化工基礎(chǔ)-第二章-流體流動(dòng)與輸送課件

1、第二章 流體的流動(dòng)與輸送2022/7/16主要內(nèi)容第一節(jié):流體靜力學(xué)第二節(jié):流體流動(dòng)第三節(jié):流體流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算第四節(jié):流體流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算第五節(jié):管內(nèi)流體阻力第六節(jié):流體流量的測(cè)定第七節(jié):流體輸送設(shè)備2022/7/16前言 流體是氣體與液體的總稱 具有流動(dòng)性；無(wú)固定形狀； 受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 流體流動(dòng)是最普遍的化工單元操作之一； 假定流體是由無(wú)數(shù)內(nèi)部緊密相連、彼此間沒(méi)有間隙的流體質(zhì)點(diǎn)或微團(tuán)所組成的連續(xù)介質(zhì)不可壓縮流體：可壓縮性流體：連續(xù)性假定由大量分子構(gòu)成的微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子自由程理想流體理想流體是指不具有粘度，流動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力的流體2022/7/16

2、第 二 章 流體流動(dòng)與輸送一、相對(duì)密度二、壓強(qiáng)三、流體靜力學(xué)方程四、流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用第 一 節(jié) 流體靜力學(xué)2022/7/16密度定義 單位體積的流體所具有的質(zhì)量，; SI單位kg/m3一、密度和相對(duì)密度液體（不可壓縮流體）氣體（可壓縮性流體） 由理想氣體方程求得操作條件（T, P）下的密度標(biāo)況下2022/7/162.混合物的密度 （1）液體混合物的密度m 取質(zhì)量為m總液體，令液體混合物中各組分的質(zhì)量分率分別為假設(shè)混合后總體積不變，液體混合物密度計(jì)算式2022/7/16例 已知硫酸與水的密度分別為1830kg/m3與998kg/m3，試求含硫酸為60%（質(zhì)量）的硫酸水溶液的密度為若干。 解：

3、根據(jù)式：m=1372kg/m32022/7/16（2)氣體混合物的密度m取體積為V總的氣體,令各組分的體積分率為:1, 2, n 其中:i =1, 2, ., n混合物中各組分的質(zhì)量為：若混合前后,氣體的質(zhì)量不變， 氣體混合物密度計(jì)算式當(dāng)混合物氣體可視為理想氣體時(shí), 理想氣體混合物密度計(jì)算式混合氣體的平均摩爾質(zhì)量2022/7/16例 已知干空氣的組成為：O221%、N278%和Ar1%（均為體積%），試求干空氣在壓力為9.81104Pa及溫度為100時(shí)的密度。 干空氣的平均摩爾質(zhì)量 Mm=320.21+280.78+39.90.01 =28.9610-3kg/mol2022/7/16（1）比容

4、：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的流體所具有的體積，用表示， 單位為m3/kg（2）比重(相對(duì)密度)：某物質(zhì)的密度與4下的水的密度的比 值，用 d 表示在數(shù)值上:3.與密度相關(guān)的幾個(gè)物理量硫酸的相對(duì)密度d420=1.842022/7/16 SI制單位：N/m2，即Pa 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、工程大氣壓、流體柱高度二、壓強(qiáng) 流體垂直作用于單位表面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)1.壓強(qiáng)的定義換算關(guān)系為：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm = 101325N/m2 =10332.5kgf/m2= 1.03325 kgf/cm2 =760mmHg =10.33m H2O工程大氣壓1at =1kgf/cm2 =9.807104Pa=736mmH

5、g =10mH2O2022/7/16壓強(qiáng)的表示方法（1）絕對(duì)壓強(qiáng)（絕壓）： 流體體系的真實(shí)壓強(qiáng)稱為絕對(duì)壓強(qiáng)（2）表壓強(qiáng)（表壓）：壓力表上讀取的壓強(qiáng)值稱為表壓表壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)-大氣壓強(qiáng) （3）真空度：真空表的讀數(shù) 真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓強(qiáng)=-表壓絕對(duì)真空、大氣壓力2022/7/16絕對(duì)壓強(qiáng)、真空度、表壓強(qiáng)的關(guān)系為 絕對(duì)零壓線大氣壓強(qiáng)線A絕對(duì)壓強(qiáng)表壓強(qiáng)B絕對(duì)壓強(qiáng)真空度 當(dāng)用表壓或真空度來(lái)表示壓強(qiáng)時(shí)，應(yīng)分別注明 如：4103Pa（真空度）、200KPa（表壓）2022/7/16【例2-1】 一臺(tái)操作中的離心泵，進(jìn)出口壓力表的讀書分別為38kPa(真空度）和138kPa（表壓強(qiáng)），當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為1工

