下飽和水蒸氣2040易燃、易爆的低壓氣體易燃、易爆的低壓氣體（如乙炔等）（如乙炔等）8過熱水蒸汽過熱水蒸汽3050流體在管道中的常用流速范圍流體在管道中的常用流速范圍 二、穩(wěn)定流動與非穩(wěn)態(tài)流動二、穩(wěn)定流動與非穩(wěn)態(tài)流動 n1、n2、穩(wěn)定（定態(tài)）流動：流動流體中任何一點的全部物理量僅隨位置改變而都不隨時間而變 n3、不穩(wěn)定（不定態(tài)）流動： 化工生產(chǎn)多屬于連續(xù)穩(wěn)定過程化工生產(chǎn)多屬于連續(xù)穩(wěn)定過程 三、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的物料衡算三、穩(wěn)定流動系統(tǒng)的物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程n1、衡算依據(jù)：質(zhì)量守恒定律n2、推導(dǎo)過程取從截面1-1到截面2-2的范圍作流體

12、的質(zhì)量衡算 2222121144dudu21；222211dudu233222211dududu常數(shù)常數(shù))(121穩(wěn)定流動skgqqmm3、流速、管道截面積、管徑之間的關(guān)系、流速、管道截面積、管徑之間的關(guān)系n流速與管道截面積成反比，與管徑的平方成反比。流速與管道截面積成反比，與管徑的平方成反比。 2121221)(ddAAuu適宜管徑選擇1）在適宜的流速范圍內(nèi)選定）在適宜的流速范圍內(nèi)選定一個合理的流速一個合理的流速2）計算管徑）計算管徑3）根據(jù)管子標(biāo)準(zhǔn)選用與計算）根據(jù)管子標(biāo)準(zhǔn)選用與計算得的管徑相近的管子規(guī)格。得的管徑相近的管子規(guī)格。某些流體在管中的常用流速范圍如某些流體在管中的常用流速范圍如下

13、下 ：自來水自來水 1 11.5 1.5 ； 低粘度液體低粘度液體 1.51.53 3 ；高粘度液體高粘度液體 0.50.51.0 1.0 ； 一般氣體（常壓）一般氣體（常壓） 101020 20 ；飽和蒸汽（粘度?。╋柡驼羝ㄕ扯刃。?202040 40 ；低壓空氣（粘度大）低壓空氣（粘度大） 121215 15 ； 1sm四、流體穩(wěn)定流動時的能量衡算四、流體穩(wěn)定流動時的能量衡算柏努利方程柏努利方程1、衡算依據(jù)：能量守恒定律、衡算依據(jù)：能量守恒定律2、 柏努利方程的導(dǎo)出柏努利方程的導(dǎo)出對對1-1和和2-2范圍的流體作能量衡算范圍的流體作能量衡算 1） 勢能勢能 J2） 動能動能 J 3） 壓

14、強能壓強能 J 4）熱能）熱能5）輸送機械獲得的能量）輸送機械獲得的能量 6） 摩擦能量損耗摩擦能量損耗 1mgz2mgz222221mumu和21mpmp和JmQeJmWeJmhfn若無外加熱器若無外加熱器n若無輸送機械，是理想流體，忽略摩擦損失若無輸送機械，是理想流體，忽略摩擦損失n對于靜止的、不可壓縮的流體對于靜止的、不可壓縮的流體 12222121122kgJhpugzWQpugzfee12222121122kgJhPugzWPugzfe)0(fh12222121122kgJpugzpugzgpguzgpguz2222121122柏努利方程式柏努利方程式000021uuhWQfee，2

