流體流動過程課件

1、2022/7/24121 一些基本概念 21.1 流體流體 氣體 液體 把流體視為由無數個流體微團（或流體質點）所組成，這些流體微團緊密接觸，彼此沒有間隙。這就是連續(xù)介質模型（或連續(xù)性假定）。流體微團（或流體質點）： 宏觀上足夠小，以致于可以將其看成一個幾何上沒有維度的點；同時微觀上足夠大，它里面包含著許許多多的分子，其行為已經表現(xiàn)出大量分子的統(tǒng)計學性質。2022/7/242 2可壓縮性 流體在外部溫度和壓力作用下，流體分子間的距離會發(fā)生一定的改變，表現(xiàn)為流體密度大小的變化。工程上：流體 可壓縮流體 不可壓縮流體密度為常數 流體的特征 1易流動性 當流體受到外部切向力作用時，易于變形而產生流動

2、。 3無固定形狀 流體沒有固定的形狀，隨容器的形狀而變化2022/7/243 理想流體 指不具有粘度，流動時不產生摩擦阻力的流體。 理想液體 不具有粘度的液體，流動時不產生摩擦阻力的液體。具有不可壓縮、受熱不膨脹的性質。 理想氣體 不具有粘度的氣體，流動時不產生摩擦阻力的氣體。服從理想氣體狀態(tài)方程.2022/7/244理想氣體狀態(tài)方程以當時條件與標準條件對比時：2022/7/24521.2 流體的密度、相對密度和比容1流體的密度 獲得方法：（1）查物性數據手冊影響因素：流體種類、濃度、溫度、壓力（2）公式計算：液體混合物：氣體：-理想氣體狀態(tài)方程氣體混合物：流體的密度單位體積流體的質量。用表示

3、，屬于物 性。 國際單位用kg/m3 2022/7/2462. 相對密度 是指給定條件下某一物質的密度1與另一參考物質的密度2之比。比容 是指單位質量的物料所具有的體積,是密度的倒數。2022/7/24721.3 流體的壓強及其測量 一、流體的壓強-流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的壓強，用p表示，工程上習慣稱之為壓力。1 壓強的單位SI 制中， N/m2 = Pa，稱為帕斯卡物理學（cgs制）中，絕對大氣壓（atm）； 毫米汞柱（mmHg）；米水柱（m水柱）等工程單位制中， kgf/cm2,稱為工程大氣壓（at）。2022/7/2481at(工程大氣壓）=1 kgf/cm2 =735.

4、6mmHg = 10mH2O =98.07 103 Pa (1kgf=9.81N)1 atm(標準大氣壓)=1.013105 Pa =760 mmHg =10.33 mH2O2022/7/2492 壓強的基準壓強大小的兩種表征方法絕對壓力表壓表壓絕對壓力當地大氣壓真空度當地大氣壓絕對壓力絕對壓強表壓大氣壓真空度絕對壓強絕對零壓線大氣壓線21.3 流體的壓強及其測量2022/7/2410 二、流體靜力學基本方程式流體所受到的力質量力表面力如重力、離心力等，屬于非接觸性的力。法向力切向力(剪力)(壓力)靜止流體所受到的力質量力法向力- 單位面積上的壓力稱為壓強, 習慣上稱為靜壓力。- 重力場中單位

5、質量流體所受 質量力,即為重力加速度。2022/7/2411p0z2p1p2Gz1z0 如圖所示：容器中盛有密度為的靜止液體?，F(xiàn)從液體內部任意劃出一底面積為A的垂直液柱。若以容器底部為基準水平面，液柱的上、下底面與基準水平面的垂直距離分別為z1和z2，以p1和p2分別表示高度為z1和z2處的壓力，液面上方的壓力為p0。分析垂直方向上液柱的受力：向上：p2A向下：p1AG gA (z1- z2)2022/7/2412 當液柱處于相對靜止狀態(tài)時，說明作用在此液柱上諸力的合力為零，即：p2A p1A gA (z1- z2)0化簡得：p2 p1 g (z1- z2) (1)或：(2)若液柱上表面取在液

