化工原理復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、學(xué)習(xí)好資料歡迎下載化工原理復(fù)習(xí)要點(diǎn)第一章流體流動(dòng)1流體靜力學(xué)基本方程式1 1 流體的密度與靜壓強(qiáng)1 1 1 流體的密度單位體積的流體所具有的流體質(zhì)量稱為密度，以表示，單位為kg/m 3。（ 1）流體的密度基本上不隨壓強(qiáng)變化，隨溫度略有改變，可視為不可壓縮流體。純液體密度值可查教材附錄或手冊(cè)?；旌弦旱拿芏龋?kg 為基準(zhǔn)，可按下式估算：112nm12n（ 2）氣體的密度隨溫度和壓強(qiáng)而變，可視為可壓縮流體。當(dāng)可當(dāng)作理想氣體處理時(shí)，用下式估算：PMPT0或0 P0TRT對(duì)于混合氣體，可采用平均摩爾質(zhì)量M m 代替上式中的 M，即M m M 1 y1 M 2 y2M n yn1 1 2 流體的靜壓強(qiáng)

2、垂直作用于流體單位面積上的表面力稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)，俗稱壓力，以p表示，單位為 Pa。壓強(qiáng)可有不同的表示方法：（ 1）根據(jù)壓強(qiáng)基準(zhǔn)選擇的不同，可用絕壓、表壓、真空度（負(fù)表壓）表示。表壓和真空度分別用壓強(qiáng)表和真空表度量。表壓強(qiáng) =絕對(duì)壓強(qiáng) - 大氣壓強(qiáng)；真空度 =大氣壓強(qiáng) - 絕對(duì)壓強(qiáng)（ 2）工程上常采用液柱高度h 表示壓強(qiáng)，其關(guān)系式為p= gh10.33mH 2O760mmHg101.33kPa1 2 流體靜力學(xué)基本方程式1 2 1 基本方程的表達(dá)式對(duì)于不可壓縮流體，有：p1p2p2p1g(Z1 Z 2 )gZ1gZ 2 或p0ghp1 2 2 流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用條件及意義流體靜

3、力學(xué)基本方程式只適用于靜止的連通著的同一連續(xù)的流體。該類式子說明在重力場(chǎng)作用下，靜止液體內(nèi)部的壓強(qiáng)變化規(guī)律。平衡方程的物理意義為：（ 1）總勢(shì)能守恒 流體靜力學(xué)基本方程式表明，在同一靜止流體中不同高度的流體微元，其靜壓能和位能各不相同，但其兩項(xiàng)和（稱為總勢(shì)能）卻保持定值。（ 2）等壓面的概念當(dāng)液面上方壓強(qiáng) p0 一定時(shí)， p 的大小是液體密度和深度h 的函數(shù)。在靜止的連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)都相等。（ 3）傳遞定律當(dāng) p0 變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)p 也發(fā)生同樣大小的變化。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載（ 4）液柱高度表示壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差改寫流體靜力學(xué)基本方程式可得：pp0gh上式說明壓

4、強(qiáng)差（或壓強(qiáng)）可用一定高度的液體柱表示，但一定注明是何種液體。1 3 流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用以流體靜力學(xué)基本方程式為依據(jù)可設(shè)計(jì)出各種液柱壓差計(jì)、液位計(jì)，可進(jìn)行液封高度計(jì)算，根據(jù)p的大小判斷流向。但需特別注意，U 形管壓差計(jì) 讀數(shù)反映的是兩測(cè)量gZ點(diǎn)位能和靜壓能兩項(xiàng)和的差值。應(yīng)用靜力學(xué)基本方程式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵一環(huán)是等壓面的準(zhǔn)確選取。2流體流動(dòng)的基本原理2 1 定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的連續(xù)性方程式在定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)直徑不同的管段作物料衡算，以1s 為基準(zhǔn)，則得到wsu1 A11u2 A22uA常數(shù)當(dāng)流體可視為不可壓縮時(shí)，密度可視為常數(shù)，則有Vsu1 A1u 2 A2uA常數(shù)應(yīng)用連續(xù)性方程時(shí)，應(yīng)注意如

5、下兩點(diǎn)：（ 1）在衡算范圍內(nèi)， 流體充滿管道， 并連續(xù)不斷地從上游截面流入， 從下游截面流出。（ 2）連續(xù)性方程式反映了定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)中，流量一定時(shí)，管路各截面上流速的變化規(guī)律。此規(guī)律與管路的安排和管路上是否裝有管件、閥門及輸送機(jī)械無關(guān)。 這里的流速指單位管道橫截面上的體積流量，即uVsA對(duì)于不可壓縮流體，流速和管徑的關(guān)系為u2d12u1d 22當(dāng)流量一定且選定適宜流速時(shí)，利用連續(xù)性方程可求算輸送管路的管徑，即4Vsdu用上式計(jì)算出管徑后，要根據(jù)管子系列規(guī)格選用標(biāo)準(zhǔn)管徑。2 2 機(jī)械能衡算方程式柏努利方程式2 2 1 具有外功加入、不可壓縮粘性流體定態(tài)流動(dòng)的柏努利方程為u12p1WegZ2u22