15、211pgzpgz2211pzzgp五、伯努利方程的應(yīng)用五、伯努利方程的應(yīng)用 n1）確定管道中流體的流量；n2）確定容器間的相對位置；n3）確定流體輸送機械的有效功率；n4）確定用壓縮空氣輸送液體時壓縮空氣的壓強等。n5）管路的計算、流量計的設(shè)計等 應(yīng)用伯努利方程式注意要點 1） 選取截面選取截面確定衡算范圍確定衡算范圍：選取的截面應(yīng)與流動方向垂直，：選取的截面應(yīng)與流動方向垂直，并且兩截面之間的流體必須連續(xù)；待求的未知數(shù)應(yīng)在兩截并且兩截面之間的流體必須連續(xù)；待求的未知數(shù)應(yīng)在兩截面間之間或在某一截面上，對循環(huán)系統(tǒng)，可任選一截面當(dāng)面間之間或在某一截面上，對循環(huán)系統(tǒng)，可任選一截面當(dāng)作兩個截面使用。作

16、兩個截面使用。2）確定基準(zhǔn)面確定基準(zhǔn)面，主要是計算截面處的相對位能。選取的基準(zhǔn)，主要是計算截面處的相對位能。選取的基準(zhǔn)面必須是水平面，水平管截面確定基準(zhǔn)面時，一般是取通面必須是水平面，水平管截面確定基準(zhǔn)面時，一般是取通過管中心的水平面為基準(zhǔn)面。過管中心的水平面為基準(zhǔn)面。 3） 式中各式中各物理量單位應(yīng)一致物理量單位應(yīng)一致，壓強必須一致，壓強必須一致4） 截面很大時，截面處流速可以取為截面很大時，截面處流速可以取為05）不同基準(zhǔn)伯努利方程式的選用通常是根據(jù)習(xí)題中給出的能）不同基準(zhǔn)伯努利方程式的選用通常是根據(jù)習(xí)題中給出的能量損失的單位選用相同基準(zhǔn)的伯努利方程式。量損失的單位選用相同基準(zhǔn)的伯努利方程

17、式。6）上游截面的三項能量）上游截面的三項能量+從輸送機械獲得的能量從輸送機械獲得的能量=下游截面下游截面的三項能量的三項能量+管道中的摩擦損失能量管道中的摩擦損失能量 【例【例2-5】 在某水平通風(fēng)管段中，管直徑自在某水平通風(fēng)管段中，管直徑自300mm漸縮到漸縮到200 mm。為了粗略估算其中空氣的流量，在錐形接頭兩端。為了粗略估算其中空氣的流量，在錐形接頭兩端分別測得粗管截面分別測得粗管截面1-1的表壓為的表壓為1200Pa，細管截面的表壓，細管截面的表壓為為800 Pa?？諝饬鬟^錐形管的能量損失可以忽略，求空氣的?？諝饬鬟^錐形管的能量損失可以忽略，求空氣的體積流量為若干體積流量為若干m3

18、/h？（設(shè)該物系可按不可壓縮流體處理，？（設(shè)該物系可按不可壓縮流體處理，空氣密度取為空氣密度取為1.29Kg/m3 ）【例2-6】 用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽和反應(yīng)器均與大氣用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽和反應(yīng)器均與大氣連通，要求料液在管內(nèi)以連通，要求料液在管內(nèi)以 的速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)流動時的的速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)流動時的能量損失為能量損失為 （不包括出口的能量損失），試求高位槽的液面應(yīng)（不包括出口的能量損失），試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出多少？比虹吸管的出口高出多少？ 120kgJfWPugzWePugz2222121122001121ppzhz，代入得： （即

19、高位槽液面應(yīng)比虹吸管出口，高2.09米） 01u112201kgJWsmuf，202181. 9hmh09. 211sm1-1截面比2-2截面面積大得多，AB21Ru1211A1A2ppuggzz22111B1B22ppuuggzzABAB12ppguzz一、測速管（Pitot tube）原理：由流體沖壓能（動壓能與靜壓能之和）原理：由流體沖壓能（動壓能與靜壓能之和）與靜壓能之差檢測流速。與靜壓能之差檢測流速。結(jié)構(gòu)：為一同心套管，內(nèi)管前端開口，外管前端封閉，距端結(jié)構(gòu)：為一同心套管，內(nèi)管前端開口，外管前端封閉，距端頭一定距離在外管壁上沿周向開有幾個小孔。頭一定距離在外管壁上沿周向開有幾個小孔。由