6、程大氣壓，試求（1）泵進(jìn)口與出口的絕對(duì)壓力; 絕對(duì)零壓線大氣壓強(qiáng)線AB60.07kPa38kPa1工程大氣壓=98.07kPa解：進(jìn)口絕對(duì)壓力p1=98.07-38=60.07kPa出口絕對(duì)壓力p2=98.07+138=236.07kPa138kPa326.07kPa2022/7/16重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：（1）上端面所受總壓力 （2）下端面所受總壓力 （3）液柱的重力設(shè)流體不可壓縮，p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下三、流體靜力學(xué)方程1.方程的推導(dǎo)2022/7/16液柱處于靜止時(shí)，上述三項(xiàng)力的合力為零:流體的靜力學(xué)方程 1靜止流體內(nèi)部的靜壓強(qiáng)僅與垂直位置有關(guān)，而與同一水平不

7、同位置無(wú)關(guān)，位置越低，壓強(qiáng)越大2.壓強(qiáng)與流體的密度有關(guān)3.液面上所受的壓強(qiáng)能以同樣大小傳遞到 液體內(nèi)部的任一點(diǎn)2022/7/16壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量U形壓差計(jì) 雙液體U管壓差計(jì) 液位測(cè)量液封高度的計(jì)算 四、靜力學(xué)方程的應(yīng)用2022/7/161） U形管壓差計(jì) A與A面為等壓面，即p1p2mRAA（1）壓強(qiáng)與壓強(qiáng)差的測(cè)量若被測(cè)流體是氣體， 設(shè)指示液的密度為被測(cè)流體的密度為不反應(yīng)不互溶則有2022/7/16當(dāng)將U形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，可測(cè)得流體的表壓或真空度表壓真空度p1pap1paU行壓差計(jì)測(cè)量流體壓強(qiáng)2022/7/16【例】 如附圖所示，水在水平管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體在某截面

8、處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù)R250mm，m900mm。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，水的密度1000kg/m3，水銀的密度13600kg/m3。試計(jì)算該截面處的壓強(qiáng)pA= pA pA=p+gm + 0 gRpA= papa =p+gm + 0 gRp = pa -gm -0 gR解:絕對(duì)壓力pa p=gm + 0 gR真空度2022/7/16p1p2z2RAAz1【例1-3】 如附圖所示，密度為的流動(dòng)從傾斜管路中流過(guò)，用U形壓差計(jì)測(cè)量管路中兩截面1、2的壓力差，試推導(dǎo)p的表達(dá)式。pA= pA 解:2022/7/162）雙液體U管壓差計(jì)（微壓計(jì)） 擴(kuò)大室內(nèi)徑與U

9、管內(nèi)徑之比應(yīng)大于10 密度接近但不互溶的兩種指示液A和B適用于壓差較小的場(chǎng)合ABcd2022/7/162.液位的測(cè)定 上端與容器頂部連通，下兩與容器底部連通2022/7/163.液封 液封作用：防止氣柜內(nèi)氣體泄漏確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體從液封管排出；液封高度：2022/7/16第一章 流體流動(dòng)一、流體的流量與流速二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)三、流動(dòng)型態(tài)四、牛頓粘性定律五、邊界層及邊界層分離六、流體在管內(nèi)的流速分布第二節(jié) 流體流動(dòng)2022/7/16 一、流體的流量與流速 1、流量 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱為流量 若流量用體積來(lái)計(jì)量，稱為體積流量qv；單位：m3/s(