6、面上，令 z1- z2 = h，則上式可寫為：p2 p0 g h (3)(4)上述式子均稱為流體靜力學基本方程式。它反映了流體不受水平外力作用，只在重力作用下流體內部壓力（壓強）的變化規(guī)律。2022/7/24131. 當容器液面上方的壓強p0 一定時，靜止液體內任一點壓強的大小，與液體本身的密度 和該點距液面的深度 h 有關。因此，在靜止的、連通的同一種液體內，處于同一水平面上的各點的壓強都相等。此壓強相等的面，稱為等壓面。2. 當p0 改變時，液體內部各點的壓強也將發(fā)生同樣大小的改變 帕斯卡原理。3. 壓強或壓強差的大小可用液柱高度來表示。4. 將(2)式移項整理得：(5)或適用場合：絕對靜

7、止、連續(xù)、均質、不可壓縮流體三. 流體靜力學基本方程式的討論2022/7/2414四. 流體靜力學基本方程式的應用 1. 壓力計(1)單管壓力計p1 pa = p1 (表) = g R (2)U形壓力計p1 = pa + 0 gR g h A1pa A 1 1h R 2 3 02022/7/2415p1p2mRAA指示液的密度為0，被測流體的密度為A與A面 為等壓面，即2壓差計（1）U型管壓差計2022/7/2416(2) 微差壓力計1略小于2讀數放大 p1 - p2 = ( 2 - 1) g R 在U形微差壓計兩側臂的上端裝有擴張室，其直徑與U形管直徑之比大于10。當測壓管中兩指示劑分配位置

8、改變時，擴展容器內指示劑的可維持在同水平面壓差計內裝有密度分別為 1 和 2 的兩種指示劑。 微壓差p 存在時，兩擴大室液面高差很小以致可忽略不計，但U型管內卻可得到一個較大的 R 讀數。 2022/7/2417例 如附圖所示，水在管道中流動。為測得A-A、B-B截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計，指示液為水銀。已知壓差計的讀數R150mm，試計算A-A、B-B截面的壓力差。已知水與水銀的密度分別為1000kg/m3和13600 kg/m3。 解：圖中，1-1面與2-2面間為靜止、連續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即又2022/7/2418所以 整理得 由此可見， U形壓差

9、計所測壓差的大小只與被測流體及指示劑的密度、讀數R有關，而與U形壓差計放置的位置無關 2022/7/241921.4 流量和流速1流量和流速 流量體積流量qVVtm3/s質量流量mqmtkg/sqm qV體積流速uqVA質量流速平均流速m/sqmwAkg/(m2s) w uqm w A uA流速摩爾流量nqntmol/s摩爾流速qnGAmol/(m2s) 2022/7/24202. 管徑的初選 在管徑的選擇中，如果選用較小的管徑，可以降低基建費用，但在一定的流量條件下，管徑越小，流動阻力也隨之增大，能耗也將相應增大。因此，合理的管徑應綜合多方面的因素來確定。一般條件下，可根據選用的流速來對管徑

10、進行初步選擇，再在此基礎上進行多方面的評比來確定實用的管徑。即：2022/7/242121.5 定態(tài)流動和非定態(tài)流動1 定態(tài)流動 流體流動過程中，任一截面上與流動相關的物理量 (流速、壓強、密度等) 不隨時間變化的流動。2022/7/24222 非定態(tài)流動 在流動過程中，流體在任一截面上的物理量既隨位置變化又隨時間而變化的流動。21.5 定態(tài)流動和非定態(tài)流動2022/7/242322 流體定態(tài)流動時的衡算22.1 流體定態(tài)流動時的物料衡算連續(xù)性方程式 連續(xù)性方程是質量守恒定律的一種表現(xiàn)形式，本節(jié)通過物料衡算進行推導。 流體流動過程中 涉及三大守恒定律：質量守恒 質量衡算動量守恒能量守恒2022

11、/7/2424對于在控制體內作穩(wěn)態(tài)流動的流體，根據質量守恒定律有：22.1 流體定態(tài)流動時的物料衡算qm1qm2v1v22022/7/2425 討 論 對于不可壓縮的流體 即:常數，可得到對于在圓管內作穩(wěn)態(tài)流動的不可壓縮流體適用條件 流體流動的連續(xù)性方程式僅適用于穩(wěn)定流動時的連續(xù)性流體。或2022/7/2426思考： 如果管道有分支，則穩(wěn)定流動時的連續(xù)性方程又如何？2022/7/242722.2 流體定態(tài)流動時的能量衡算位能：是指流體因距所選的基準面有一定距離，由于重力作 用而具有的能量1. 流體流動時的機械能形式：動能 ：流體因流動而具有的能量機械能：是位能、動能、靜壓能的總和靜壓能： 是流