6、p2hfgZ122式中的 We 為輸送機(jī)械對(duì)1kg 流體所作的有效功，或 1kg 流體從輸送機(jī)械獲得的有效能量。式中各項(xiàng)單位均為J/kg。當(dāng)流體不流動(dòng)時(shí)，u=0 ，hf0，也不需要加入外功，于是有：學(xué)習(xí)好資料歡迎下載gZ1p1gZ2p2可見流體靜力學(xué)基本方程式為柏努利方程式的一個(gè)特例。2 2 2 理想流體的柏努利方程式u2pu 2p2gZ11122gZ 22此式表明，理想流體作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，任一截面上 1kg 流體所具有的位能、靜壓能與動(dòng)能之和為定值，但各種形式的機(jī)械能可以互相轉(zhuǎn)換。2 2 3 柏努利方程式的討論（ 1）柏努利方程式的適用條件由推導(dǎo)過程可知，柏努利方程式適用于不可壓縮流體定態(tài)連續(xù)

7、流動(dòng)。（ 2）理想流體的機(jī)械能守恒和轉(zhuǎn)化1kg 理想流體流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能是守恒的，但不同形式的機(jī)械能可互相轉(zhuǎn)化。（ 3）注意區(qū)別式 gZu2pWgZu2p2h11122f中各項(xiàng)能量所2e2表示的意義式中的 gZ、u2/2、 p/指某截面上1kg 流體所具有的能量；h f 為兩截面間沿程的能量消耗，它不能再轉(zhuǎn)化為其他機(jī)械能；We 是 1kg 流體在兩截面間獲得的能量，是輸送機(jī)械重要參數(shù)之一。由We 可選擇輸送機(jī)械并計(jì)算其有效功率，即N eWe w s若已知輸送機(jī)械的效率，則可計(jì)算軸功率，即：NN e（ 4）柏努利方程式的基準(zhǔn)1N 流體（工程制柏努利方程式）u12p1H eZ2u22p2H f：

8、Z1g2gg2g式中各項(xiàng)單位均為 J/N 或 m。 He 為輸送機(jī)械的有效壓頭，H f 為壓頭損失， Z、 u2/2g、p/ g 分別稱為位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭。1m3 流體：gZ1u12p1H TgZ 2u22p2h f22式中各項(xiàng)單位均為J/m3 或 Pa。 H T 稱為風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓，是選擇風(fēng)機(jī)的重要參數(shù)之一。（ 5）柏努利方程式的推廣可壓縮流體的流動(dòng)：若索取系統(tǒng)中兩截面間氣體壓強(qiáng)變化小于原來絕對(duì)壓強(qiáng)的20%時(shí)，則用兩截面間流體的平均密度代替。非定態(tài)流動(dòng)：對(duì)于非定態(tài)流動(dòng)的任一瞬間，柏努利方程式仍成立。3流體在管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律及流動(dòng)阻力3 1 兩種流型3 1 1 雷諾實(shí)驗(yàn)和雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾于 18

9、83 年設(shè)計(jì)了雷諾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)三種因素影響流型，即流體的性質(zhì)（主要學(xué)習(xí)好資料歡迎下載為、）、設(shè)備情況（主要為d）及操作參數(shù)（主要為u）。對(duì)一定的流體和設(shè)備，可調(diào)參數(shù)為 u。雷諾綜合如上因素整理出一個(gè)無因次數(shù)群雷諾準(zhǔn)數(shù)：ReduRe 是一個(gè)無因次數(shù)群，可作為流動(dòng)類型的判據(jù)，當(dāng) Re 2000 時(shí)為滯流，當(dāng) Re >4000時(shí)為湍流。3 1 2 牛頓粘性定律及流體的粘性當(dāng)流體在管內(nèi)滯流流動(dòng)時(shí)，內(nèi)摩擦應(yīng)力可用牛頓粘性定律表示，即：du。遵循dy牛頓粘性定律得流體為牛頓型流體，所有的氣體和大多數(shù)液體屬于這一類型。不服從牛頓粘性定律的流體則為非牛頓型流體。由上式可得流體動(dòng)力粘度（簡(jiǎn)稱粘度）的表

