流體流動過程與流體輸送

1、 第三章第三章 流體流動過程與流體輸送設(shè)備流體流動過程與流體輸送設(shè)備一、流體的概念一、流體的概念 流體：能夠流動的物體。流體：能夠流動的物體。 化工生產(chǎn)中所指的流體是液體和氣體。化工生產(chǎn)中所指的流體是液體和氣體。研究流體的流動和輸送主要研究流體的流動和輸送主要是解決以下問題：是解決以下問題： （1 1）輸送流體所需管徑尺）輸送流體所需管徑尺寸的選擇。寸的選擇。 （2 2）輸送流體所需能量和）輸送流體所需能量和設(shè)備的確定。設(shè)備的確定。 （3 3）流體性能參數(shù)的測量）流體性能參數(shù)的測量和控制。和控制。 （4 4）研究流體的流動形態(tài)，）研究流體的流動形態(tài)，為強化設(shè)備和操作提供理論為強化設(shè)備和操作提供

2、理論依據(jù)。依據(jù)。 （5 5）了解流體輸送設(shè)備的）了解流體輸送設(shè)備的工作原理和操作性能，正確工作原理和操作性能，正確地使用流體輸送設(shè)備。地使用流體輸送設(shè)備。二、流體的流動與輸送的作用二、流體的流動與輸送的作用三、流體的基本性質(zhì)三、流體的基本性質(zhì) 1 1密度：單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流密度：單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度。體的密度。 不可壓縮流體：但除極高壓力外，壓力對液體不可壓縮流體：但除極高壓力外，壓力對液體的密度影響很小，可忽略不計的密度影響很小，可忽略不計, ,故常將液體稱故常將液體稱為不可壓縮流體為不可壓縮流體。 可壓縮流體：可壓縮流體：氣體具有可壓縮性及熱膨脹性，氣體具有可

3、壓縮性及熱膨脹性，其密度隨壓力和溫度的變化而變化，其密度隨壓力和溫度的變化而變化，故常將氣故常將氣體稱為可壓縮流體。體稱為可壓縮流體。 2 2 比體積：單位質(zhì)量流體所具有的體積稱為流比體積：單位質(zhì)量流體所具有的體積稱為流體的比體積，它與流體的密度互為倒數(shù)。體的比體積，它與流體的密度互為倒數(shù)。 3 3、壓強：垂直作用于流體單位面積上的、壓強：垂直作用于流體單位面積上的力稱為流體的壓強，簡稱為壓力。力稱為流體的壓強，簡稱為壓力。 壓力的單位：壓力的單位： PaPa，即，即N/mN/m2 2 。 還有些習(xí)慣使用的壓力單位還有些習(xí)慣使用的壓力單位 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atmatm） 工程大氣壓（工

4、程大氣壓（kgf/cmkgf/cm2 2，atat） 毫米汞柱（毫米汞柱（mmHgmmHg） 米水柱（米水柱（mHmH2 2O O） 1kgf/cm1kgf/cm2 2=9.81=9.8110104 4Pa=1atPa=1at 1atm=101.3 1atm=101.310103 3PaPa 按不同的計量基準(zhǔn)，壓力有兩種不同的表達(dá)方式。按不同的計量基準(zhǔn)，壓力有兩種不同的表達(dá)方式。 絕對壓力：以絕對零壓為起點而計量的壓力；絕對壓力：以絕對零壓為起點而計量的壓力； 表壓或真空度：以大氣壓力為基準(zhǔn)而計量的壓力。表壓或真空度：以大氣壓力為基準(zhǔn)而計量的壓力。當(dāng)被測容器的壓力高于大氣壓時，所測壓力稱為表壓

5、；當(dāng)被測容器的壓力高于大氣壓時，所測壓力稱為表壓；當(dāng)被測容器的壓力低于大氣壓時（工程上稱為負(fù)壓），則當(dāng)被測容器的壓力低于大氣壓時（工程上稱為負(fù)壓），則所測壓力稱為真空度。所測壓力稱為真空度。 表壓表壓= =絕對壓力絕對壓力大氣壓大氣壓 真空度真空度= =大氣壓大氣壓絕對壓力絕對壓力4 4流量和流速流量和流速 單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱為流體的流量。流體量，稱為流體的流量。 體積流量體積流量q qv v，單位為，單位為m m3 3/s/s 質(zhì)量流量質(zhì)量流量q qm m，單位為，單位為kgkgs s q qm m=q=qv v 通常所說的流速是指整個