10、h) 若流量用質(zhì)量來(lái)計(jì)量，稱為質(zhì)量流量qm；單位：kg/s(h) 體積流量和質(zhì)量流量的關(guān)系是： 2、流速 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離，稱為流速u單位為：m/s數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2022/7/16對(duì)于圓形管道：流量qV一般由生產(chǎn)任務(wù)決定4.流速選擇3.管徑的估算 流動(dòng)阻力 動(dòng)力消耗 操作費(fèi)均衡考慮費(fèi)用總費(fèi)用設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)d設(shè)備費(fèi)用uu適宜2022/7/16管徑的表示方法： mn: m管外徑；n 管厚度；d=(m-2n)2022/7/16二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)1.穩(wěn)態(tài)流動(dòng)2.非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)流體流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，任一空間位置流量、流速、壓強(qiáng)和密度等有關(guān)物理量不僅隨位置而改變，而且隨時(shí)間而變的流動(dòng)流體流動(dòng)

11、系統(tǒng)內(nèi)，任一空間位置流量、流速、壓強(qiáng)和密度等有關(guān)物理量?jī)H隨位置而改變，不隨時(shí)間而改變的流動(dòng)2022/7/162022/7/162022/7/16三、流動(dòng)型態(tài)湍流或紊流流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合層流或滯流流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合過(guò)渡區(qū)1.雷諾實(shí)驗(yàn)2022/7/162.判斷流型雷諾準(zhǔn)數(shù)例長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間量綱分析:Re2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re 4000 （2）umax=20000.001/(0.02

12、5998.2)=0.08 m/s 2022/7/16 流體的內(nèi)摩擦力：運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的作 用力。又稱為粘滯力或粘性摩擦力Fuududyu流體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為流體的粘性 四、牛頓粘性定律衡量流體黏性大小的物理量，稱為流體的粘度2022/7/16牛頓粘性定律（高分子溶液，膠體溶液及懸浮溶液）剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體牛頓型流體：（氣體和大多數(shù)液體的層流）不符合牛頓粘性定律的流體非牛頓型流體：式中：F內(nèi)摩擦力，N 剪應(yīng)力，Pa法向速度梯度，1/s比例系數(shù)，稱為流體的粘度，Pas2022/7/16流體的粘度物理意義粘度與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系 促使流體流動(dòng)

13、產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力只有在運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)粘度總是與速度梯度相聯(lián)系液體 :T 氣體 : T p 分子間的相互作用分子間相互碰撞2022/7/16粘度的單位 在SI制中： 在物理單位制中， SI單位制和物理單位制粘度單位的換算關(guān)系為： 2022/7/16邊界層：主流區(qū):五、 邊界層及邊界層分離 流速基本不變化，u99%u0,速度梯度很小阻力不可忽略較大速度梯度的流體層區(qū)域粘度總是與速度梯度相聯(lián)系可視為理想流體阻力可以忽略，壁面附近流速變化較大的區(qū)域，u=099%u0的區(qū)域2022/7/161、邊界層的形成平板：2022/7/16圓管進(jìn)口段長(zhǎng)度層流湍流層流時(shí) L0/d=0.0575Re湍流時(shí)

14、L0/d=50100進(jìn)口段長(zhǎng)度2022/7/162、邊界層分離 當(dāng)流體流過(guò)非流線型物體時(shí)會(huì)發(fā) 生邊界層脫離壁面的現(xiàn)象，稱為邊界層分離ACC加速減壓減速加壓邊界層速度減為零駐點(diǎn)B1.流道擴(kuò)大時(shí)必造成逆壓強(qiáng)梯度2.逆壓強(qiáng)梯度容易造成邊界層的分離3.邊界層分離造成大量漩渦，增大機(jī)械能損耗形體阻力摩擦阻力局部阻力2022/7/16六、流體在管內(nèi)的速度分布 速度分布：流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)截面上各點(diǎn)速度隨該點(diǎn)與管中心的距離的變化關(guān)系 1.層流時(shí)的速度分布 2.層流速度分布方程2022/7/16作用于流體單元右端的總壓力為： 作用于流體單元四周的剪切力為： 作用于流體單元左端的總壓力為：管壁處rR時(shí)，02022

