食品工程原理第一章2.

1、uQ/A=G/(A)22241214udud211 2 G1G2G1=1 u1 A1 G2=2 u2 A2對于穩(wěn)定流動：G1=G21 u1 A1 =2 u2 A2穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程即對于不可壓縮流體u1 A1 = u2 A2對于圓形管道2)(1221dduu雷諾實驗裝置雷諾實驗裝置1-小瓶；小瓶；2-細(xì)管；細(xì)管；3-水箱；水箱；4-水平玻璃管；水平玻璃管；5-閥門；閥門；6-溢流裝置溢流裝置一、雷諾實驗一、雷諾實驗二、流動型態(tài)的判據(jù)二、流動型態(tài)的判據(jù)雷諾數(shù)雷諾數(shù)：流體在管內(nèi)流動時層流 Re 4000過渡流 2000 Re 4000duRe 例：例：20的水以的水以1.5m/s的平均流速在內(nèi)

2、徑為的平均流速在內(nèi)徑為50mm的圓管內(nèi)流動。已知的圓管內(nèi)流動。已知20水的密度和黏度分別為水的密度和黏度分別為998.2 kg/m3和和100.510-5 Pas，試判斷流動的型態(tài)。，試判斷流動的型態(tài)。S:流體與固體接觸周長（流道截面上潤濕周邊長度）由壓力差產(chǎn)生的推力 221)(rpp流體層間內(nèi)摩擦力 drudrldrudAF.)2(drudrlrpp.221)2()(rlppdrud2)(21.)(4)(2221.rRlppu（管壁處rR時，u0）積分可得速度分布方程 RdrrlpRRlprdrrRd8022420A4)(AuQ)(4)(2221.rRlppu（1-17）232dlup（1）

3、壓強(qiáng)損失44dQ128Q8lRlp由哈根-泊肅葉定律得用平均速度計算的壓強(qiáng)損失為等徑直管中2g32gphdluffhgugpzHgugpz2222222111摩擦損失（水頭損失）輸送設(shè)備的壓頭（揚程）g2h2udlf表示為其中沿程阻力系數(shù)Re6464du（達(dá)西公式）（達(dá)西公式）水力光滑與水力粗糙同幾何上的光滑與粗糙有區(qū)別水力光滑與水力粗糙同幾何上的光滑與粗糙有區(qū)別gudlhf22（達(dá)西公式）（達(dá)西公式）無論是層流還是同樣應(yīng)用（1）層流區(qū) Re 2320 Re64（2）臨界區(qū) 2320Re 4000計算方法有阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法計算方法有阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法guhf221.阻力系數(shù)法：將局部

4、阻力損失折合成管中平均速度表示阻力系數(shù)法：將局部阻力損失折合成管中平均速度表示 的動壓頭的倍數(shù)的動壓頭的倍數(shù)gudlhf22e2.當(dāng)量長度法：將局部阻力損失折合成具有相同直徑、長當(dāng)量長度法：將局部阻力損失折合成具有相同直徑、長 度為當(dāng)量長度度為當(dāng)量長度 的沿程阻力損失。的沿程阻力損失。elg22 udllhhheffffhgugpzHgugpz2222222111連續(xù)性方程：連續(xù)性方程：柏努利方程柏努利方程: : 阻力計算式阻力計算式：g22 udllhhhefffu1 A1 = u2 A2 = QfLupgzwupgz222222211122 udllLLLefff321ffffhhhh32

5、1QQQ不可壓縮流體Q1,d1Q3,d3Q2,d2水頭損失用泵將貯槽用泵將貯槽(通大氣通大氣)中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，如附圖如附圖 所示。泵的進(jìn)口管為所示。泵的進(jìn)口管為893.5mm的鋼管，堿液的鋼管，堿液在進(jìn)口管的流速為在進(jìn)口管的流速為1.5m/s，泵的出口管為，泵的出口管為76 2.5mm的鋼管。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離的鋼管。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為為7m，堿液經(jīng)管路系統(tǒng)的能量損失為，堿液經(jīng)管路系統(tǒng)的能量損失為40J/kg，蒸發(fā)器內(nèi)，蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在堿液蒸發(fā)壓力保持在 0.2kgf/cm2（表壓），堿液的