12、體處于當時壓力p下所具有的能量，即指流體因被壓縮而能向外膨脹作功的能力，其值等于pV ( )2022/7/2428（1） 理想流體伯努利方程式： 設在1、2截面間沒有外界能量輸入，液體也沒有向外界作功，則mkg理想液體所具有的機械能為定值。2. 流體流動的能量衡算伯努利（方程式2022/7/2429兩邊除以m，得：兩邊除以mg，得：表示每千克流體所具有得能量，單位表示每重力單位（牛頓）流體所具有的能量，單位工程上將每牛頓流體所具有的各種形式的能量統(tǒng)稱為壓頭，H稱為位壓頭等伯努利方程2022/7/2430（2） 實際流體伯努利方程式： 當在1、2截面間的系統(tǒng)中有外界能量He輸入，且為實際流體時，

13、則有摩擦阻力Hf,則伯努利方程為：（3） 功率的計算功率是指單位時間耗用的能量，可按下式求算：Pa，Pe-分別為實際功率和理論功率（有效功率），單位為kW; -輸送的效率。(1kg)(1N)2022/7/2431 （1）適用條件 在衡算范圍內是不可壓縮、連續(xù)穩(wěn)態(tài)流體，同時要注意是實際流體還是理想流體，有無外功加入。 （2）衡算基準 3. 伯努利方程的討論及應用注意事項1kg1NJ/kg實際流體m液柱2022/7/2432 (3) 式中各項能量所表示的意義 式中 是指在某截面上流體本身所具有的能量；Hf是指流體在兩截面之間所消耗的能量；He是輸送設備對單位質量流體所作的有效功。由He可計算有效功

14、率(理論功率）(4) 各物理量取值及采用單位制 方程中的壓強p、速度v是指整個截面的平均值，各物理量必須采用一致的單位制。尤其兩截面的壓強不僅要求單位一致，還要求表示方法一致， 即均用絕對壓、表壓或真空度。2022/7/2433(5) 截面的選擇截面的正確選擇對于順利進行計算至關重要，選取截面應使： （a）兩截面間流體必須連續(xù)、均質； （b）兩截面與流動方向相垂直（平行流處，不要選取閥門、彎 頭等部位）； （c）所求的未知量應在截面上或在兩截面之間出現(xiàn)； （d）截面上已知量較多（除所求取的未知量外，都應是已知的或能計算出來，且兩截面上的u、p、H與兩截面間的Hf都應相互對應一致)。(6) 選取

15、基準水平面 原則上基準水平面可以任意選取，但為了計算方便，常取確定系統(tǒng)的兩個截面中的一個作為基準水平面。如衡算系統(tǒng)為水平管道，則基準水平面通過管道的中心線 若所選計算截面平行于基準面，以兩面間的垂直距離為位壓頭H值；若所選計算截面不平行于基準面，則以截面中心位置到基準面的距離為H值。 H1，H2可正可負，但要注意正負。2022/7/2434 例：如附圖所示，從高位槽向塔內進料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內的壓力均為大氣壓。送液管為452.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設料液在管內的壓頭損失為1.2m， （不包括出口能量損失），試問高位槽的液位要高出進料口多少米？解：如圖所示，取高

16、位槽液面為1-1截面，進料管出口內側為2-2截面，以過2-2截面中心線的水平面0-0為基準面。在1-1和2-2截面間列柏努利方程（由于題中已知壓頭損失，用式（1-22a）以單位重量流體為基準計算比較方便） 2022/7/2435 計算結果表明，動能項數值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。 解本題時注意，因題中所給的壓頭損失不包括出口能量損失，因此2-2截面應取管出口內側。若選2-2截面為管出口外側，計算過程有所不同。其中： H1=h； 因高位槽截面比管道截面大得多，故槽內流速比管內流速小得多，可以忽略不計， 即u10； p1=0（表壓）； He=0 H2=0； p2=0（表壓）； Hf =1