15、/7/16代入上式得：滯流流動(dòng)時(shí)圓管內(nèi)速度分布式 2022/7/162.圓管內(nèi)湍流流動(dòng)的速度分布 4104Re1.1105時(shí)，n=6； 1105Re3.2106時(shí)，n=10 。湍流流動(dòng)時(shí)圓管內(nèi)速度分布式 2022/7/16第一章 流體流動(dòng)第三節(jié) 流體流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算連續(xù)性方程2022/7/16連續(xù)性方程式 對(duì)于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)，在管路中流體沒(méi)有增加和漏失的情況下： 推廣至任意截面 連續(xù)性方程式11222022/7/16不可壓縮性流體，圓形管道 ： 即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)徑的平方成反比 。例2022/7/16例 如附圖所示，管路由一段894mm的管1、一段1084mm的管2和兩

16、段573.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9103m3 /s的體積流量流動(dòng)，且在兩段分支管內(nèi)的流量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。3a123b解:2022/7/16第一章 流體流動(dòng)與輸送第四節(jié) 流體流動(dòng)系統(tǒng)的能量衡算伯努利方程2022/7/16柏努利方程總能量衡算E失2022/7/16 流體因處于重力場(chǎng)內(nèi)，因?yàn)殡x基準(zhǔn)面有一定高度而具有的能量位能： 單位質(zhì)量流體的位能 流體以一定的流速流動(dòng)而具有的能量動(dòng)能：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體所具有的動(dòng)能 單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量流量qm的流體的位能 單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量流量qm的流體的動(dòng)能 壓力能 通過(guò)某截面的流體具有的用于克服壓力功的能量 2022/7/16流體在截面1-1處

17、所具有的壓力 流體通過(guò)截面所走的距離為 流體通過(guò)截面的壓力能 單位質(zhì)量流體所具有的壓力能 單位時(shí)間內(nèi)流體的壓力能 流體內(nèi)部因分子運(yùn)動(dòng)而具有的能量熱力學(xué)能：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體的內(nèi)能以U表示，單位J/kg單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量流量qm的流體的內(nèi)能=qmU (J/s)2022/7/16由輸送機(jī)械獲得的能量：W(W、J/s)由換熱器提供的熱量Q(W、J/s) 單位質(zhì)量流體由泵獲得的能量 單位質(zhì)量流體由換熱器獲得的熱量摩擦能量損耗E失(W、J/s) 單位質(zhì)量流體摩擦能量損耗2022/7/16總能量衡算衡算范圍：1-12-2截面衡算基準(zhǔn)：?jiǎn)挝粫r(shí)間（s）衡算對(duì)象：總能量輸入系統(tǒng)的能量輸出系統(tǒng)的能量流體流動(dòng)過(guò)程的能量衡算方

18、程為單位J/S實(shí)際流體的伯努利方程2022/7/16衡算基準(zhǔn)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流體衡算基準(zhǔn)：?jiǎn)挝恢亓苛黧wJ/N=m位壓頭動(dòng)壓頭靜壓頭有效壓頭壓頭損失總壓頭揚(yáng)程2022/7/16伯努利方程的討論 （2）對(duì)于靜止的，不可壓縮性流體，即W=0，E失=0，u1=u2=0，則伯努利方程變?yōu)椋?）若無(wú)輸送機(jī)械（w=0),是理想流體（E失=0）理想流體的伯努利方程2022/7/16柏努利方程的解題要點(diǎn) (1) 作圖并確定衡算范圍 根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，并指明流體的流動(dòng)方向，定出上下截面，以明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍(2) 截面的截取 兩截面都應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，并且兩截面的流體必須是連續(xù)的，所求得未知量應(yīng)在兩截面

19、或兩截面之間，截面宜選在已知量多、計(jì)算方便的地方2022/7/16(3) 基準(zhǔn)水平面的選取 基準(zhǔn)水平面的位置可以任意選取，但必須與地面平行，為了計(jì)算方便，通常取基準(zhǔn)水平面通過(guò)衡算范圍的兩個(gè)截面中的任意一個(gè)截面。 (4) 單位必須一致 在應(yīng)用柏努利方程之前，應(yīng)把有關(guān)的物理量換算成一致的單位，然后進(jìn)行計(jì)算。兩截面的壓強(qiáng)除要求單位一致外，還要求表示方法一致2022/7/16【例2-2】解：取高位槽液面為1-1截面，虹吸管出口內(nèi)測(cè)截面為2-2截面，以2-2截面為基準(zhǔn)面z1=h,z2=0,p1=p2=0(表壓）He=0u10,u2=1m/shf=20J/kg2022/7/16第 一 章 流體流動(dòng)與輸送一