6、密度（表壓），堿液的密度為為1100kg/m3。試計算所需的外加能量。試計算所需的外加能量?；鶞?zhǔn)基準(zhǔn)fupupLgzgz2221222211w式中，式中，z1=0，z2 =7；p1=0(表壓表壓)，p2=0.2kgf/cm29.8104=19600Pa，u1 0,u2=u1(d2/d1)2=1.5( (89-23.5) /(76-22.5)2=2.0m/skgJhf/40代入上式，代入上式， 得得W=128.41J/kg解：解：解題要求規(guī)范化解題要求規(guī)范化(1)(1)選取截面選取截面連續(xù)流體連續(xù)流體；兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直。用柏努利方程式解題時的注意事項：用柏努利

7、方程式解題時的注意事項：(2)確定基準(zhǔn)面確定基準(zhǔn)面 基準(zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)。基準(zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)。強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)：只要在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個截面均可選用。：只要在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個截面均可選用。不過，為了計算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點和終點的不過，為了計算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點和終點的相應(yīng)截面，因為起點和終點的已知條件多。相應(yīng)截面，因為起點和終點的已知條件多。 (3)壓力壓力 柏努利方程式中的壓力柏努利方程式中的壓力p p1 1與與p p2 2只能同時使用表壓或絕對壓只能同時使用表壓或絕對壓力，不能混合使用。力，不能混合使用。(4)外加能量外加能量 外加能

8、量外加能量W W在上游一側(cè)為正，能量損失在下游一側(cè)為正在上游一側(cè)為正，能量損失在下游一側(cè)為正。 應(yīng)用式應(yīng)用式(1-32)(1-32)計算所求得的外加能量計算所求得的外加能量W W是對每是對每kgkg流體而言的。流體而言的。若要計算的軸功率，需將若要計算的軸功率，需將W W乘以質(zhì)量流量，再除以效率。乘以質(zhì)量流量，再除以效率。從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以壓。要求料液在管內(nèi)以0.5m/s的速度流動。設(shè)料液在的速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求（不包括出口壓頭損失），試求

9、高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？110022解解 ：選取：選取高位槽的液面作為高位槽的液面作為1-1截面，截面， 選在管出口處選在管出口處內(nèi)側(cè)為內(nèi)側(cè)為2-2截面，以截面，以0-0截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列截面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列柏努利方程，則有柏努利方程，則有0)(212212212fuupphzzg式中式中 p p1 1=p=p2 2=0=0（表壓）（表壓） u u1 1=0=0（高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以忽略不計速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以忽略不計）

10、u u2 2=1.5m/s=1.5m/sh hf f=1.2m=1.2mz z1 1-z-z2 2=x=x081. 92 . 10)0(25 . 02 xgx=1.2mx=1.2m 計算結(jié)果表明，動能項數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。計算結(jié)果表明，動能項數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。1 1、測速管（畢托管）、測速管（畢托管）2 2、孔板流量計、孔板流量計3 3、文丘里流量計、文丘里流量計4 4、轉(zhuǎn)子流量計、轉(zhuǎn)子流量計Ru1,p1U2=0p2u3外測壓孔外測壓孔管口管口1 測速管21RA1A0A2縮脈縮脈：流體截面流體截面 的最小處。的最小處。2 孔板流量計由由1 2，u, p

11、由由2 3， u, p 流體通過孔板后，流速可流體通過孔板后，流速可回到原來的值，即流經(jīng)孔板前回到原來的值，即流經(jīng)孔板前后流速不變，但靜壓卻沒有恢后流速不變，但靜壓卻沒有恢復(fù)到孔板前（截面復(fù)到孔板前（截面1處）的數(shù)處）的數(shù)值，流體在流經(jīng)孔板克服流動值，流體在流經(jīng)孔板克服流動阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)生阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)生的壓降無法復(fù)原，這部分壓降的壓降無法復(fù)原，這部分壓降稱為稱為永久壓力降永久壓力降。u01102233縮脈縮脈 R孔板流量計孔板流量計孔板流量計gRACis2Q00孔板流量計和文丘里流量計均是孔板流量計和文丘里流量計均是恒截面變壓差恒截面變壓差（變阻力）流量計。（變阻力）流量