6、管道截面的平均通常所說的流速是指整個管道截面的平均流速，以流體的體積流量除以管路的截面積所流速，以流體的體積流量除以管路的截面積所得的值來表示：得的值來表示：u=qu=qv v /A /A 由于流體本身的粘滯性以由于流體本身的粘滯性以及流體與管壁之間存在摩及流體與管壁之間存在摩擦力，所以流體在管道內(nèi)擦力，所以流體在管道內(nèi)同一截面上各點的流速是同一截面上各點的流速是不相同的。不相同的。 單位時間內(nèi)，流體在管道內(nèi)沿流動方向所流過單位時間內(nèi)，流體在管道內(nèi)沿流動方向所流過的距離，稱為流體的流速，以的距離，稱為流體的流速，以u u表示，單位為表示，單位為m/sm/s。 5 5、粘度、粘度 粘性是流體內(nèi)部

7、摩擦力的表現(xiàn)，粘度粘性是流體內(nèi)部摩擦力的表現(xiàn)，粘度是衡量流體粘性大小的物理量，是流體是衡量流體粘性大小的物理量，是流體的重要參數(shù)之一。流體的粘度越大，其的重要參數(shù)之一。流體的粘度越大，其流動性就越小。流動性就越小。 運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，是流體的內(nèi)摩擦力相互作用力，是流體的內(nèi)摩擦力F F。牛頓粘性定律牛頓粘性定律=F/A=du/dy=F/A=du/dy粘粘度度是牛頓粘性定律中的比是牛頓粘性定律中的比例系數(shù)。例系數(shù)。Fuduudy粘度的物理意義粘度的物理意義 流體流動時在與流動方向垂直的流體流動時在與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的

8、剪應(yīng)方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。力。牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體；粘性定律的流體；非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。 粘度的單位粘度的單位SI制：制：Pas 或或 kg/(ms)物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊）換算關(guān)系換算關(guān)系1cP10-3 Pas運動粘度運動粘度:粘度粘度與密度與密度之比之比 常見流體的粘度，可以從本書附錄或有關(guān)手冊中查得。常見流體的粘度，可以從本書附錄或有關(guān)手冊中查得。m2/s四、流體流動的基本規(guī)律四、流體流動的基本規(guī)律1 1、定態(tài)流動與非定態(tài)流動

9、、定態(tài)流動與非定態(tài)流動 流體在管道或設(shè)備中流動時，若在任一流體在管道或設(shè)備中流動時，若在任一截面上流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理截面上流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量僅隨位置而改變，但不隨時間而改變，稱量僅隨位置而改變，但不隨時間而改變，稱為定態(tài)流動：反之，若流體在各截面上的有為定態(tài)流動：反之，若流體在各截面上的有關(guān)物理量中，只要有一項隨時間而變化，則關(guān)物理量中，只要有一項隨時間而變化，則稱為非定態(tài)流動。稱為非定態(tài)流動。 2 2、定態(tài)流動過程的物料衡算定態(tài)流動過程的物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程 穩(wěn)態(tài)流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，穩(wěn)態(tài)流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在沒有物料累積和泄漏的情況下，單在沒

10、有物料累積和泄漏的情況下，單位時間內(nèi)通過流動系統(tǒng)任一截面流體位時間內(nèi)通過流動系統(tǒng)任一截面流體的質(zhì)量應(yīng)相等。的質(zhì)量應(yīng)相等。 對截面對截面1-11-1和和2-22-2之間作物料衡算，之間作物料衡算，則單位時間流入截面則單位時間流入截面1-11-1的流體質(zhì)量的流體質(zhì)量應(yīng)等于流出截面應(yīng)等于流出截面2-22-2的流體的質(zhì)量，的流體的質(zhì)量，即即q qm1m1=q=qm2m2 1 1u u1 1S S1 1=2 2u u2 2S S2 2 = =常數(shù)常數(shù)對于不可壓縮流體，對于不可壓縮流體， u u1 1S S1 1= u= u2 2S S2 2 = =常數(shù)常數(shù)對于圓管，對于圓管， u u1 1d d1 12

11、 2=u=u2 2d d2 22 211 2 2截面積不變時，流量增大，流速也增大；截面積不變時，流量增大，流速也增大；流量不變時，截面積增大，流速減小。流量不變時，截面積增大，流速減小。p.105. 例3-1如圖所示，從一主管向兩支管輸送20的水。要求主管中水的流速約為1m/s，支管1與支管2中水的流量分別為20t/h和10t/h。試計算主管的內(nèi)徑，并從無縫鋼管規(guī)格表中選擇合適的管徑，最后計算出主管內(nèi)的流速。3 3、定態(tài)流動過程的能量衡算一柏努利方程、定態(tài)流動過程的能量衡算一柏努利方程（1 1）流動體系的能量形式）流動體系的能量形式 動能：流體以一定的流速流動時具有的能量。動能：流體以一定的