20、柏努利方程由柏努利方程忽略測速管本身對流速的干擾以及忽略測速管本身對流速的干擾以及 A、B 兩點間流體的阻力兩點間流體的阻力損失，則在來流與損失，則在來流與 B 點之間的柏努利方程為點之間的柏努利方程為 測速管（Pitot tube）優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，對被測流體的阻力小，尤其適用于低壓、：結(jié)構(gòu)簡單，對被測流體的阻力小，尤其適用于低壓、大管道氣體流速的測量。大管道氣體流速的測量。缺點缺點：輸出的壓差信號較小，一般需要放大后才能較為精確：輸出的壓差信號較小，一般需要放大后才能較為精確地顯示其讀數(shù)。地顯示其讀數(shù)。012gRu二、孔板流量計 （Orifice Meter）原理：通過改變流體在管道中的

21、流原理：通過改變流體在管道中的流通截面積而引起動能與靜壓能改變通截面積而引起動能與靜壓能改變來檢測流量。來檢測流量。結(jié)構(gòu)：其主要元件是在管道中插入結(jié)構(gòu)：其主要元件是在管道中插入的一塊中心開圓孔的板。用的一塊中心開圓孔的板。用U型管型管測量孔板前后的壓力變化。測量孔板前后的壓力變化。在孔板前上游截面在孔板前上游截面1-1與與2-2截面之間列柏努利方程截面之間列柏努利方程 fHgugpzgugpz2222222111122221122kgJupup(a)(b)2211,AquAquvv21212221ppAAAqV孔板流量計計算公式孔板流量計計算公式2120024ppdCV優(yōu)點：優(yōu)點：構(gòu)造簡單，制

22、造和安裝都很方便構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便缺點：缺點：機械能損失大（稱之為機械能損失大（稱之為永久損失永久損失）C0為孔板流量系數(shù)，由實驗或經(jīng)驗確定為孔板流量系數(shù)，由實驗或經(jīng)驗確定三、轉(zhuǎn)子流量計三、轉(zhuǎn)子流量計 原理原理：錐形管中流體在可以上下浮動的：錐形管中流體在可以上下浮動的轉(zhuǎn)子上下截面由于壓差（轉(zhuǎn)子上下截面由于壓差（p1p2）所形）所形成的向上推力與轉(zhuǎn)子的重力相平衡。穩(wěn)成的向上推力與轉(zhuǎn)子的重力相平衡。穩(wěn)定位置與流體通過環(huán)隙的流速定位置與流體通過環(huán)隙的流速 u0 有關(guān)。有關(guān)。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：在上大下小的垂直錐形管內(nèi)放置：在上大下小的垂直錐形管內(nèi)放置一個可以上下浮動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子材料的一個可以上下浮

23、動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子材料的密度大于被測流體。密度大于被測流體。對轉(zhuǎn)子上、下兩端面的流體截面列柏努利方程對轉(zhuǎn)子上、下兩端面的流體截面列柏努利方程 fhgugpzgugpz2222222111假定忽略位壓頭的變化和摩假定忽略位壓頭的變化和摩擦阻力損失擦阻力損失 22222211upup轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 2211AquAquvv，21212221ppAAAqv2AAR21211AACR令稱為轉(zhuǎn)子的環(huán)隙面積，又令，稱為轉(zhuǎn)子流量系數(shù) 212ppACqRRv轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 對于一定的流量，轉(zhuǎn)子會停止在一定位置，對于一定的流量，轉(zhuǎn)子會停止在一定位置，即作用于轉(zhuǎn)子的合力為零即作用于轉(zhuǎn)子的合力為零 gVAp

24、gVApfffff21fffAgVpp21fffRRvAgVACq2轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 流量標(biāo)定：20的水或者20、0.1MPa的空氣?？潭葥Q算：CR 為常數(shù)，同一刻度位置afffRRavAgVACq2若使用單位測定流量的流體不是水，是油或是其他流體若使用單位測定流量的流體不是水，是油或是其他流體)(aafafvavqq)()(vfaafavqqgPzgPz2211u u1 1/ /u u2 2 = (d = (d2 2/ /d d1 1) )2 2壓強計、液位計、壓強計、液位計、液封裝置液封裝置fehuPgzWuPgz2222222111靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)feHgugPzHgugPz2222