12、計。恒壓差變截面恒壓差變截面的流量計的流量計轉(zhuǎn)子流量計。轉(zhuǎn)子流量計。3 3 文丘里管文丘里管 將測量管段制成如圖所示的將測量管段制成如圖所示的漸縮漸擴(kuò)管漸縮漸擴(kuò)管，避免了突然縮，避免了突然縮小和突然擴(kuò)大，阻力損失大大降低。這種管稱為小和突然擴(kuò)大，阻力損失大大降低。這種管稱為文丘里管文丘里管。在距文丘里管開始收縮處之前至少在距文丘里管開始收縮處之前至少1/2管徑處設(shè)為上游取壓口，管徑處設(shè)為上游取壓口，下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連接接U壓差計，就構(gòu)成壓差計，就構(gòu)成文丘里流量計文丘里流量計。 孔板流量計和文丘里流量計均是孔板

13、流量計和文丘里流量計均是恒截面恒截面變壓差變壓差（變阻力）流量計。變阻力流量計（變阻力）流量計。變阻力流量計是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔板），造成是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的連續(xù)性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關(guān)系。下面介紹另一種關(guān)系。下面介紹另一種恒壓差變截面恒壓差變截面的流的流量計量計轉(zhuǎn)子流量計。轉(zhuǎn)子流量計。4 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)與原理結(jié)構(gòu)與原理 組成組成：錐形玻璃管和轉(zhuǎn)子錐形玻璃管和轉(zhuǎn)子原理原理：轉(zhuǎn)子上下的壓差與轉(zhuǎn)子的凈轉(zhuǎn)子上下的壓差與轉(zhuǎn)子的凈重力（重力與浮力之差）相等

14、。重力（重力與浮力之差）相等。安裝及優(yōu)缺點 （1）永遠(yuǎn)垂直安裝，且下進(jìn)、上出， 安裝支路，以便于檢修。（2）讀數(shù)方便，流動阻力很小，測量范圍寬，測量精度較高； （3）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。6.1 概述概述 流體從 低處 高處； 低壓處 高壓處； 所在地 較遠(yuǎn)處； 需要對流體做功，增加流體的機(jī)械能。流體輸送設(shè)備（通用機(jī)械）：流體輸送設(shè)備（通用機(jī)械）：液體輸送設(shè)備 泵泵； 氣體輸送設(shè)備 通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)或真空泵；通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)或真空泵；作用作用：向系統(tǒng)輸入能量，補(bǔ)充所需機(jī)械能； 用于流體的輸送或加壓。泵的分類泵的分類1 按工作原理分按工作原理分葉片式

15、泵葉片式泵 有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪。有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪。 如離心泵、軸流泵、渦流泵。如離心泵、軸流泵、渦流泵。 往往 復(fù)復(fù) 泵泵 靠往復(fù)運動的活塞排擠液體。如活塞泵、柱塞泵等?？客鶑?fù)運動的活塞排擠液體。如活塞泵、柱塞泵等。 旋轉(zhuǎn)式泵旋轉(zhuǎn)式泵 靠旋轉(zhuǎn)運動的部件推擠液體。如齒輪泵、螺桿泵等?？啃D(zhuǎn)運動的部件推擠液體。如齒輪泵、螺桿泵等。清水泵清水泵 適用于粘度與水相近的、無腐蝕性、不含雜質(zhì)的流體，如適用于粘度與水相近的、無腐蝕性、不含雜質(zhì)的流體，如離心泵。離心泵。 油泵油泵 適用于高粘度的流體。如齒輪泵、旋轉(zhuǎn)泵等。適用于高粘度的流體。如齒輪泵、旋轉(zhuǎn)泵等。 耐腐蝕泵耐腐蝕泵 雜質(zhì)泵雜質(zhì)泵2 按用途分按用途分

16、6.2.1 離心泵離心泵的外觀6.2 6.2 葉片泵的主要性能和特性葉片泵的主要性能和特性吸上原理與氣縛、氣蝕現(xiàn)象葉輪中心低壓的形成液體高速離開離心泵啟動時，若泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度很低，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將儲槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，雖啟動離心泵也不能輸送液體。此種現(xiàn)象稱為，表示離心泵無自吸能力，所以必須在啟動前向殼內(nèi)灌滿液體。 離心泵工作時，在葉輪中心區(qū)域產(chǎn)生真空形成低壓而將液體吸上。如果形成的低壓很低，則離心泵的吸上能力越強(qiáng)，表現(xiàn)為吸上高度越高。但是，真空區(qū)壓強(qiáng)太低，以致于低于體的液飽和蒸汽壓，則被吸上的液體在真空區(qū)發(fā)生大量汽化產(chǎn)生氣泡。含氣泡的液體擠入