12、流速流動時具有的能量。 質(zhì)量為質(zhì)量為m m、流速為、流速為u u的流體所具有的動能為的流體所具有的動能為mumu2 2/2/2， 單位為單位為J J。 位能位能: : 流體因受重力的作用，在不同高度處具有不同的流體因受重力的作用，在不同高度處具有不同的位能，其值相當(dāng)于把質(zhì)量為位能，其值相當(dāng)于把質(zhì)量為m m的流體由基準(zhǔn)水平面垂直舉的流體由基準(zhǔn)水平面垂直舉至某高度至某高度Z Z處所做的功，即處所做的功，即mgZmgZ，單位為，單位為J J。 位能是個相對值，隨所選基準(zhǔn)水平面的不同而異。位能是個相對值，隨所選基準(zhǔn)水平面的不同而異。 靜壓能：靜止流體內(nèi)部任一處都存在一定的靜壓力，同靜壓能：靜止流體內(nèi)部

13、任一處都存在一定的靜壓力，同樣在流動著的流體內(nèi)部任何位置也都有一定的靜壓力。樣在流動著的流體內(nèi)部任何位置也都有一定的靜壓力。流體如果要在管內(nèi)通過，就流體如果要在管內(nèi)通過，就需要對流體做功，以克服流需要對流體做功，以克服流體的靜壓力。體的靜壓力。 在流體體積不變的情況下，把流體引入壓力系統(tǒng)所在流體體積不變的情況下，把流體引入壓力系統(tǒng)所作的功，稱為流動功。流體由于外界對它作的功，稱為流動功。流體由于外界對它作流動功而具作流動功而具有的能量，稱為靜壓能，其大小為有的能量，稱為靜壓能，其大小為pVpV=pm/=pm/，單位為單位為J J 。內(nèi)能：流體內(nèi)部大量分子運動所具有的內(nèi)動能內(nèi)能：流體內(nèi)部大量分子

14、運動所具有的內(nèi)動能與分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能的總和。與分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能的總和。其數(shù)值的大小隨流體的溫度和比體積的變化而其數(shù)值的大小隨流體的溫度和比體積的變化而變化。變化。 位能、動能、靜壓能稱為流體的機械能，位能、動能、靜壓能稱為流體的機械能，三者之和稱為總機械能。三者之和稱為總機械能。（2 2）理想流體定態(tài)流動過程的能量衡算）理想流體定態(tài)流動過程的能量衡算 理想流體：指流體在流動時沒有內(nèi)摩擦力存理想流體：指流體在流動時沒有內(nèi)摩擦力存在，即粘度為零的流體。在，即粘度為零的流體。 若過程中沒有熱量輸入，理想流體的溫若過程中沒有熱量輸入，理想流體的溫度和內(nèi)能沒有變化，能量衡算可

15、以只考慮機度和內(nèi)能沒有變化，能量衡算可以只考慮機械能之間的相互轉(zhuǎn)換。械能之間的相互轉(zhuǎn)換。 由圖由圖3-73-7，作能量衡算：，作能量衡算： mgZmgZ1 1+ + mumu1 12 2/2+ /2+ p p1 1m/m/1 1=mgZ=mgZ2 2+ + mumu2 22 2/2+/2+ p p2 2m/m/2 2 上式稱為理想流體定態(tài)流動過程的能量衡上式稱為理想流體定態(tài)流動過程的能量衡算式，也稱為柏努利方程。算式，也稱為柏努利方程。 gZ1+ u12/2+ p1/1=gZ2+ u22/2+ p2/2 Z1+ u12/2g+ p1/1g=Z2+ u22/2g+ p2/2g 工程上，將單位重力

16、的流體所具有的能量，工程上，將單位重力的流體所具有的能量，即即J JN N，稱為，稱為“壓頭壓頭”。 Z Z、u u2 2/(2g)/(2g)、p/(gp/(g) )分別是以壓頭形式表分別是以壓頭形式表示的位能、動能和靜壓能，分別稱為位壓頭、示的位能、動能和靜壓能，分別稱為位壓頭、動壓頭和靜壓頭。動壓頭和靜壓頭。 使用壓頭形式表示能量時，應(yīng)注明是哪一使用壓頭形式表示能量時，應(yīng)注明是哪一種流體，如流體是水，應(yīng)說它的壓頭是多少米種流體，如流體是水，應(yīng)說它的壓頭是多少米水柱。水柱。 實際流體在流動時由于流體粘性的存實際流體在流動時由于流體粘性的存在必然造成阻力損失，令每牛頓重的流體在必然造成阻力損失