25、222111伯努利方程式小結(jié)伯努利方程式小結(jié)連續(xù)性方程連續(xù)性方程確定流量；確定流量；確定容器相對位置；確定容器相對位置；確定輸送機械功率；確定輸送機械功率；確定壓縮空氣壓強確定壓縮空氣壓強管路計算、流量計設(shè)計管路計算、流量計設(shè)計 如何計算流體阻力？第四節(jié)第四節(jié) 流體在管內(nèi)的流動阻力流體在管內(nèi)的流動阻力一、流體的黏度和牛頓黏性定律 1、流體的黏性：流體的黏性是流體固有的屬性之一 2、牛頓粘性定律江面流速分布示意圖江面流速分布示意圖 粘度定律推導(dǎo)示意圖粘度定律推導(dǎo)示意圖 牛頓粘度定律牛頓粘度定律 流體內(nèi)部所受的剪應(yīng)力（內(nèi)摩擦力流體內(nèi)部所受的剪應(yīng)力（內(nèi)摩擦力F）的大小與流）的大小與流體性質(zhì)有關(guān)，且與

26、接觸面積體性質(zhì)有關(guān)，且與接觸面積A和速度梯度成正比和速度梯度成正比 dyduAFdyduAFdyduAFdtmuddtdummaFdydudtAmudAF動量通量與速度梯度成正比動量通量與速度梯度成正比牛頓型流體與非牛頓型流體牛頓型流體與非牛頓型流體 牛頓型流體：服從牛頓粘度定律的流體非牛頓型流體 ：n塑性流體n假塑性流體 n漲塑性流體 3、流體的黏度、流體的黏度 1）概念 1厘泊(cP)=0.01泊=10-3Pa.s2）粘度的物理意義 3）溫度對的影響 n對液體，T， ；n對氣體，T， 4、運動黏度：黏度與密度之比 1122msmdydumsmkgsPasmkg.11dyduAF雷諾實驗雷諾

27、實驗二、流體的流動型態(tài)二、流體的流動型態(tài)1 1、兩種流動型態(tài)：、兩種流動型態(tài)： 層流層流：各層以不同的流速平行于管壁向前流動。：各層以不同的流速平行于管壁向前流動。無徑向速度無徑向速度。湍流湍流：除了沿管道向前運動以：除了沿管道向前運動以 外，各質(zhì)點還作不規(guī)則的雜外，各質(zhì)點還作不規(guī)則的雜亂運動且互相碰撞，互相混和，亂運動且互相碰撞，互相混和，有徑向速度有徑向速度。層流層流( (滯流滯流) )過渡流過渡流湍流湍流( (紊流紊流) )2、流型的判據(jù)雷諾數(shù) n雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re=(du )/ Re是一個準(zhǔn)數(shù)，即沒有單位的純數(shù)是一個準(zhǔn)數(shù)，即沒有單位的純數(shù)實驗證明，流體在管內(nèi)流動時實驗證明，流體在管內(nèi)流

28、動時n層流層流 Re 4000n過渡流過渡流 2000 Re 此時管壁粗糙度對于的影響與層流相同。 當(dāng)b此時壁面粗糙度對影響成為重要因素。 摩擦因數(shù)計算方法n圓管層流：解析法圓管層流：解析法n圓管湍流：圓管湍流： 因次分析因次分析 其它其它( (類似律、唯象理論類似律、唯象理論) )n粗糙情況的影響粗糙情況的影響n研究結(jié)果：經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式研究結(jié)果：經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式 算圖算圖n局部阻力局部阻力光滑管22232328dluplpdulpRubbbHagen-Poiseuille公式：公式：Fanning公式公式gudlHudlhudlpff222222比較比較Hagen-Poiseuille公式和公式和Fa