17、.2m將以上各值代入上式中，可確定高位槽液位的高度2022/7/2436例：如圖所示，用泵將河水打入洗滌塔中，噴淋下來后流入下水道，已知道管道內徑均為0.1m，流量為84.82m3/h，水在塔前管路中流動的總摩擦損失(從管子口至噴頭進入管子的阻力忽略不計)為10J/kg，噴頭處的壓強較塔內壓強高0.02MPa，水從塔中流到下水道，若泵的效率為65%，求泵的軸功率。泵所作的功不全是有效的，考慮其效率，則泵軸消耗的功率（軸功率） PaPe/ 2022/7/2437柏努利方程He=?塔內壓強？截面的選?。?解：取塔內水面3-3為基準面，取河水表面為1-1截面，噴頭內側為2-2截面，在1-1和2-2截

18、面間列柏努利方程。 分析：求Pa求He注意：2022/7/2438式中 ：2022/7/2439將已知數據代入柏努利方程式 泵的功率：2022/7/244023 實際流體的流動1. 牛頓型流體 流體在運動狀態(tài)下，有一種抗拒內在的向前運動的特性，稱為粘性。流體不管在靜止還是在流動狀態(tài)下，都具有粘性，但只有在流體流動時才能顯示出來。隨流體狀態(tài)的不同，粘性的差別非常懸殊。粘性是流動性的反面。 由于粘性存在，流體在管內流動時，管內任一截面上各點的速度并不相同 （1）粘性2-3.1粘度2022/7/2441(2)牛頓粘性定律2022/7/2442 實驗證明,對于一定的液體,內摩擦力F與兩流體層的速度差d

19、u成正比；與兩層之間的垂直距離d成反比,與兩層間的接觸面積A成正比，即:比例系數，即流體的動力粘度，單位為Pas-剪應力，單位為pa此式所顯示的關系，稱牛頓粘性定律 滿足牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體 (2)牛頓粘性定律2022/7/2443（a）定義式 粘度的物理意義是促使流體流動產生單位速度梯度的剪應力。粘度總是與速度梯度相聯(lián)系,只有在運動時才顯現(xiàn)出來在SI中, 粘度的為單位:Pas此外，常用單位還有泊（P)、厘泊（cP）表示。（3）粘度(b) 單位2022/7/2444(c) 影響因素 液體：f（t）,與壓強p無關,溫度t, 。水（20）， 1.005cP；油的粘度可達幾十、到幾百Cp

20、。 氣體：氣體的粘度隨壓強增加而增加得很少,在一般工程計算中可予以忽略,只有在極高或極低的壓強下, 才需考慮壓強對氣體粘度的影響。 p40atm時f（t）與p無關，溫度t， 理想流體（實際不存在） ，流體無粘性0（d）數據獲取 粘度是流體物理性質之一，其值由實驗測定； 某些常用流體的粘度,可以從本教材附錄或有關手冊中查得。2022/7/2445 流體流動型態(tài)有兩種截然不同的類型，一種是滯流（或層流）；另一種為湍流（或紊流）。兩種流型在內部質點的運動方式，流動速度分布規(guī)律和流動阻力產生的原因都有所不同，但其根本的區(qū)別還在于質點運動方式的不同。2-3.2 流體流動的型態(tài)2022/7/2446（1）

21、雷諾實驗 為了直接觀察流體流動時內部質點的運動情況及各種因素對流動狀況的影響,可安排如圖所示的實驗。這個實驗稱為雷諾實驗。2022/7/2447滯流（也稱為層流）：流體質點很有秩序地分層順著軸線平行流動，層與層之間沒有明顯的干擾。各層間分子只因擴散而轉移，不產生流體質點的宏觀混合。 2022/7/2448湍流（也稱為紊流）：流體在管內作湍流流動時，其質點作不規(guī)則的雜亂運動，一層滑過一層的黏性流動情況基本消失，質點間相互碰撞，產生大大小小的旋渦。2022/7/2449不穩(wěn)定的過渡區(qū)：在該區(qū)域，可能是層流，也可能是湍流。較易受外界條件的影響，很容易發(fā)生流型的轉變。2022/7/2450 實驗證明，

22、流體的流動狀況是由多方面因素決定的，流速u能引起流動狀況改變,而且管徑d、流體的粘度和密度也可以。通過進一步的分析研究，可以把這些影響因素組合成為一個復合數群，此類數群稱為特征數。 （2）雷諾準數Re準數是一個無因次數群。組成此數群的各物理量,必須用一致的單位表示。因此,無論采用何種單位制,只要數群中各物理量的單位一致,所算出的Re值必相等。此數群稱為雷諾數，以Re表示，可判別流體的流動形態(tài)2022/7/2451對直管內的流動而言：Re 2000 層流區(qū) 2000 Re 4000 湍流區(qū) 對于非圓形管道，計算Re時，應以當量直徑de代替特征數中的直徑d 。當量直徑的定義為：（3）流型的判斷圓形