17、，令每牛頓重的流體在定態(tài)流動時因摩擦阻力而損失的能量為在定態(tài)流動時因摩擦阻力而損失的能量為hfhf ，單位為單位為J JN N或或 m m。 為克服流體阻力使流體流動，需安裝為克服流體阻力使流體流動，需安裝流體輸送機械（如泵或風(fēng)機），設(shè)流體輸送機械（如泵或風(fēng)機），設(shè)每牛頓每牛頓重重的流體從流體輸送機械所獲得的外加能的流體從流體輸送機械所獲得的外加能量為量為HeHe，單位，單位J JN N或或m m。 則實際流體的柏努利方程為則實際流體的柏努利方程為： Z Z1 1+ + u u1 12 2/2g+ /2g+ p p1 1/1 1g+He=Zg+He=Z2 2+ + u u2 22 2/2g+/

18、2g+ p p2 2/2 2g+ g+ hfhf 對于可壓縮的氣體，若通過所取兩個截面對于可壓縮的氣體，若通過所取兩個截面之間的壓力變化小于原來壓力的之間的壓力變化小于原來壓力的2020時，衡算時，衡算所引起的誤差不大，柏努利方程仍可適用。但所引起的誤差不大，柏努利方程仍可適用。但應(yīng)該注意的是，此時氣體的密度和壓頭損失中應(yīng)該注意的是，此時氣體的密度和壓頭損失中的有關(guān)數(shù)值應(yīng)采用平均值進(jìn)行計算。的有關(guān)數(shù)值應(yīng)采用平均值進(jìn)行計算。 對于不可壓縮流體，上式變?yōu)閷τ诓豢蓧嚎s流體，上式變?yōu)?211221222fupupzzhgggg若流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，若流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，u=0u=0，則柏努利方程變?yōu)?，則柏

19、努利方程變?yōu)?211pgzpgz)(2112zzgpp 流體流動的能量衡算方程也包括了流體流體流動的能量衡算方程也包括了流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律，靜止的流體不過是運動流靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律，靜止的流體不過是運動流體的特殊表現(xiàn)形式而已。體的特殊表現(xiàn)形式而已。在應(yīng)用柏努利方程時，應(yīng)該注意以下幾點：在應(yīng)用柏努利方程時，應(yīng)該注意以下幾點：作圖。根據(jù)題意作出流動系統(tǒng)的示意圖，注明流體的流動作圖。根據(jù)題意作出流動系統(tǒng)的示意圖，注明流體的流動方向，并標(biāo)出有關(guān)數(shù)據(jù)以分析題意。方向，并標(biāo)出有關(guān)數(shù)據(jù)以分析題意。截面的選取。確定出上下游截面以明確流動系統(tǒng)的衡算范截面的選取。確定出上下游截面以明確流動系統(tǒng)的衡算范圍。注意所選截面

20、必須與流體流動方向垂直，且流體在兩圍。注意所選截面必須與流體流動方向垂直，且流體在兩截面之間必須是連續(xù)的。所求的未知量應(yīng)包括在選定的截截面之間必須是連續(xù)的。所求的未知量應(yīng)包括在選定的截面上，以便于解題。若確定外加功時，則兩截面應(yīng)分別選面上，以便于解題。若確定外加功時，則兩截面應(yīng)分別選在輸送設(shè)備的兩側(cè)。在輸送設(shè)備的兩側(cè)?；鶞?zhǔn)水平面的選取。原則上，基準(zhǔn)水平面可以任意選取，基準(zhǔn)水平面的選取。原則上，基準(zhǔn)水平面可以任意選取，并不影響計算結(jié)果，但為了簡化計算，通常將所選兩個截并不影響計算結(jié)果，但為了簡化計算，通常將所選兩個截面中位置較低的一個作為基準(zhǔn)水平面。如果截面與基準(zhǔn)水面中位置較低的一個作為基準(zhǔn)水平

21、面。如果截面與基準(zhǔn)水平面不平行，則平面不平行，則Z Z值是指截面中心點與基準(zhǔn)水平面的垂直值是指截面中心點與基準(zhǔn)水平面的垂直距離。距離。單位務(wù)必統(tǒng)一。方程式兩側(cè)的各個物理量的單位必須一致，單位務(wù)必統(tǒng)一。方程式兩側(cè)的各個物理量的單位必須一致，最好均采用國際單位制。特別是等式兩邊的壓力，用絕對最好均采用國際單位制。特別是等式兩邊的壓力，用絕對壓或表壓均可，但必須統(tǒng)一。壓或表壓均可，但必須統(tǒng)一。五、流體壓力和流量的測量五、流體壓力和流量的測量1 1、U U形管壓強計形管壓強計 U U形管內(nèi)盛有與被測液體互不相溶、密度比被測液體的密形管內(nèi)盛有與被測液體互不相溶、密度比被測液體的密度大的指示液；度大的指示