29、nning公式，得：公式，得：圓管層流的摩擦因數(shù)：圓管層流的摩擦因數(shù)：Re6464du2、滯流時、滯流時 計算公式計算公式gPPHf21【例【例2-8】 20的甘油在的甘油在1管中以管中以0.2m/s流速流動，求流速流動，求流過每米管長時的摩擦阻力。流過每米管長時的摩擦阻力。 20時甘油的粘度為時甘油的粘度為1499厘泊，比重為厘泊，比重為1.26，1管的規(guī)格為管的規(guī)格為33.53.25解：當(dāng)流速為0.2m/s時，求得：Re=dv/=(0.0270.21260)/(149910-3)=4.54流動型態(tài)為層流，流過每米管長時的阻力損失為：kgJudlhf/44.1022 . 0027. 0154

30、. 4642Re64223、湍流時 的計算 n注意公式適用范圍（雷諾數(shù)、粗糙度）注意公式適用范圍（雷諾數(shù)、粗糙度）25. 0Re3164. 01000005000Re 光滑管光滑管 柏拉修斯柏拉修斯(Blasius)式：式：過渡區(qū)過渡區(qū)/d = 5.6610-3 Re=1.2 105 = 0.032 非圓形非圓形直管阻力損失直管阻力損失非圓形截面管道流體流動的阻力損失可采用圓形管道的公式非圓形截面管道流體流動的阻力損失可采用圓形管道的公式來計算，只需用當(dāng)量直徑來計算，只需用當(dāng)量直徑 de 來代替圓管直徑來代替圓管直徑 d當(dāng)量直徑定義：當(dāng)量直徑定義： 流體浸潤周邊即同一流通截面上流體與固體壁面接

31、觸的周長流體浸潤周邊即同一流通截面上流體與固體壁面接觸的周長非圓形截面管道的當(dāng)量直徑 Ade44流體浸潤周邊流通截面積baabbaabde224ddddddde1212212244abr2r1導(dǎo)致局部阻力的部分管件閥門倒流 分離點u0 D ACCBxAB：流道縮小，順壓強梯度，加速減壓：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：流道增加，逆壓強梯度，減速增壓CC以上：分離的邊界層以上：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)生大量旋渦以下：在逆壓強梯度的推動下形成倒流，產(chǎn)生大量旋渦局部阻力損失計算局部阻力損失計算 局部阻力系數(shù)法： 22fuh22efl

32、uhd當(dāng)量長度法： 局部阻力系數(shù) le 當(dāng)量長度2222uhupf局部阻力系數(shù) =(l/d) ：當(dāng)量長度當(dāng)量長度：流道上某管件或閥門引起的局部損失，等于一段與它流道上某管件或閥門引起的局部損失，等于一段與它直徑相同的長度為直徑相同的長度為le的直管，則的直管，則 le稱為管件或閥門的當(dāng)量長度。稱為管件或閥門的當(dāng)量長度。局部阻力是一種極復(fù)雜的流動現(xiàn)象，局部阻力是一種極復(fù)雜的流動現(xiàn)象， 一般只能以實驗測得某些參一般只能以實驗測得某些參數(shù)數(shù)(如如 或或le)來進行估算來進行估算管路系統(tǒng)的總阻力損失為管路系統(tǒng)的總阻力損失為管入口管出口彎管閥門fehpugzWpugz22221211222)(2)(22

33、udludllhef fffhhh減小流體阻力的主要措施n合理布置管路，盡量減少管長合理布置管路，盡量減少管長n減少不必要的閥門管件，避免管路直徑突變減少不必要的閥門管件，避免管路直徑突變n適量增大管徑，盡量選用光滑管適量增大管徑，盡量選用光滑管2)(2)(22udludllhef【例2-9】用用1084的鋼管輸送原油，輸送量的鋼管輸送原油，輸送量19T/hr，原油，原油比重為比重為0.90,=72Cp.原油從起點站油泵出口壓力為原油從起點站油泵出口壓力為61kgf/cm2（表），終到處壓力為（表），終到處壓力為1kgf/cm2（表），若管（表），若管子是水平安裝的，局部阻力以直管阻力的子是水