10、達(dá)式：du使流體產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力即為流體的粘度，它是流體的/dy物理性質(zhì)之一。單位換算：cP0.01P1 103 P?s1a3 1 3 滯流與湍流的比較流型滯（層）流湍（紊）流判據(jù)Re2000Re>2000質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況沿軸向作直線運(yùn)動(dòng)，不存在橫向不規(guī)則雜亂運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)碰撞和劇烈混混合和質(zhì)點(diǎn)碰撞合。脈動(dòng)是湍流的基本特點(diǎn)拋物線方程碰撞和混合使速度平局化管內(nèi)速度分布u1 umaxu 0.82umax2壁面處 uw ，管中心 um ax壁面處 uw ，管中心 um ax邊界層滯流層厚度等于管子的半徑層流底層緩沖層湍流主體粘性內(nèi)摩擦力，即粘性應(yīng)力 + 湍流應(yīng)力，即直管阻力due) du牛頓

11、粘性定律(（e 為渦流粘度，不dydy是物性，與流動(dòng)狀況有關(guān)）應(yīng)注意搞清如下概念： 流體在圓形管進(jìn)口段內(nèi)的流動(dòng)完成了邊界層的形成和發(fā)展的過程。邊界層在管中心匯合時(shí)，邊界層厚度等于半徑，以后進(jìn)入完全發(fā)展了的流動(dòng)。當(dāng)邊界層在管中心匯合時(shí)，若邊界層內(nèi)為滯流，即整個(gè)邊界層均為滯流層；若邊界層為湍流，則管內(nèi)流動(dòng)為湍流。湍流時(shí)邊界內(nèi)存在滯流內(nèi)層、緩沖層及湍流主體。Re愈大，湍動(dòng)愈劇烈，滯流內(nèi)層愈薄，流動(dòng)阻力也愈大。邊界層的分離，加大了流體流動(dòng)的能量損失，除粘性阻力外，還增加了形體阻力，二者總稱為局部阻力。測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)參數(shù)（流速、壓強(qiáng)等）的儀表應(yīng)安裝在進(jìn)口段以后的流動(dòng)完全發(fā)展了的平直管段上。3 2 流體在管

12、內(nèi)的流動(dòng)阻力學(xué)習(xí)好資料歡迎下載流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力由直管阻力和局部足聯(lián)兩部分構(gòu)成，即h fh fh f阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦；固體表面促使流體流動(dòng)時(shí)其內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，提供了流動(dòng)阻力產(chǎn)生的條件。流動(dòng)阻力大小與流體性質(zhì)（、）、壁面情況（或 d）及流動(dòng)狀況（ u 或 Re ）有關(guān)。流動(dòng)阻力消耗了機(jī)械能，表現(xiàn)為靜壓能的降低，稱為壓強(qiáng)降，用p f 表示。注意區(qū)別壓強(qiáng)降p f 與兩個(gè)截面的壓強(qiáng)差p 的概念。（ 1） 直管阻力lu 2直管阻力的通式（范寧公式） ： h f2d層流時(shí)的摩擦系數(shù)（解析法）層流時(shí)的摩擦系數(shù)僅是Re 的函數(shù)而與相對(duì)粗糙度d 無關(guān)，64 Re1湍流時(shí)的摩擦系

13、數(shù)對(duì)于水力光滑管：0.3164 Re0.25( 柏拉修斯公式 )11.74 2 lg218.7考萊布魯克公式：d，此式適用于湍流區(qū)的光滑管與粗Re糙管直至完全湍流區(qū)。對(duì)于粗糙管，為使工程計(jì)算方便，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，以 d 為參數(shù)，標(biāo)繪與 Re 的關(guān)系，得到教材上所示的關(guān)系圖。圓形管內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推廣非圓形管的當(dāng)量直徑流體在非圓形管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，其阻力損失仍可用hflu 2d計(jì)算，但應(yīng)將式中及2Re 中的圓管直徑 d 以當(dāng)量直徑 d e 來代替。 de4rH ， rH流通截面積 A/ 潤(rùn)濕周邊。（ 2） 局部阻力為克服局部阻力所引起的能量損失有兩種計(jì)算方法，即局部阻力系數(shù)法和當(dāng)量長(zhǎng)度法，其計(jì)算公式