22、液； 將將U U形管壓強計的兩端與被測系統(tǒng)兩端相連接，可測量被形管壓強計的兩端與被測系統(tǒng)兩端相連接，可測量被測系統(tǒng)兩點的壓強差測系統(tǒng)兩點的壓強差. .)(1RmgppAp1p2mRAA設(shè)指示液的密度為 ，被測流體的密度為 。 0A與A面 為等壓面，即AAppgRgmppA02gRgmpRmgp021)(整理得gRpp)(021 將U形管壓強計的一端與被測系統(tǒng)相連接，另一端與大氣相連通，則可測量被測系統(tǒng)的表壓或真空度。 p1-pa=R(0-)g若被測流體是氣體， ，則有0021Rgppp1pap1pa 倒置倒置U U形管壓強計以被形管壓強計以被測液體作為指示液，液測液體作為指示液，液體上方充滿空

23、氣。體上方充滿空氣。1200()ppRgRg)(CA 密度接近但不互溶的兩種指示密度接近但不互溶的兩種指示 液液A A和和C C ； 擴大室內(nèi)徑與擴大室內(nèi)徑與U U管內(nèi)徑之比應(yīng)大于管內(nèi)徑之比應(yīng)大于1010 。)(21CARgpp微差壓力計微差壓力計22112212H22fpupuzzggggz z1 1=z=z2 2,H,Hf f0022112222pupuggggpuu221222121SuuS000201002()1221 ()2()iivgRppuCCSSgRqC S問題：（問題：（1 1）實際有能量損失；）實際有能量損失； （2 2）縮脈處）縮脈處A A2 2未知。未知。C C0 0流

24、量系數(shù)（孔流系流量系數(shù)（孔流系數(shù)），數(shù)），一般為一般為0.60.60.70.7 S S0 0孔面積。孔面積。2.2.流量計：孔板流量計流量計：孔板流量計 孔板流量計結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但能量損耗孔板流量計結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但能量損耗較大。較大。（2 2）文丘里流量計）文丘里流量計 參照流體流經(jīng)孔板流量計的孔板前后的流線形參照流體流經(jīng)孔板流量計的孔板前后的流線形狀設(shè)計而成，它的主要部件為收縮管和擴大管，兩狀設(shè)計而成，它的主要部件為收縮管和擴大管，兩者的結(jié)合處為者的結(jié)合處為“喉管喉管”。流體由收縮管進(jìn)入，經(jīng)過。流體由收縮管進(jìn)入，經(jīng)過喉管進(jìn)入擴大管流出。流量計算公式與孔板流量計喉管進(jìn)入擴大管流出。

25、流量計算公式與孔板流量計類似。類似。 文丘里流量計的能量損耗比孔板流量計小得多，文丘里流量計的能量損耗比孔板流量計小得多，但加工難度大一些。但加工難度大一些。（3 3）轉(zhuǎn)子流量計）轉(zhuǎn)子流量計從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接讀取流量數(shù)值。讀取流量數(shù)值。在在1-11-1和和2-22-2截面間列柏努利方程截面間列柏努利方程 12zz2211221222fpupuzzHggggHf022112222pupugggg12222121vppSqSS22111RCSS令令122vRRppqC A2AARC CR R流量系數(shù)流量系數(shù)A AR R轉(zhuǎn)子的環(huán)隙面積轉(zhuǎn)子的環(huán)隙面積gVApgVApfffff21

26、ffAgVpp1212ffvRRfV gqC SA優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：（1 1）永遠(yuǎn)垂直安裝，且下進(jìn)、上出，安裝支路便于檢）永遠(yuǎn)垂直安裝，且下進(jìn)、上出，安裝支路便于檢修。修。（2 2）讀數(shù)方便，流動阻力很小，測量范圍寬，測量精）讀數(shù)方便，流動阻力很小，測量范圍寬，測量精度較高；度較高； （3 3）玻璃管不能經(jīng)受高溫和高壓，在安裝使用過程中）玻璃管不能經(jīng)受高溫和高壓，在安裝使用過程中玻璃容易破碎。玻璃容易破碎。（4 4）轉(zhuǎn)子可用不銹鋼等抗腐蝕材料制成，因此轉(zhuǎn)子流轉(zhuǎn)子可用不銹鋼等抗腐蝕材料制成，因此轉(zhuǎn)子流量計適用于各種流體流量的測量。量計適用于各種流體流量的測量。（5 5）標(biāo)定流體：）標(biāo)定流體：202