20、、直管阻力損失計(jì)算通式二、層流流動(dòng)的阻力損失計(jì)算三、湍流摩擦阻力計(jì)算與量綱 分析法四、 非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力五、局部阻力損失計(jì)算第 五 節(jié) 管內(nèi)流動(dòng)阻力2022/7/16管路中的阻力直管阻力 ：局部阻力： 沿程阻力流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大及縮小等局部地方所引起的阻力單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)所損失的能量，J/kg單位重量流體流動(dòng)時(shí)所損失的的能量 ，m單位體積的流體流動(dòng)時(shí)所損失的能量 ，Pa壓頭損失壓力損失壓強(qiáng)降2022/7/16一、直管阻力損失計(jì)算2022/7/16與比較，得：摩擦系數(shù)直管阻力損失計(jì)算通式（范寧公式） J/kg2022/7/16pam摩擦系數(shù)的物理意義1牛頓流體在管

21、道中流經(jīng)一段與管徑相等的距離所造成的壓頭損失與其所具有的動(dòng)壓頭之比范寧因子壓頭損失壓力損失2022/7/16二、層流流動(dòng)時(shí)的阻力損失計(jì)算 層流流動(dòng)時(shí)的計(jì)算公式2022/7/16 主要依靠實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 實(shí)驗(yàn)應(yīng)在量綱分析法指導(dǎo)下進(jìn)行。三、湍流時(shí)的摩擦阻力計(jì)算與量綱分析法 1.量綱分析法與湍流時(shí)的摩擦系數(shù) （1）通過(guò)初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和較系統(tǒng)的分析，找出影響過(guò)程的主要因素。湍流時(shí)影響摩擦系數(shù)的主要因素有： 絕對(duì)粗糙度：管道壁面凸出部 分的平均高度2022/7/16(2)用冪函數(shù)表示各物理量間關(guān)系(3)以基本量綱質(zhì)量（M）、長(zhǎng)度(L)、 時(shí)間(T) 表示各物理量： d =m =L u =ms-1=

22、 LT-1 = kgm-3= ML-3 = Pas= N.m-2.s=kgm.s-2.m-2.s= M L-1T -1（4）根據(jù)量綱一致性原則確定上述待定指數(shù) 忽略粗糙度的影響2022/7/16b=-e; c=-e; a=-e考慮粗糙度的影響三者函數(shù)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，稱為莫狄（Moody）摩擦系數(shù)圖 2022/7/162.粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對(duì)粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。相對(duì)粗糙度 ： 絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值。 層流流動(dòng)時(shí)：2022/7/162022/7/16 湍流流動(dòng)時(shí)： 水力光滑管只與Re有關(guān)

23、，與 無(wú)關(guān) 湍流粗糙管 與 、 Re均有關(guān)L極小 （完全湍流粗糙管） 湍流粗糙管 與 、 Re均有關(guān)只與 ,與Re無(wú)關(guān)2022/7/163.湍流時(shí)阻力損失計(jì)算查圖法經(jīng)驗(yàn)公式法 柏拉修斯(Blasius)光滑管公式 適用范圍為Re=51031105 粗糙管：光滑管：顧毓珍公式：適用范圍為Re =31033106值的確定2022/7/16水力光滑管2022/7/16（1）層流區(qū)（Re 2000） 與 無(wú)關(guān)，與Re為直線關(guān)系，即 ,即 與u的一次方成正比。（2）過(guò)渡區(qū)（2000ReA1，阻力系數(shù) =1管入口： A1A2，阻力系數(shù) =0.52022/7/16例一搖板式止逆底閥10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)900彎頭一個(gè)標(biāo)