14、為： h fu 2l eu 2及 h f。常用管件、閥門、突然擴(kuò)大或縮小的局部2d2阻力系數(shù)值和當(dāng)量長(zhǎng)度le 值可查有關(guān)教材。 在工程計(jì)算中， 一般取入口的局部阻力系數(shù)為 0.5 ，而出口的局部阻力系數(shù)為1.0 。計(jì)算局部阻力時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：若流動(dòng)系統(tǒng)的下游截面取在管道出口，則柏努利方程式中的動(dòng)能項(xiàng)和出口阻力系數(shù)值即為 1.0 。u 2或 h fle u 2式中的 u 均應(yīng)用公式 h f計(jì)算突然擴(kuò)大或縮小的局部阻力時(shí)，2d 2學(xué)習(xí)好資料歡迎下載取細(xì)管中的流速值。（ 3）lleu2管路系統(tǒng)的總能量損失h f2d4柏努利方程的工程應(yīng)用應(yīng)用柏努利方程解題步驟：根據(jù)題意繪出流程示意圖，標(biāo)明流體流動(dòng)方向。

15、確定衡算范圍， 選取上、 下游截面， 選取截面的原則 是：兩截面均與流體流動(dòng)方向相垂直；其次，兩截面之間流體必須是連續(xù)的； 第三，待求的物理量應(yīng)該在某截面上或兩截面間出現(xiàn)；第四，截面上的已知條件最充分，且兩截面上的u、 p、 Z 兩截面間的h f 都應(yīng)相對(duì)應(yīng)一致。選取基準(zhǔn)水平面， 基準(zhǔn)面必須與地面平行； 為簡(jiǎn)化計(jì)算， 常使所選的基準(zhǔn)面通過某一衡算截面。各物理量必須采用一致的單位制，同時(shí)，兩截面上壓強(qiáng)的表示方法要一致。4 1 管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路是由等徑或異徑管段串聯(lián)而成的管路。 流通經(jīng)過各管段的流量相等， 總阻力損失等于各管段損失之和 。4 2 流量的測(cè)量根據(jù)流體流動(dòng)時(shí)各種機(jī)械能相互轉(zhuǎn)

16、換關(guān)系而設(shè)計(jì)的流量計(jì)或流速計(jì)有如下兩種類型。（ 1）變壓差（定截面）流量計(jì)測(cè)速管（皮托管） 、孔板流量計(jì)、噴嘴和文丘里流量計(jì)等均屬變壓差流量計(jì) 。其中，除測(cè)速管測(cè)量點(diǎn)速度以外，其余三種測(cè)得的均是管截面上的平均速度。對(duì)于這類流量計(jì)，若采用U 形管壓差計(jì)讀數(shù)R 表示壓強(qiáng)差，則流量通式可寫作2 p2R( 0) gVsCA0CA0式中 C 為流量系數(shù)，測(cè)速管、噴嘴和文丘里流量計(jì)的C 都接近1；而 孔板流量計(jì)的C在 0.60.7 之間為宜 ，對(duì)于角接取壓法的C0 可由有關(guān)圖查取。在變壓差流量計(jì)中，測(cè)速管、噴嘴和文丘里流量計(jì)的流體阻力很小；孔板流量計(jì)的U形管壓差計(jì)讀數(shù) R 對(duì)流量變化反應(yīng)靈敏，但其缺點(diǎn)是流

17、體流經(jīng)孔板前后能量損失較大，該損失稱為永久損失。（ 2）變截面（恒壓差）流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀取流量方便，直觀性好，能量損失小，測(cè)量范圍寬，可用于腐蝕性流體的測(cè)量，但不能用于高溫高壓的場(chǎng)合，且安裝的垂直度要求較高。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量公式為：V s2V f ( f)ghA f轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度與被測(cè)流體的密度有關(guān)。當(dāng)被測(cè)流體的密度不同于標(biāo)定介質(zhì)密度時(shí)，需對(duì)原刻度加以校正。本章以柏努利方程為主線，把相關(guān)的內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)系起來，形成清晰的網(wǎng)絡(luò)，如下圖：學(xué)習(xí)好資料歡迎下載典型例題靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用【例 1-1】本題附圖所示的開口容器內(nèi)盛有油和水。油層高度h1、密度1=800kg/m3，=0.7m水層

18、高度 h223 。=0.6m、密度=1000kg/m（ 1）判斷下列兩關(guān)系是否成立，即pA=p' ApB=p' B（ 2）計(jì)算水在玻璃管內(nèi)的高度h。解：（ 1）判斷題給兩關(guān)系式是否成立pA=p' A 的關(guān)系成立。因A 與 A'兩點(diǎn)在靜止的連通著學(xué)習(xí)好資料歡迎下載的同一流體內(nèi)，并在同一水平面上。所以截面A-A'稱為等壓面。p =p'B的關(guān)系不能成立。 因 B 及 B'兩點(diǎn)雖在靜止流體的同一水平面上，但不是連通著的B同一種流體，即截面B-B '不是等壓面。（ 2）計(jì)算玻璃管內(nèi)水的高度h由上面討論知，pA=p' A，而 pA=p