27、0水（水（ 1000kg/m1000kg/m3 3 ） 2020、101.3kPa101.3kPa下空氣（下空氣（ 1.2kg/m1.2kg/m3 3） 被測流體與標(biāo)定流體不同時，需進(jìn)行刻度校正。被測流體與標(biāo)定流體不同時，需進(jìn)行刻度校正。六、管內(nèi)流體流動的阻力六、管內(nèi)流體流動的阻力 1 1、管、管件及閥門、管、管件及閥門 （1 1）管（光滑管和粗糙管）管（光滑管和粗糙管） 通常把玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等稱為光滑通常把玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等稱為光滑管；把鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管。管；把鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管。 管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為絕對粗糙度，管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱

28、為絕對粗糙度，以以 表示。絕對粗糙度與管內(nèi)徑表示。絕對粗糙度與管內(nèi)徑d d的比值的比值d d稱為相稱為相對粗糙度。對粗糙度。 鋼管分有縫鋼管和無縫鋼管，前者多用低碳鋼制成，鋼管分有縫鋼管和無縫鋼管，前者多用低碳鋼制成，后者有普通碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼、不銹鋼等。后者有普通碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼、不銹鋼等。（2 2）管件：）管件：管與管的連接部分，主要用來改變管道方向、管與管的連接部分，主要用來改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵塞管道等。連接支管、改變管徑及堵塞管道等。（3 3）閥門：）閥門：安裝于管道中用以調(diào)節(jié)流量。安裝于管道中用以調(diào)節(jié)流量。 常用的閥門有截止閥、閘閥和止逆閥等。常用的閥門有截止閥、閘閥和止

29、逆閥等。 2.2.流動形態(tài)流動形態(tài) 雷諾通過大量實驗觀察到，流體流動分為層雷諾通過大量實驗觀察到，流體流動分為層流（滯流）、過渡流、湍流等幾種類型。流（滯流）、過渡流、湍流等幾種類型。（2 2）流動形態(tài)判據(jù)）流動形態(tài)判據(jù) 雷諾實驗還發(fā)現(xiàn)，流動類型除了與流速有關(guān)雷諾實驗還發(fā)現(xiàn)，流動類型除了與流速有關(guān)外，還與管徑、流體的黏度、流體的密度有關(guān)外，還與管徑、流體的黏度、流體的密度有關(guān) 。 Re=du/Re=du/：雷諾數(shù)。：雷諾數(shù)。 ReRe是一個無因次的數(shù)群。是一個無因次的數(shù)群。 Re4000Re4000，湍流；，湍流； Re2000Re2000，層流；，層流； 2000Re40002000Re40

30、00，過渡流。，過渡流。（3 3）湍流與層流的特征）湍流與層流的特征 層流時流速沿管徑層流時流速沿管徑呈拋物線分布，管中心呈拋物線分布，管中心處流速最大，管截面各處流速最大，管截面各點速度的平均值為最大點速度的平均值為最大速度的一半速度的一半 。 湍流時，流體質(zhì)點強烈湍湍流時，流體質(zhì)點強烈湍動有利于交換能量，使得管截動有利于交換能量，使得管截面靠中心部分速度分布比較均面靠中心部分速度分布比較均勻，流速分布曲線前沿平坦，勻，流速分布曲線前沿平坦，而近壁部分的質(zhì)點受壁面阻滯，而近壁部分的質(zhì)點受壁面阻滯，流速分布較為陡峭流速分布較為陡峭 。 湍流的平均速度約為最大湍流的平均速度約為最大速度的速度的0

31、.80.8倍倍 。(4)(4)流動邊界層流動邊界層 流體受壁面影響而存在速度梯度的區(qū)域稱為流體受壁面影響而存在速度梯度的區(qū)域稱為流體流動的邊界層流體流動的邊界層 。 一般把邊界層厚度定義為自壁面到流速達(dá)到一般把邊界層厚度定義為自壁面到流速達(dá)到流體主體流速流體主體流速9999處的區(qū)域。處的區(qū)域。 流體流過較大曲率的物體時，還會發(fā)生邊界流體流過較大曲率的物體時，還會發(fā)生邊界層分離觀象。層分離觀象。 流體流經(jīng)管件、閥門、管束或異形壁面時，流體流經(jīng)管件、閥門、管束或異形壁面時，產(chǎn)生邊界層分離，會導(dǎo)致流體流動阻力的增產(chǎn)生邊界層分離，會導(dǎo)致流體流動阻力的增大。大。3 3、管內(nèi)流動阻力計算、管內(nèi)流動阻力計算