24、準(zhǔn)截止閥（全開）一個(gè)閘閥（全開）求輸送單位質(zhì)量流體需要提供的機(jī)械能qv=6m3.h-138mm3mml=20mJ.kg-1He2022/7/16管中流速總阻力2022/7/162022/7/16第一章 流體流動(dòng)與輸送一、孔板流量計(jì)二、轉(zhuǎn)子流量計(jì)第六節(jié) 流體流量測(cè)量2022/7/16一、孔板流量計(jì)孔板1、孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理利用測(cè)量壓強(qiáng)差的方法測(cè)量流體流量2022/7/16在1-1和2-2間列柏努利方程，略去阻力損失 2、流量方程2022/7/16C0-孔流系數(shù)，C0=f( A0/A1,Re1 ) 0.60.7文丘里流量計(jì)0.980.99孔板流量計(jì)流量計(jì)算公式2022/7/16二、轉(zhuǎn)子流量

25、計(jì)1、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理轉(zhuǎn)子受力平衡向上推力+浮力=重力 2、流量方程在轉(zhuǎn)子的上下兩截面處列伯努利方程2022/7/16在1-1和2-2截面間列柏努利方程 21122022/7/16刻度換算標(biāo)定流體：20水（1000kg/m3 ） 20、101.3kPa下空氣（ 1.2kg/m3） 轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠時(shí)一般是根據(jù)20的水或20、0.1MPa下的空氣進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定的，并將流量值刻在玻璃管上式中：1標(biāo)定流體 2被測(cè)流體氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì) 例2022/7/16例 以水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)用來(lái)測(cè)量酒精的流量。已知轉(zhuǎn)子的密度為7700 kg/m3，酒精的密度為790 kg/m3，當(dāng)轉(zhuǎn)子的刻度相同時(shí)，酒精的流

26、量比水的流量大還是??？試計(jì)算刻度校正系數(shù)。 解：酒精流量比水大2022/7/16第一章 流體流動(dòng)與輸送一、離心泵的構(gòu)造及工作原理二、往復(fù)泵三、旋轉(zhuǎn)泵四、真空泵第七節(jié) 流體輸送設(shè)備2022/7/16閉式葉輪開式葉輪 半閉式葉輪 一離心泵的構(gòu)造和工作原理1.離心泵的構(gòu)造葉輪泵殼使液體的能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能 將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳給液體,使液體的能量有所提高匯集液體，作導(dǎo)出液體的通道；2022/7/162.離心泵的工作原理常壓流體離心力葉輪旋轉(zhuǎn)高速流體逐漸擴(kuò)大蝸形泵殼 高壓流體離心泵的操作灌液克服氣縛現(xiàn)象啟動(dòng)先關(guān)閉出口閥門，再合閘運(yùn)轉(zhuǎn)逐步開啟出口閥門，調(diào)節(jié)流量停車先關(guān)閉出口閥門，再拉閘2

27、022/7/162022/7/16 氣 縛 離心泵啟動(dòng)時(shí)，如果泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力很小，葉輪中心處產(chǎn)生的低壓不足以造成吸上液體所需要的真空度，這樣，離心泵就無(wú)法工作，這種現(xiàn)象稱作“氣縛”。 為了使啟動(dòng)前泵內(nèi)充滿液體，在吸入管道底部裝一止逆閥。此外，在離心泵的出口管路上也裝一調(diào)節(jié)閥，用于開停車和調(diào)節(jié)流量。2022/7/163.離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的性能參數(shù)：揚(yáng)程、流量、軸功率和效率 (1) 離心泵的揚(yáng)程又稱為泵的壓頭泵對(duì)單位重量的液體所提供的有效能量，He=f (結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速、流量）實(shí)驗(yàn)測(cè)定2 21 1以He表示，單位為m2022/7/

28、16根據(jù)1-1,、2-2,兩截面間的柏努利方程：(忽略阻力損失) 忽略流速平方差指離心泵在單位時(shí)間里排到管路系統(tǒng)的液體體積一般用qv 表示，單位為m3/s 或 m3/h(2)離心泵的流量 qv=f(結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速）又稱為泵的送液能力2022/7/16電機(jī)的葉輪將電機(jī)的能量傳給液體的過(guò)程中，所做的功不能全部都為液體所獲得，通常用效率來(lái)反映能量損失(3)離心泵的功率和效率 電機(jī)輸給泵軸的功率,用P表示，單位為J/S或W有效功率：流體實(shí)際獲得的功率，用Pe表示 軸功率：?jiǎn)挝粸镴/S或W軸功率和有效功率之間的關(guān)系為 ：2022/7/16有效功率可表達(dá)為 軸功率可直接利用效率計(jì)算4.離心泵的特性曲線