19、' A 都可以用流體靜力學(xué)基本方程式計(jì)算，即pA=p a+ 1 gh1+ 2gh2Aa+ 2p '=pgh于是pa+ 1gh1+ 2gh2=p a+ 2gh簡(jiǎn)化上式并將已知值代入，得800× 0.7+1000 × 0.6=1000h解得h=1.16m 連續(xù)性方程和柏努利方程的應(yīng)用【例1-2】某車間的輸水系統(tǒng)如右圖中（1）所示，已知出口處管徑為44× 2mm，圖中所示管段部分的壓頭損失為3.2 ×u2/2g ，其它尺寸見圖。（ 1）求水的體積流量 vh；（ 2）欲使水的體積流量增加 20%，應(yīng)將高位槽水面升高多少米？ （假設(shè)管路總阻力仍不變

20、）解：（ 1）求 vh取高位槽水面為1-1截面，水管出口為2-2截面，以地面為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列1N 流體為基準(zhǔn)的柏努利方程：2P12P2u1H ez2u2H fz1g2gg2g各量確定如下：z1=8m， z2=3m， u10， u2 可求出（待求量）P1=P2=0（表壓）， He=0 ， H f3.2u22將以上各值代入柏式：2g80003u223.2u2 202可得： u22=23.36，29.819.81u=4.83m/s 而 V h(0.04)24.833600 21.84 m3/h4（ 2）當(dāng)總阻力不變時(shí)，要是水量增加20% ，（管徑也不變） ，實(shí)際上是增大水的流速，即u2 =

21、1.2u=1.2 ×4.83=5.8m/s 。設(shè) a-a截面與 1-1截面的高差為h。圖中（ 2）所示在a-a與學(xué)習(xí)好資料歡迎下載2-2截面間列出柏式：( z1h)z2(u2 ) 2H f 代入各值可得：2g8 h3(13.2)(u 2 ) 2(5.8) 2234.29.819.812解出 h=2.20m 柏努利方程的綜合練習(xí)水從貯槽 A 經(jīng)圖示的裝置流向某設(shè)備。貯槽內(nèi)水位恒定，管路直徑為89× 3.5 mm，管路上裝一閘閥 C，閘閥前距管路入口端26m處安一個(gè) U 形管壓差計(jì)，指示液為汞，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口之間距離25m。試計(jì)算：（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)測(cè)得h=1.6 m ， R

22、=0.7 m；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，h=1.5 m ， R=0.5 m。管路摩擦系數(shù)0.023，則每小時(shí)從管中流出的水量及此時(shí)閘閥的當(dāng)量長(zhǎng)度為若干？（2）當(dāng)閘閥全開時(shí)（l e15,0.022 ），測(cè)壓點(diǎn) B 處的表壓強(qiáng)為若干？d解：該題為靜力學(xué)基本方程、柏努利方程、連續(xù)性方程、習(xí)題。（1）水的流量及閘閥的當(dāng)量長(zhǎng)度首先根據(jù)閘閥全關(guān)時(shí)的h、R 值，用靜力學(xué)方程求H。在管路阻力方程的聯(lián)合應(yīng)用的綜合練1 1 與 B B 兩截面之間列柏努利方程式求流速，然后再用連續(xù)性方程求流量、用阻力方程求l e 。閘閥全關(guān)時(shí)，對(duì)U 形管等壓面4 4 列靜力學(xué)方程得；( H h)gR 0 gR0h0.7 13600H1.6

23、 7.92m1000當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，以管中心線為基準(zhǔn)面，在1 1 與 B B 兩截面之間列柏努利方程得pB(l1u2gHd1.5)2式中： H=7.92m, le=26m， =0.023， d=0.082m學(xué)習(xí)好資料歡迎下載PB( R 0h)g ( 0.513600 1.51000)9.807 51980Pa將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式解得u=2.417m/sVSAu0.08222.417 0.01276m3 / s45.94m3 / h4在 B B 與 22 截面之間列柏努利方程得PBl 2l e u2即 519800.023 25 le2.4172d210000.0822解得 l e =38.4m

24、(2) 閥門全開時(shí)得 PB以管中心線為基準(zhǔn)面，在 1 1與 22 兩截面之間列柏努利方程求得管內(nèi)速度，再在B B與 22截面之間列柏努利方程求PB。在 11與 2 2 之間列柏努利方程得9.8077.925115u 20.02220.082解得： u=3.164m/sPBl2u2在 B B 與 22 之間列柏努利方程得d152即PB0.022253.16421521000 35225Pa0.082第二章流體輸送機(jī)械離心泵離心泵不僅因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 流量均勻、易于控制及調(diào)節(jié)、 可耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。而且還在于將其作為流體力學(xué)的一個(gè)實(shí)例，具有典型性。1.離心泵的工作原理和基本結(jié)構(gòu)（