23、管道：de=d長方形管道（邊長為a、b): de= 2ab/(a+b)套管（直徑d1、d2）：de=d2-d12022/7/2452流體流動受固體壁面影響（能感受到固體壁面存在）的區(qū)域（4）邊界層邊界層：流體的流速低于未受壁面影響的流速的99%的區(qū)域(a) 平板上的流動邊界層主流區(qū)：在邊界層以外，速度梯度接近為零的區(qū)域2022/7/2453層流邊界層：邊界層內的流動類型為層流湍流邊界層：邊界層內的流動類型為湍流層流內層：邊界層內近壁面處一薄層，無論邊界層內的流型為層流或湍流，其流動類型均為層流。層流內層的厚度雖然不大，但黏附在壁面，成為傳熱和傳質的主要阻力。（4）邊界層2022/7/2454（

24、b）圓管入口處的流動邊界層發(fā)展內摩擦：一流體層由于粘性的作用使與其相鄰的流體層減速邊界層：受內摩擦影響而產生速度梯度穩(wěn)定段長度：從管口到形成邊界層所經歷的管長，其長度與管的形狀、管壁粗糙度及雷諾準數等因素有關2022/7/2455邊界層發(fā)展：邊界層厚度 隨流動距離增加而增加流動充分發(fā)展：邊界層不再改變，管內流動狀態(tài)也維持不變，充分發(fā)展的管內流型屬層流還是湍流取決于匯合點處邊界層內的流動屬層流還是湍流 （b）圓管入口處的流動邊界層發(fā)展2022/7/2456（c）流體在圓管內的速度分布滯流時的速度分布 理論分析和實驗都已證明，滯流時的速度沿管徑按拋物線的規(guī)律分布，如圖所示。截面上各點速度的平均值等

25、于管中心處最大速度umax的0.5倍。2022/7/2457湍流時的速度分布 湍流時流體質點的運動情況比較復雜，目前還不能完全采用理論方法得出湍流時的速度分布規(guī)律。經實驗測定，湍流時圓管內的速度分布曲線如圖所示。速度分布比較均勻，速度分布曲線不再是嚴格的拋物線。管內流體的平均流速為管中央最大流速的0.8倍左右。2022/7/2458（d）流體流過曲面或障礙時的邊界層分離A點流速為零壓強最大駐點加速減壓C點(umax，pmin)減速加壓S點(u=0，pmax)邊界層分離邊界層的分離會導致流體流動阻力的增大ABS2022/7/245924 流體在圓管內流動時的阻力計算24.1 滯流時的摩擦阻力 滯

26、流是流體作一層滑過一層的流動，流動阻力主要是流體的內部摩擦力。在流動過程中，阻力服從牛頓黏性定律。2022/7/2460由壓力差產生的推力 流體層間內摩擦力 流體柱所受的推力其表面滑動的摩擦力相等而方向相反因管半徑為R，整理并積分，得：2022/7/2461將u0=2u,d=2R,代入上式，整理得：此式稱為泊肅葉方程。將Re代入上式得：或PaPam流體柱2022/7/246224.2 湍流時的摩擦阻力根據多方面得實驗并進行適當數據處理后，得到如下公式：或以上兩式稱為范寧公式。-稱為摩擦阻力系數。2022/7/24632022/7/24641）摩擦因數圖 a)層流區(qū)：Re2000，與Re成直線關

27、系，=64/Re。b)過渡區(qū)：2000Re4000，管內流動隨外界條件的影響而 出現(xiàn)不同的流型，摩擦系數也因之出現(xiàn)波動。 c)湍流區(qū)： Re4000且在圖中虛線以下處時，值隨Re數的 增大而減小。 d)完全湍流區(qū)： 圖中虛線以上的區(qū)域，摩擦系數基本上不隨Re的變化而變化，接近為一常數，其值只隨相對粗糙度的變化而變化。 根據范寧公式，若l/d一定，則阻力損失與流速的平方成正比，稱作阻力平方區(qū) 2) 值的經驗關系式 柏拉修斯(Blasius)光滑管公式適用范圍為Re=31031105e/d 管的粗糙度/圓管內徑2022/7/2465 當流體在管道系統(tǒng)中流經各種管件時，其流速大小和方向都發(fā)生了變化，