29、He、 、 P與qv的關(guān)系， Heqv、qv 、 Pqv離心泵的特性曲線注意：特性曲線隨轉(zhuǎn)速而變 各種型號(hào)的離心泵都有本身獨(dú)自的特性曲線，但形狀基本相似，具有共同的特點(diǎn) 2022/7/163）qv曲線：隨著流量的增大，泵的效率將上升并達(dá)到一個(gè)最大值，以后流量再增大，效率便下降1）Heqv曲線：壓頭普遍隨流量的增大而下降2）Pqv曲線：軸功率隨流量的增加而上升，流量為零時(shí)軸功率最小啟動(dòng)泵時(shí)，應(yīng)關(guān)閉出口閥，以保護(hù)電機(jī)92% 高效區(qū)（工作范圍）2022/7/16例hf =52.0qm=1.5kg.s-1d25mm=50%=1840kg.m-3Hf=hf /g2022/7/16例 用離心泵將20水從水

30、池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為573.5mm的鋼管，總長(zhǎng)為220m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。用孔板流量計(jì)測(cè)量水流量，孔徑為20mm，流量系數(shù)為0.61，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為400mmHg。摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：（1）水流量，m3/h；（2）每kg水經(jīng)過(guò)泵 所獲得的機(jī)械能1211,22,解：（1）2022/7/16（2）在 面間列柏努利方程 ：總阻力損失 Z1=0 Z2=12; p1= p2 =0（表壓); u1=u2=02022/7/16安裝高度: 液面到泵入口處的垂直距離(Hg)安裝高度有無(wú)限制？5.離心泵的安裝高度Hg，則p1當(dāng)p1pv，液體部

31、分汽化汽泡被拋向外圍凝結(jié)局部真空壓力升高周圍液體高速?zèng)_向汽泡中心 撞擊葉片(水錘)泵體振動(dòng)并發(fā)出噪音He , qv ，, 嚴(yán)重時(shí)不送液；時(shí)間長(zhǎng)久，水錘沖擊和化學(xué)腐蝕，損壞葉片氣蝕2022/7/16允許吸上真空高度（9.81104pa,20,清水）泵入口管的動(dòng)壓頭吸入管徑大于輸出管徑吸入管路壓頭損失減少吸入管路的管件閥門極限高度2022/7/16例:某工段領(lǐng)到一臺(tái)離心泵，泵的銘牌上標(biāo)著：流量qv=20m3.h-1,揚(yáng)程He=30.8米水柱，轉(zhuǎn)速n=2900轉(zhuǎn)分，允許吸上真空高度Hs=7.2m,泵的流量和揚(yáng)程均符合要求，若已知管路的全部阻力為1.8米水柱，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?36mmHg,試計(jì)算：1

32、.輸送20水時(shí)泵的安裝高度為多少？2.輸送90水時(shí)泵的安裝高度又為多少？7.21.8（1） =5.4（2） 70.1 103965.32022/7/16例qv=100m3.h-1=1200kg.m-3159mm4.5mml=150mP1=0.1MPa(絕壓） ; p2=0.05MPa（表壓）=0.03He=17.1m qv=0.0306m3.s-117.1m2022/7/16本章復(fù)習(xí)一、填空題：1.已知蘭州的大氣壓力為640mmHg，試將壓力表示為 atm、 kgf/cm2、 mH2O、 m液柱（此液體的密度為800 kg/m3）、 Pa。2液體的密度隨T上升而 ，氣體密度與 和 有關(guān)。3已知通過(guò)某一截面的溶液流量為30m3/h，溶液的密度為1200kg/m3，該截面處管子的內(nèi)徑為0.08m，則流速= 、質(zhì)量流速= 、質(zhì)量流量= 。2022/7/164. 已知管內(nèi)徑為0.02m，粘度為1.1厘泊，密度為1050kg/m3的液體以每小時(shí)2m3的流量流動(dòng)，則流型為 5在完全湍流情況下，如管路系統(tǒng)不變，流量增大一倍，阻力 6阻力平方