32、（1 1）流動阻力分類：）流動阻力分類： 直管阻力直管阻力h hf f ：在直管中流動時由于內(nèi)摩擦而：在直管中流動時由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。產(chǎn)生的阻力。 局部阻力局部阻力h hl l ：由于管道的局部障礙（管件、：由于管道的局部障礙（管件、閥門、流量計、管徑的突然擴大或收縮等）閥門、流量計、管徑的突然擴大或收縮等）所引起的阻力。所引起的阻力。fgugpzgugpz2222221112fpppgg（2 2）直管阻力損失）直管阻力損失層流時的阻力損失層流時的阻力損失232 lupd232fpluhd2642fl uhdud22fl uhd6464Redu：摩擦系數(shù)湍流時，湍流時， 的數(shù)值通過下圖查

33、取。的數(shù)值通過下圖查取。)(Re,df（3）局部阻力損失）局部阻力損失a.a.阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法 將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù) guhf22212211(1)01u2fAAuh小管中的速度局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)220222(1)00.52fAAuhu小管中的速度管進(jìn)口管進(jìn)口:=0.5:=0.5管出口：管出口：=1=1b.b.當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法 將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為成直徑相同、長度為lele的直管所產(chǎn)生的阻力的直管所產(chǎn)生的阻力 。22efl uhd(4)(4)總摩擦阻力損失總摩擦阻力損失h

34、fhf22()22efll uluhdd 管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎； 盡量不安裝不必要的管件和閥門等；盡量不安裝不必要的管件和閥門等； 管徑適當(dāng)大些。管徑適當(dāng)大些。減少流動阻力減少流動阻力損失的途徑損失的途徑：七、流體輸送設(shè)備七、流體輸送設(shè)備 流體流動需要一定的推動力以克服管路和流體流動需要一定的推動力以克服管路和設(shè)備的阻力，才能把流體從低處送到高處，或設(shè)備的阻力，才能把流體從低處送到高處，或從低壓系統(tǒng)輸送到高壓系統(tǒng)。這種動力是由流從低壓系統(tǒng)輸送到高壓系統(tǒng)。這種動力是由流體輸送機械提供的。體輸送機械提供的。 一般把輸送液體的機械稱為泵，把輸送氣一般把輸

35、送液體的機械稱為泵，把輸送氣體的機械稱為風(fēng)機或壓縮機。體的機械稱為風(fēng)機或壓縮機。 流體輸送設(shè)備，按照工作原理可分為兩大類：流體輸送設(shè)備，按照工作原理可分為兩大類：（1 1）離心式：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給流體提供動）離心式：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給流體提供動能。然后流體的動能再轉(zhuǎn)化為靜壓能，如離心泵及能。然后流體的動能再轉(zhuǎn)化為靜壓能，如離心泵及離心壓縮機等。離心壓縮機等。（2 2）正位移式：利用活塞、齒輪、螺桿等直接擠）正位移式：利用活塞、齒輪、螺桿等直接擠壓流體，以增加流體的靜壓頭，如往復(fù)泵、齒輪泵、壓流體，以增加流體的靜壓頭，如往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵、往復(fù)壓縮機等。螺桿泵、往復(fù)壓縮機等。（3 3）

36、不屬于上述類型的其他形式的泵，如噴射泵，）不屬于上述類型的其他形式的泵，如噴射泵，利用高速流體射流時的能量轉(zhuǎn)換來輸送流體。利用高速流體射流時的能量轉(zhuǎn)換來輸送流體。 (1)工作原理工作原理 葉輪高速旋轉(zhuǎn) 液體獲得動能 液體被甩出葉輪中心 流道截面擴大 動能轉(zhuǎn)化為靜壓能 液體被壓出 葉輪中心形成了低壓區(qū) 低處液體被吸入泵殼內(nèi)。1、離心泵、離心泵 由于泵內(nèi)存有空氣，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體由于泵內(nèi)存有空氣，空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，此時雖啟

37、動離心泵，也不能輸送液體，這種內(nèi)，此時雖啟動離心泵，也不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象氣縛現(xiàn)象。 表明離心泵無自吸能力表明離心泵無自吸能力 泵啟動前，先使泵內(nèi)充滿被輸送的液體，是為了防止泵啟動前，先使泵內(nèi)充滿被輸送的液體，是為了防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生。氣縛現(xiàn)象的發(fā)生。（2 2）離心泵的主要性能參數(shù)）離心泵的主要性能參數(shù) 離心泵的主要性能參數(shù)包括：揚程、流量、功率和效率。離心泵的主要性能參數(shù)包括：揚程、流量、功率和效率。揚程是指泵對單位重力的流體所作的功，也稱為壓頭，亦即揚程是指泵對單位重力的流體所作的功，也稱為壓頭，亦即液體進(jìn)出泵前后的壓頭差，用液體進(jìn)出泵前后的壓頭差，用HeHe表示，單