28、流體質點發(fā)生擾動而形成渦流，導致產生摩擦阻力，這類阻力稱為局部阻力。 為了便于管路計算，把局部阻力折算成一定長度直管的阻力，此相應的管子長度稱為當量長度le。 管路計算主要是利用連續(xù)性方程、伯努利方程和阻力計算式確定外加能量（He）、流量（qv）、位置（H）及操作壓強（P）。24.3 局部阻力24.4 管路計算2022/7/2466計算步驟確定基準面與衡算面列已知條件（H、p、u）（* ） 計算Hf 列伯努利方程，求未知量*功率計算 2022/7/2467 2.5 流體流量的測量1. 孔板流量計 是利用孔板對流體的節(jié)流作用，使流體的流速增大，壓力減小，以產生的壓力差作為測量的依據。2022/7

29、/2468 如圖所示，在管道內與流動垂直的方向插入一片中央開圓孔的板，孔的中心位于管道的中心線上，孔板前后管壁上有測壓孔，用以連接壓力計即構成孔板流量計。 2022/7/2469 為了建立管內流量與孔板前后壓力變化的定量關系，取孔板上游尚未收縮的流動截面為11 ，下游截面宜放在縮脈處，以便測得最大壓差讀數，但由于縮脈的位置及其截面積難于確定，故以孔板處為下游截面00 ，在11 和00 兩截面之間列機械能衡算方程，并暫時略去能量損失，可得因為是水平管道，所以H1=H0，化簡得：2022/7/2470對不可壓縮性流體，根據連續(xù)性方程，可得：將上式代入可得：2022/7/2471 對于實際流體而言，

30、由于流動阻力引起得壓頭損失，孔板處突然收縮造成得擾動，以及板與導管間裝配可能有誤差，將這些影響歸納為一個校正系數c0，對所測的流速加以校正，得： C0稱為孔板流量系數，其值由試驗或經驗關系確定。一般情況下為0.610.63.若液柱壓力計讀數為R，指示液密度為i，則孔板流量計制造簡單，安裝與更換方便，其主要缺點是流體的能量損失大，A0/A1越小，能量損失越大 2022/7/24722. 文丘里流量計 為減少流體節(jié)流造成的能量損失，可用一段漸縮漸擴的短管代替孔板，這就構成了文丘里（Venturi）流量計。 2022/7/2473 如圖所示，當流體在漸縮漸擴段內流動時，流速變化平緩，渦流較少，于喉頸

31、處（即最小流通截面處）流體的動能達最高。此后，在漸擴的過程中，流體的速度又平緩降低，相應的流體壓力逐漸恢復。如此過程避免了渦流的形成，從而大大降低了能量的損失 cv值與眾多因素有關，當孔徑與管徑之比在（1/2) （1/3)的范圍內時，其值為0.98 1。2022/7/24743. 轉子流量計 前述各流量計的共同特點是收縮口的截面積保持不變，而壓力隨流率的改變而變化，這類流量計統(tǒng)稱為變壓力流量計。另一類流量計是壓力差幾乎保持不變，而收縮的截面積變化，這類流量計稱為變截面流量計，其中最為常見的是轉子流量計。 它系由一個截面自下而上逐漸擴大的錐形垂直玻璃管和一個能夠旋轉自如的金屬或其它材質的轉子所構

32、成。被測流體由底端進入，由頂端流出. 2022/7/2475 當流體自下而上流過垂直的錐形管時，轉子受到兩個力的作用：一是垂直向上的推動力，它等于流體流經轉子與錐管間的環(huán)形截面所產生的壓力差；另一是垂直向下的凈重力，它等于轉子所受的重力減去流體對轉子的浮力。當流量加大使壓力差大于轉子的凈重力時，轉子就上升。當壓力差與轉子的凈重力相等時，轉子處于平衡狀態(tài)，即停留在一定位置上。在玻璃管外表面上刻有讀數，根據轉子的停留位置，即可讀出被測流體的流量。 凈壓力差流體浮力轉子重力2022/7/2476p-轉子上下間流體的壓力差，單位為PaVR-轉子的體積，單位為m3AR-轉子最大部分頂端面的橫截面積，單位