34、平安裝的，局部阻力以直管阻力的10%計，試求計，試求原油輸送的路程（輸油管長度）是多少？原油輸送的路程（輸油管長度）是多少？ p2p1L ?解解：278.5360019000w00785. 0) 1 . 0(785. 02A747. 090000785. 0278. 5Awu9331072900747. 01 . 0Re3du06854. 093364Re649001081. 9) 161(4phf)1.01(22udLhfkg/sm2m/s層流層流J/kg將以上數(shù)值代入下式：將以上數(shù)值代入下式：得：得：L 31000 m2)(2udllhef第五節(jié) 離心泵fehgugpzhgugpz2222

35、222111dllgue121022一、流體輸送設(shè)備概述一、流體輸送設(shè)備概述（二）流體輸送機械的分類（二）流體輸送機械的分類流體輸送機械按工作原理分類：n離心式（葉輪式）：離心泵、離心鼓風(fēng)機離心泵、離心鼓風(fēng)機 等等n往復(fù)式：往復(fù)泵往復(fù)泵 、往復(fù)壓縮機等、往復(fù)壓縮機等 n旋轉(zhuǎn)式：齒輪泵、螺桿泵齒輪泵、螺桿泵 等等n流體動力作用式：噴射泵噴射泵 根據(jù)流體性質(zhì)的不同分成：n輸送液體-離心泵、漩渦泵、往復(fù)泵離心泵、漩渦泵、往復(fù)泵 n輸送氣體-壓縮機、鼓風(fēng)機二、二、離心泵構(gòu)造及原理離心泵構(gòu)造及原理高壓流體泵殼通道逐漸擴大的高速流體的離心力機械旋轉(zhuǎn)低速流體所造成的氣壓流體被甩出后常壓流體工作原理：依靠高速

36、旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在慣性離心力工作原理：依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在慣性離心力的作用下被拋向外周并獲得能量，最終體現(xiàn)為液體靜壓能的增加的作用下被拋向外周并獲得能量，最終體現(xiàn)為液體靜壓能的增加氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象若泵體內(nèi)存有空氣，由于若泵體內(nèi)存有空氣，由于 空氣空氣 液液， 所以產(chǎn)生所以產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，葉輪空轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，葉輪空轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為氣縛，達不到輸液目的。稱為氣縛，達不到輸液目的。 因此，泵啟動前要預(yù)先向泵殼和吸入管道灌液。因此，泵啟動前要預(yù)先向泵殼和吸入管道灌液。三、

37、離心泵的參數(shù)三、離心泵的參數(shù)n送液能力送液能力 qv（流量（流量 ）, m3/sn增壓程度增壓程度 H（揚程揚程 ）,mn旋轉(zhuǎn)機械的功率旋轉(zhuǎn)機械的功率 P（泵功率）有效功率（泵功率）有效功率Pen效率效率 （泵效率）（泵效率）主要性能參數(shù)主要性能參數(shù)泵軸泵軸 葉輪葉輪 液體液體PPeVAPgHqPvegpphHVM0四、離心泵的特性曲線及其應(yīng)用四、離心泵的特性曲線及其應(yīng)用 1、定義：反應(yīng)揚程、軸功率、效率和流量之間函數(shù)關(guān)系、定義：反應(yīng)揚程、軸功率、效率和流量之間函數(shù)關(guān)系的曲線，一般用的曲線，一般用20 C的清水在特定轉(zhuǎn)速下由實驗測定。的清水在特定轉(zhuǎn)速下由實驗測定。guugpphHVM22122