38、位為米液柱。表示，單位為米液柱。 流量：又稱排液量或輸送能力，是指在單位時間內(nèi)泵所排送流量：又稱排液量或輸送能力，是指在單位時間內(nèi)泵所排送的液體量，用符號的液體量，用符號q qv v表示。表示。 離心泵的流量和揚離心泵的流量和揚程可通過實驗測定。程可通過實驗測定。功率：單位時間內(nèi)液體自泵實際得到的功率稱功率：單位時間內(nèi)液體自泵實際得到的功率稱為泵的有效功率；用符號為泵的有效功率；用符號NeNe表示，單位表示，單位w w。有。有效功率與流量、揚程之間的關(guān)系為：效功率與流量、揚程之間的關(guān)系為：gHeqNev效率：泵在輸送流體過程中，不可避免有能量損失，因效率：泵在輸送流體過程中，不可避免有能量損失

39、，因此泵軸轉(zhuǎn)動所作的功不可能全部為液體所獲得通常用效此泵軸轉(zhuǎn)動所作的功不可能全部為液體所獲得通常用效率來反映能量損失，用符號率來反映能量損失，用符號表示。表示。 離心泵的效率與泵的大小、類型、制造精密程度和所離心泵的效率與泵的大小、類型、制造精密程度和所輸送液體的性質(zhì)有關(guān)。一般小型泵的效率為輸送液體的性質(zhì)有關(guān)。一般小型泵的效率為50507070，大，大型泵可達(dá)型泵可達(dá)9090左右。左右。 泵的有效功率泵的有效功率NeNe、軸功率、軸功率NaNa和效率和效率之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： =Ne=Ne/Na/Na3,/vq mhmH,pvPqvHqvqH Hq qv v曲線：曲線：qvqv ，H

40、H P Pq qv v曲線：曲線： qvqv ，P P q qv v為零時，消耗的功率最小為零時，消耗的功率最小 啟動泵時應(yīng)啟動泵時應(yīng)關(guān)閉出口閥，關(guān)閉出口閥，使啟動電流最小。使啟動電流最小。 q qv v曲線曲線：效率隨著流效率隨著流量的增大呈現(xiàn)先增后降的量的增大呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢變化趨勢, ,存在一個存在一個 maxmax。泵的銘牌的參數(shù)：與泵的銘牌的參數(shù)：與 maxmax對應(yīng)對應(yīng)的性能參數(shù)的性能參數(shù) 選型的依據(jù)選型的依據(jù)（3 3）離心泵的特性曲線）離心泵的特性曲線泵在與最高效率點相對應(yīng)的流泵在與最高效率點相對應(yīng)的流量和揚程下工作最為經(jīng)濟(jì)。量和揚程下工作最為經(jīng)濟(jì)。不同型號的離心泵有不同形

41、狀的特性曲線。不同型號的離心泵有不同形狀的特性曲線。離心泵的特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測定的，離心泵的特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測定的，泵的轉(zhuǎn)速改變時，泵的特性曲線也隨之改變。泵的轉(zhuǎn)速改變時，泵的特性曲線也隨之改變。（4 4）離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象）離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象 離心泵的安裝高度有一定的限度，這個限度取決于離心泵的安裝高度有一定的限度，這個限度取決于泵的吸上真空高度。泵的吸上真空高度。 （p p0 0p p1 1）/g/g稱為離心泵吸上真空高度，記作稱為離心泵吸上真空高度，記作HsHs。 p p1 1越小，越小，HsHs越大，越大，HgHg越大。越大。fhgugppHg2/ )(21

42、10 氣蝕發(fā)生時，泵的揚程顯著下降，同時產(chǎn)氣蝕發(fā)生時，泵的揚程顯著下降，同時產(chǎn)生震動和噪音。生震動和噪音。 為了避免氣蝕的發(fā)生，必須選擇適當(dāng)?shù)陌矠榱吮苊鈿馕g的發(fā)生，必須選擇適當(dāng)?shù)陌惭b高度。裝高度。 葉輪入口處最低壓力小于或等于液體的飽和蒸氣葉輪入口處最低壓力小于或等于液體的飽和蒸氣壓時，液體氣化，產(chǎn)生氣泡，氣泡到達(dá)高壓區(qū)受壓縮后壓時，液體氣化，產(chǎn)生氣泡，氣泡到達(dá)高壓區(qū)受壓縮后破滅，周圍液體以高速涌向汽泡中心。破滅，周圍液體以高速涌向汽泡中心。葉輪受沖擊而出葉輪受沖擊而出現(xiàn)剝落，泵體振動并發(fā)出噪音。此現(xiàn)象稱為氣蝕。現(xiàn)剝落，泵體振動并發(fā)出噪音。此現(xiàn)象稱為氣蝕。 泵的氣蝕剛發(fā)生時所對應(yīng)的吸上真空高度