33、為m2R，-分別為轉子材料和流體的密度，單位為kgm-3若流體通過環(huán)隙處的流速為 ,則按柏努力方程可得：cR-校正因素，與流體流動形態(tài)、轉子形狀等因素有關因為 可得： -環(huán)隙面積，單位為m2 -體積流量，單位為m3h-12022/7/2477優(yōu)點： 讀取流量方便，流體阻力小，測量精確度較高，能用于腐蝕性流體的測量；流量計前后無須保留穩(wěn)定段。缺點： 玻璃管易碎，且不耐高溫、高壓。轉子流量計必須垂直安裝，且應安裝旁路以便于檢修 轉子密度須大于被測流體的密度。其材料可以是不銹鋼、塑料、玻璃、鋁等 安裝2022/7/247826 流體輸送機械 在化工生產過程中，流體輸送是主要的單元操作之一它遵循流體流

34、動的基本原理。流體輸送機械是一種向流體作功以提高流體機械能的裝置。通常，將輸送液體的機械稱為泵，將壓送氣體的機械按不同的工況分別稱為通風機、鼓風機、壓縮機和真空泵。26.1 離心泵離心泵的主要部件：1.葉輪2.泵殼3.軸封裝置2022/7/24791.葉輪2022/7/24802. 泵殼泵殼的作用：匯集液體，即從葉輪外周甩出的液體，再沿泵殼中通道流過，排出泵體；轉能裝置，因殼內葉輪旋轉方向與蝸殼流道逐漸擴大的方向一致，減少了流動能量損失，并且可以使部分動能轉變?yōu)殪o壓能。3.軸封裝置軸封：離心泵工作時是泵軸旋轉而泵殼不動，泵軸與泵殼之間的密 封。作用：防止高壓液體從泵殼內沿間隙漏出，或外界空氣漏

35、入泵內。2022/7/24814. 離心泵的工作原理 離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉運動，迫使預先充灌在葉片間液體旋轉，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運動。液體在流經葉輪的運動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當液體離開葉輪進入泵殼后，由于殼內流道逐漸擴大而減速，部分動能轉化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，葉輪中心形成低壓區(qū)，在貯槽液面與葉輪中心總勢能差的作用下，致使液體被吸進葉輪中心。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續(xù)地被吸入和排出。液體在離心泵中獲得的機械能量最終表現(xiàn)為靜壓能的提高。 2022/7/24824.離心泵的工作原理

36、2022/7/24835.氣縛現(xiàn)象 氣縛現(xiàn)象：當啟動離心泵時，若泵內未能灌滿液體而存在大量氣體，則由于空氣的密度遠小于液體的密度，葉輪旋轉產生的慣性離心力很小，因而葉輪中心處不能形成吸入液體所需的真空度，這種可以啟動離心泵，使葉輪空轉，但不能輸送液體的現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”。 離心泵是一種沒有自吸能力的液體輸送機械。若泵的吸入口位于貯槽液面的上方，在吸入管路應安裝單向底閥和濾網。單向底閥可防止啟動前灌入的液體從泵內漏出，濾網可阻擋液體中的固體雜質被吸入而堵塞泵殼和管路。若泵的位置低于槽內液面，則啟動時就無需灌泵。2022/7/24846.離心泵的允許安裝高度離心泵的安裝高度Hg根據泵的允許吸上（

37、真空）高度Hs確定Hs-允許吸上真空高度，與泵的結構等因素有關 H0-當地大氣壓，m水柱Hv-輸送液的蒸氣壓， m水柱u2/2g-吸入管路中液體的動壓頭，一般可忽略Hf-吸入管路中的壓頭損失， m水柱2022/7/24857.離心泵的性能參數和特性曲線離心泵的流量與轉數的關系：離心泵的揚程與轉數的關系離心泵的功率與轉數的關系2022/7/248626.2 往復泵 往復泵是一種正位移工作方式泵，它依靠作往復運動的活塞依次開啟吸入閥和排出閥從而吸入和排出液體。 2022/7/24872-6.3 其他化工用泵 1非正位移泵旋渦泵示意圖：2022/7/24882正位移泵 (2)計量泵外觀2022/7/