38、0HPmin2900rpn gHqPVePPe 2、應(yīng)用：、應(yīng)用：確定最佳工況參數(shù)確定最佳工況參數(shù)確定工作效率確定工作效率(- qv)：泵的工作點泵的工作點應(yīng)在高效率區(qū)應(yīng)在高效率區(qū)(92%)。啟動安全（啟動安全（P qv）:啟動泵時，應(yīng)啟動泵時，應(yīng)關(guān)閉出口閥門，以保護電機關(guān)閉出口閥門，以保護電機。HPmin2900rpn n3、影響離心泵特性的因素1) 密度密度 ：H-qv 曲線不變，但曲線不變，但P-qv曲線不再適用，曲線不再適用，應(yīng)重新計算。應(yīng)重新計算。2）黏度）黏度:粘度增大，能量損失增大，因此泵的壓頭、流粘度增大，能量損失增大，因此泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大量都要減

39、小，效率下降，而軸功率增大3）泵轉(zhuǎn)速）泵轉(zhuǎn)速n （比例定律）比例定律）4）葉輪直徑）葉輪直徑D（切割定律）（切割定律）【例【例2-10】用泵將地槽中比重為】用泵將地槽中比重為1.84的硫酸以的硫酸以1.3kg/s的流量送到的流量送到貯罐中。地槽內(nèi)液面恒定，貯罐高出地槽液面貯罐中。地槽內(nèi)液面恒定，貯罐高出地槽液面12m，地槽和貯，地槽和貯槽皆通大氣。輸送管道內(nèi)徑為槽皆通大氣。輸送管道內(nèi)徑為25mm，流動過程的能量損失為，流動過程的能量損失為57.6J/kg，若泵的效率為，若泵的效率為50%，計算泵所需的功率。，計算泵所需的功率。12m12P0P0解：解：feHgugPZHgugPZ2222222

40、111fehuPgZWuPgZ222222211101ZmZ12221PP 01ukgJhf/6 .57smdqdqumV/44. 1025. 0100084. 143 . 1442222kgJWe/176WmWPee3 . 1176WPPe6 .457五、五、 離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度1、汽蝕汽蝕現(xiàn)象：氣泡對葉輪的腐蝕現(xiàn)象：氣泡對葉輪的腐蝕現(xiàn)象現(xiàn)象 n1）產(chǎn)生原因：泵入口處壓強小于）產(chǎn)生原因：泵入口處壓強小于操作條件下被輸送液體的飽和蒸操作條件下被輸送液體的飽和蒸氣壓。氣壓。n2）汽蝕的危害：使泵體產(chǎn)生振動）汽蝕的危害：使泵體產(chǎn)生振動與噪聲；泵的流量、揚程和效率與

41、噪聲；泵的流量、揚程和效率下降；葉輪受到破壞而剝蝕。下降；葉輪受到破壞而剝蝕。n3）避免方法：限制泵的安裝高度）避免方法：限制泵的安裝高度 2、汽蝕余量、汽蝕余量 n有效汽蝕余量：為防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵入口處有效汽蝕余量：為防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，離心泵入口處靜壓頭與動壓頭之和超過被輸送液體在操作溫度下的靜壓頭與動壓頭之和超過被輸送液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭之值。飽和蒸氣壓頭之值。n泵的必需汽蝕余量泵的必需汽蝕余量 ：實驗測定得到：實驗測定得到并列入泵產(chǎn)品樣本并列入泵產(chǎn)品樣本n實際汽蝕余量 )(rrNPSHhgpgpguNPSHhvaa1212)(5 . 0)()(rrNPSHhNPSHh3、離心泵的允許安裝高度、離心泵的允許安裝高度 0,02201021112000uHzzHgugpzgugpzgfgpgpguhv1212fvgHgpgphH0【例【例2-11】用離心泵將】用離心泵將20的清水的清水送到某設(shè)備內(nèi)，泵的前后分別裝送到某設(shè)備內(nèi)，泵的前后分別裝有真空表和壓強表，如圖。已知有真空表和壓強表，如圖。已知泵吸入管路的壓頭損失為泵吸入管路的壓頭損失為2.2m，動壓頭為動壓頭為0.4m，泵的實際安裝高，泵的實際安裝高度為度為3.5m，操作條件下泵的必需，操作條件下泵的必需汽蝕余量