25、1）工作原理 依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在貫性離心力作用下自葉輪中心被拋向外周并獲得能量，最終體現(xiàn)為液體靜壓能的增加。圍繞工作原理，應(yīng)搞清如下概念和術(shù)語(yǔ)：無自吸力，啟動(dòng)前要“灌泵” ，吸入管路安裝單向底閥，以避免氣縛現(xiàn)象發(fā)生。（2）基本結(jié)構(gòu)離心泵的基本結(jié)構(gòu)分為兩部分：供能裝置葉輪， 按機(jī)械結(jié)構(gòu)分為閉式、 半閉式與開式； 按吸葉方式分為單吸式 （注意軸向推力及平衡孔） 、雙吸式兩種；按葉片形狀分后彎、經(jīng)向及前彎。集液及轉(zhuǎn)能裝置蝸殼及導(dǎo)向輪。蝸牛形泵殼、 后彎葉片及導(dǎo)向輪均可使動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能， 提高泵的效率。 另外，泵的軸封裝置有填料函、機(jī)械（端面）密封兩種。2離心泵的基本方程式A 離心泵的

26、工作原理表達(dá)式學(xué)習(xí)好資料歡迎下載H T ,u22u12w12w22c22c122g2g2g下標(biāo) 1、 2 表示葉片的入扣和出口。該式說明離心泵的理論壓頭由兩部分組成，其右邊前兩項(xiàng)代表液體流經(jīng)葉輪后所增加的靜壓能，以 H p 表示； 最后一項(xiàng)說明液體流經(jīng)葉輪后所增加的動(dòng)能，以 H c 表示，其中有一部分轉(zhuǎn)化為靜壓能，即H pu22u12w12w22c22c122g2g， H c2 g則H T,H p H cB 分析影響因素的表達(dá)式HT ,u22u2 ctg 2Qgg D 2 b2T泵的理論流量表達(dá)式為：QTC r ,2D 2 b2式中 C r ,2 為液體葉輪出口處絕對(duì)速度的徑向分量，m/s。公

27、式 HT,u22u2 ctg 2QT 表明了離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑、gg D2 b2葉片幾何形狀之間的關(guān)系，用于分析各項(xiàng)因素對(duì)H T, 的影響。3離心泵的性能參數(shù)與特性曲線（1）離心泵的性能參數(shù)離心泵的主要性能參數(shù)包括如下四項(xiàng)，即流量 Q：離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積，單位為m3/s 或 m3/h。Q與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速等有關(guān)，還受管路特性的影響。壓頭 H：離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程，它是指離心泵對(duì)單位重量（1N）液體所提供的有效能量，單位為m。 H與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)。效率：效率用來反映離心泵中容積損失、機(jī)械損失和水力損失三項(xiàng)能量損失的總影響，稱為

28、總效率。一般小型泵為50%70% ，大型泵的效率可達(dá)90%。有效功率和軸功率N eHgQNN e/1000HQ/ 102（ 2）離心泵的特性曲線表示離心泵的壓頭H、功率 N、效率與流量Q之間的關(guān)系曲線稱離心泵的特性曲線或工作性能曲線。特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下用20的清水于常壓下由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。對(duì)離心泵的特性曲線，應(yīng)掌握如下要點(diǎn)：每種型號(hào)的離心泵在特定轉(zhuǎn)速下有其獨(dú)有的特性曲線。在固定轉(zhuǎn)速下，離心泵的流量和壓頭不隨被輸送流體的密度而變，泵的效率也不隨學(xué)習(xí)好資料歡迎下載密度而變，但泵的軸功率與液體的密度成正比。當(dāng) Q=0 時(shí)，軸功率最低，啟動(dòng)泵和停泵應(yīng)關(guān)出口閥。停泵關(guān)閉出口閥還防止設(shè)備內(nèi)液體倒流、防止損壞

29、泵的葉輪的作用。若被輸送液體粘度比清水的大得多時(shí)（運(yùn)動(dòng)粘度210 5 m2 / s ），泵的流量、壓頭都減小，效率下降，軸功率增大。，即泵原來的特性曲線不再適用，需要進(jìn)行換算。當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑發(fā)生變化時(shí)，其特性曲線需要進(jìn)行換算。在忽略效率變化的前提下，采用如下兩個(gè)定律進(jìn)行換算：比例定律： Q1n122； H 1n1； N 1n1Q2n2H 2n2N 2n2QD222切割定律：； HD 2； ND 2QD2HD 2ND 2離心泵銘牌上所標(biāo)的流量和壓頭，是泵在最高效率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)（Qs、 Hs 、Ns），稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。泵應(yīng)在高效區(qū)（即92%max 的范圍內(nèi)）工作。4離心泵的工作點(diǎn)與流量