17、高壓區(qū)后急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體就以極高的速度流向氣泡中心，瞬間產(chǎn)生了極大的局部沖擊力，造成對葉輪和泵殼的沖擊，使材料受到破壞。把泵內(nèi)氣泡的形成和破裂而使葉輪材料受到破壞的過程，稱為。1離心泵的主要性能參數(shù)（1 1）壓頭（揚程）壓頭（揚程）H H：1N1N流體通過泵獲得的機(jī)械能。流體通過泵獲得的機(jī)械能。J/N, mHz壓頭的意義壓頭的意義注意區(qū)分揚程與注意區(qū)分揚程與升揚（升舉）高度的升揚（升舉）高度的區(qū)別區(qū)別測量離心泵壓頭的方法測量離心泵壓頭的方法guugppzzH2)(21221212（2 2）流量流量 Q ，/或m3/泵的流量（又稱送液能力）是指單位時間內(nèi)泵的流

18、量（又稱送液能力）是指單位時間內(nèi)泵所輸送的液體體積。泵所輸送的液體體積。（4 4）軸功率）軸功率P P ：單位時間單位時間原動原動機(jī)輸入泵軸的能量機(jī)輸入泵軸的能量有效功率有效功率PePe： 單位時間液體獲得的能量（單位時間液體獲得的能量（W W）gHQPe（5 5）效率）效率 ： = = P Pe e/ P/ P 100%100%（3 3）( (葉輪葉輪) )轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n： 1000300010003000r/minr/min；2900r/min2900r/min常見常見泵運轉(zhuǎn)過程中存在以下三種損失：泵運轉(zhuǎn)過程中存在以下三種損失：容積損失容積損失 該損失是指葉輪出口處高壓液體該損失是指葉輪出

19、口處高壓液體因機(jī)械泄漏返回葉輪入口所造成的因機(jī)械泄漏返回葉輪入口所造成的能量損失。在三種葉輪中，開式葉能量損失。在三種葉輪中，開式葉輪的容積損失較大，但在泵送含固輪的容積損失較大，但在泵送含固體顆粒的懸浮液時，葉片通道不易堵塞；閉式葉輪的滲漏量較小，體顆粒的懸浮液時，葉片通道不易堵塞；閉式葉輪的滲漏量較小，但在磨損后滲漏便嚴(yán)重。但在磨損后滲漏便嚴(yán)重。 水力損失水力損失 該損失是由于實際流體在泵內(nèi)有限葉片作用下各種摩擦損失該損失是由于實際流體在泵內(nèi)有限葉片作用下各種摩擦損失機(jī)械損失機(jī)械損失 泵運轉(zhuǎn)時，由于泵軸與軸承，填料函，（活塞與泵缸）等處摩擦而泵運轉(zhuǎn)時，由于泵軸與軸承，填料函，（活塞與泵缸）

20、等處摩擦而引起的機(jī)械能損失。引起的機(jī)械能損失。6.2.2 正位移泵的主要性能參數(shù)往復(fù)泵往復(fù)泵的流量和壓頭（1）理論平均流量單動AsnQ理雙動snaAQ 2理（2）實際平均流量=容積效率理論平均流量理QQV（3）往復(fù)泵的壓頭 擠壓供液，H任意高。 材料強(qiáng)度，密封，電機(jī)負(fù)載（4）功率和效率計量泵隔膜泵齒輪泵齒輪泵 剖開2.8.3.5 螺桿泵6.2.3泵的特性曲線HQPQQ廠家實驗測定廠家實驗測定產(chǎn)品說明書產(chǎn)品說明書 一定轉(zhuǎn)數(shù)下，20C清水(1)葉片式泵的特性泵的銘牌上所列的數(shù)值均指該泵在效率最高點時的性能/hm,3QmH,QHQPQ離心泵特性曲線(2)正位移泵的特性qVHqVqVT 往復(fù)泵特性曲線12345往復(fù)泵裝置簡圖1泵缸2活塞3活塞桿4吸入閥5排出閥6.3 離心泵的安裝高度安裝高度: 問題：液面到泵入口處的垂直距離(Zs)安裝高度有無限制？ZsssaaPas2ssah2Zsfgugpp由上式可見，在流速，阻力及大氣壓變化不大時要使吸上高度Zs增大，則（Pa-Ps)越大越好，即Ps越小越好。