38、24892-6.4氣體輸送機械1 氣體輸送的特點 動力消耗大：對一定的質量流量，由于氣體的密度小，其體積流量很大。因此氣體輸送管中的流速比液體要大得多，前者經濟流速（1525m/s）約為后者（13m/s）的10倍。這樣，以各自的經濟流速輸送同樣的質量流量，經相同的管長后氣體的阻力損失約為液體的10倍。因而氣體輸送機械的動力消耗往往很大。 氣體輸送機械體積一般都很龐大，對出口壓力高的機械更是如此。 由于氣體的可壓縮性，故在輸送機械內部氣體壓力變化的同時，體積和溫度也將隨之發(fā)生變化。這些變化對氣體輸送機械的結構、形狀有很大影響。因此，氣體輸送機械需要根據出口壓力來加以分類。2022/7/24902

39、 氣體輸送機械分類終壓p21.15atm，壓縮比終壓p24atm，壓縮比終壓為大氣壓，壓縮比近似2022/7/24913 離心通風機工作原理：結構：主要性能參數及特性曲線：與離心泵相似特點：葉片數目多、短，有徑向、前彎、后彎等， 通道多呈矩形 風量、風壓、軸功率、效率與離心泵相同風量Q：以進口狀態(tài)計 2022/7/2492風壓pt：在風機進出口間列機械能衡算方程式： 又稱全風壓,Pa2022/7/2493若使用條件與測定條件不同，需換算： -用1atm、20空氣測定的風壓 標準全風壓pt02022/7/2494全壓效率70%90% 效率： 功率N：2022/7/24954 壓縮機 往復式壓縮機

40、離心式壓縮機2022/7/2496 在工廠中常用的鼓風機有旋轉式和離心式兩種類型。 （1）羅茨鼓風機圖1-66 羅茨鼓風機 5 鼓風機2022/7/2497 羅茨鼓風機的工作原理與齒輪泵類似。如圖所示，機殼內有兩個漸開擺線形的轉子，兩轉子的旋轉方向相反，可使氣體從機殼一側吸，從另一側排出。 轉子與轉子、轉子與機殼之間的縫隙很小，使轉子能自由運動而無過多泄漏。 屬于正位移型的羅茨風機風量與轉速成正比，與出口壓強無關。該風機的風量范圍可自2至500m3/min，出口表壓可達80kPa，在40kPa左右效率最高。 該風機出口應裝穩(wěn)壓罐，并設安全閥。流量調節(jié)采用旁路，出 口閥不可完全關閉。操作時，氣體

41、溫度不能超過85，否則轉子會因受熱臌脹而卡住。2022/7/2498離心式鼓風機的結構特點：離心式鼓風機的外形與離心泵相象，內部結構也有許多相同之處。（2）離心式鼓風機2022/7/24996 真空泵真空泵的一般特點 真空泵就是從真空容器中抽氣、一般在大氣壓下排氣的輸送機械。若將前述任何一種氣體輸送機械的進口與設備接通，即成為從設備抽氣的真空泵。然而，專門為產生真空用的設備卻有其獲得之處。 （1）由于吸入氣體的密度很低，要求真空泵的體積必須足夠大； （2）壓縮比很高，所以余隙的影響很大。2022/7/24100真空泵的主要性能參數有： （1）極限剩余壓力（或真空度）：這是真空泵所能達到最低壓力

42、； （2）抽氣速率：單位時間內真空泵在極限剩余壓力下所吸入的氣體體積，亦即真空泵的生產能力。2022/7/24101往復式真空泵 與往復式壓縮式的構造顯著區(qū)別，但也有其自身的特點： （1）在低壓下操作，氣缸內、外壓差很小，所用的活門必須更加輕巧； （2）當要求達到較好的真空度時，壓縮比會很大，余隙容積必須很小，否則就不能保證較大的吸氣量。 （3）為減少余隙的影響，設有連通活塞左右兩側的平衡氣道。干式往復真空泵可造成高達9699.9%的真空度；濕式則只能達到8085%2022/7/24102水環(huán)真空泵 水環(huán)真空泵的外殼呈圓形，其中的葉輪偏心安裝。啟動前，泵內注入一定量的水，當葉輪旋轉時，由于離心力的作用，水被甩至殼壁形成水環(huán)。此水環(huán)具有密封作用，使葉片間的空隙形成許多大小不同的密封室。由于葉輪的旋轉運動，密封室外由小變大形成真空，將氣體從吸入口吸入；繼而密封室由大變小，氣體由壓出口排出。 水環(huán)真空泵結構簡單、緊湊，最高真空度可達85%。2022/7/24103液環(huán)真空泵 葉環(huán)泵外殼呈橢圓形。當葉輪旋