30、調(diào)節(jié)（ 1）管路特性方程式及特性曲線H epu 2ll eu 2Z2gd2gg在特定管路系統(tǒng)中，于一定條件下工作時(shí)， 若輸送管路的直徑均一，忽略摩擦系數(shù)隨Re 的變化，則上式可寫作：H e K2BQe。此式即管路特性方程式，它表明管路中液體的流量 Qe 與壓頭 He 之間的關(guān)系。表示He 與 Qe 的關(guān)系曲線稱為管路特性曲線。（ 2）離心泵的工作點(diǎn)聯(lián)立求解管路特性方程式和離心泵的特性方程式所得的流量和壓頭即為泵的工作點(diǎn)。 若將離心泵的特性曲線H Q 與其所在管路特性曲線He Qe 繪于同一座標(biāo)上，兩交點(diǎn) M 稱為泵在該管路上的工作點(diǎn)。(3) 離心泵的流量調(diào)節(jié)離心泵的流量調(diào)節(jié)即改變泵的工作點(diǎn)，可

31、通過改變管路特性或泵的特性來實(shí)現(xiàn)。5離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度受液面的壓強(qiáng)p0 、流體的性質(zhì)及流量、操作溫度及泵的本身性能所影響。安裝合理的泵，在一年四季操作中都不應(yīng)該發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。（ 1）離心泵的安裝高度的限制 在附圖 1 所示的貯槽液面（為 0 0 截面）與離心泵吸入口截面（為 11 截面）之間列柏努利方程式，得p0 p1u12離心泵的安裝高度受吸入口附近最低允許壓強(qiáng)的限制，H gH f ,0 1g2 g其極限值為操作條件下液體的飽和蒸汽壓pv 。泵的吸入口附近壓強(qiáng)等于或低于pv ，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。泵的揚(yáng)程較正常值下降3%以上即標(biāo)志著氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。氣蝕的危害是：泵體產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。泵

32、的性能（Q、 H、）下降。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載泵殼及葉輪沖蝕（點(diǎn)蝕到裂縫）。注意區(qū)別氣縛與氣蝕現(xiàn)象。（ 2）離心泵的允許安裝高度離心泵的抗氣蝕性能：a)允許氣蝕余量；為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在泵吸入口處液體的靜壓頭p1g與動(dòng)壓頭u 21pv2g 之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸汽壓頭g 某一最小值，此最小值即為離心泵的允許氣蝕余量，即hp1u12pv 。g2gg在 IS 系列泵的手冊(cè)中列出必須允許氣蝕余量的數(shù)據(jù)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 實(shí)際氣蝕余量 NSPH為h +0.5m 。其值隨流量增大而加大。b)允許吸上真空度： 現(xiàn)在工廠仍在運(yùn)行的B 型水泵常用允許吸上真空度H s 來表示離心泵的抗氣蝕性能，其定義

33、為：H sp0pv。與泵的結(jié)構(gòu)、被輸送液體的性質(zhì)、當(dāng)?shù)氐拇骻氣壓強(qiáng)及溫度有關(guān)，且隨流量的加大而減小。一般H s 為實(shí)驗(yàn)條件下輸送水時(shí)的允許吸上真空度，即在水泵性能表上查得的數(shù)值（m 水柱），操作條件下輸送液體時(shí)的允許吸上真空度為：離心泵的允許安裝高度：將式p1u12pv與式 H sp0pv代入公式h2ggggp0 p1u12H f ,0 1 便可得到泵的允許安裝高度計(jì)算式：H g2 ggp0pvh H f , 0 1或 H g H su12H f , 0 1H gg2g離心泵的安裝高度應(yīng)以當(dāng)?shù)夭僮鞯淖罡邷囟群妥畲罅髁繛橐罁?jù)。工程上為了安全起見，離心泵的實(shí)際安裝高度比允許安裝高度還要低0.51.

34、0m。若泵的允許安裝高度較小時(shí)，可采用措施減小H f ,0 1 ，或把泵安裝在液面下，利用位差使液體自動(dòng)灌入泵殼內(nèi)。典型例題例 1：離心泵吸入管徑d=100mm，吸水管長(zhǎng)度L=20m ，流量 Q=54m3/h，水泵允許吸上真空度為 6m 水柱，不帶閥的濾水網(wǎng)阻力系數(shù)1 =6，90°曲彎頭阻力系數(shù)2 =0.3，摩擦阻力系數(shù) =0.03。試求：（ 1） . 離心泵的幾何安裝高度（安全系數(shù)取1m，水溫 20）；（ 2）. 若要求泵的升揚(yáng)高度為 10m，應(yīng)選多大功率的泵？（設(shè) =70%，泵出口阻力可忽略） 。解：（ 1）在水槽截面與吸入口截面列柏氏方程得：學(xué)習(xí)好資料歡迎下載u02p0u12p

35、1lu12z0gz1g()2g2gd2g已知： z 0 =0， z1 = H g ， u 0 =0 ， u 1541.91m/s ，0.7850.123600p 0 p 16m， H f(0.03200.3)1.912H sg62.29m0.12 9.807代入方程解得： H g3.52m ，考慮按完全安全系數(shù)， 則離心泵的幾何安裝高度應(yīng)為 2.52m。（2）在水槽截面與泵出管口截面列柏氏方程得：H ezu 2pH f2gg因 p2p 0 （通大氣）， u0 ，z10m ， H f2.29m故 H e10 2.2912.29m泵所需功率為： NH eQg /12.29 5410009.807

36、/ 0.7 3600 2.58kw例 2：用離心泵將 20的清水送到某設(shè)備中， 泵的前后分別裝有真空表和壓強(qiáng)表。入管路的壓頭損失為 2.4m，動(dòng)壓頭為 0.2m，水面與泵吸入口中心線之間的垂直距離為操作條件下泵的允許氣蝕余量為 3.7m。試求：真空表的讀數(shù)為若干 KPa？已知泵吸2.2m，當(dāng)水溫由20 升到 60 （此時(shí)飽和蒸汽壓為19.42KPa ）時(shí)，發(fā)現(xiàn)真空計(jì)與壓強(qiáng)表的讀數(shù)跳動(dòng)，流量驟然下降，試問出現(xiàn)了什么故障并提出排除措施。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.1KPa。學(xué)習(xí)好資料歡迎下載解：（1）真空表地讀數(shù)在水面 00 與泵入口 11 之間列柏努利方程得：p0u12p1H f 0 1gZ1g2g整理上

37、式得：p0 p1Z1u12gH f 012g2/ 2g0.2mH f 012.4m由題給數(shù)據(jù)知：Z =2.2mu11p0p1 (Z1u12H f 0 1 ) g2g此即為真空表得讀數(shù)。0.22.4)10009.8147074KPa(2.22）判斷故障及排除措施當(dāng)水溫由 20升到 60 時(shí)由于水的飽和蒸汽壓增大， 泵吸入口壓強(qiáng)若低于操作溫度下水的飽和蒸汽壓強(qiáng)，則可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，下面通過核算安裝高度來驗(yàn)證：20 清水時(shí)，泵的允許安裝高度為：p0pvh(98.12.238) 103H ggH f 0 13.7 2.2 3.87m1000 9.81Hg實(shí)際安裝高度，故可安全運(yùn)行。當(dāng)輸送 60水時(shí)，水

38、的密度為983.2kg/m3, 飽和蒸汽壓 19.92KPa則:(98.1 19.92)1032.2 2.07mH g10009.813.70.5 1.0m，顯然安裝高度為2.2m 時(shí)，輸送 60 水泵的實(shí)際安裝高度比允許安裝高度再降可能出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的措施如下：降低泵的實(shí)際安裝高度。適當(dāng)加大吸入管徑或采用其它措施減小吸入管路的壓頭損失注：當(dāng)其它條件相同時(shí)，水溫升高，流量加大，泵的允許安裝高度下降，故確定允許安裝高度時(shí)，應(yīng)以一年四季中的最高水溫和最大流量為依據(jù)。第三章非均相物系的分離1顆粒及顆粒床層的特性（ 1）球形顆粒不言而喻， 球形顆粒的形狀為球形，其尺寸由直徑d 來確定， 其他有關(guān)參數(shù)均可表示為直徑 d 的函數(shù)，諸如：體積d 3；表面積 sd2aS6V；比表面積V等。6d學(xué)習(xí)好資料歡迎下載（ 2）非球形顆粒非球形顆粒必須有兩個(gè)參數(shù)才能確定其特性即球形度和當(dāng)量直徑。球形度 s 顆粒的球形度又稱形狀系數(shù)定義為與該顆粒體積相等的球體的表面積除以顆粒的表面積，即sS。對(duì)非球形顆粒，總有s <1，顆粒的形狀越接近球形，s 越Sp接近 1；對(duì)球形顆粒s =1。顆粒的量直徑工程上常用等體積當(dāng)量直徑來表示非球形顆粒的大小