流體流動(dòng)過程精品課件

1、流體流動(dòng)過程第1頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第一節(jié) 概 述液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的壓縮性是流體的基本屬性，任何流體都是可以壓縮的，只是可壓縮的程度不同而已。液體不可壓縮流體氣體可壓縮流體第2頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第二節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程式單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，用“”表示。 = m/V 單位kg/m3各種流體其密度各不相同，但任何一種流體都是隨壓力和強(qiáng)度而變化的。 =（p，T）流體的熱力學(xué)屬性密度（）第3頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體靜力學(xué)基本方程式p對(duì)液體的影響較小，常忽略不計(jì)， =（

2、T）這種流體稱為不可壓縮流體。化工生產(chǎn)中，處理的流體多半是幾種組合的混合物。對(duì)于混合液體，其平均密度為： 1/ =w1/ 1 + w2/ 2 + wn/ n 1， 2， n-液體混合物中各組分的密度，kg/m3 w1，w2，wn-是液體混合物中各組合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)液 體第4頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體靜力學(xué)基本方程式具有壓縮性和膨脹性， =（p，T）-稱為可壓縮性流體。對(duì)于理想氣體 =pM/RT（M-氣體的摩爾質(zhì)量kg/kmol）對(duì)于混合氣體a）平均摩爾質(zhì)量 M=M1y1+M2y2+Mnyn M1，M2， Mn-混合物中各組分的摩爾質(zhì)量。 y1，y2 yn-混合物中

3、各組分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)） b）平均密度 = 1y1+ 2y2+ nyn 1， 2， n-各部分的密度。 y1，y2 yn-各部分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）氣 體第5頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式單位質(zhì)量流體的體積稱為流體的比體積（或比容） = V/m = 1/ 它是密度的倒數(shù)單位m3/kg，這個(gè)物理量在氣體中應(yīng)用較多。比體積（比容）第6頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式流體垂直作用于單位面積上的壓力-稱為壓強(qiáng)（壓力） p=F/A單位：SI中“N/m2”也稱為帕斯卡，符號(hào)“Pa”，其105倍為巴（ba

4、r）。過去流體壓強(qiáng)單位有很多種，這些單位目前仍繼續(xù)使用：1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）=10132 N/m2（Pa）=101.325kPa = 760 mmHg 10.33 mH2O = 1.033 kgf / cm2工程上為了方便，將1kgf/cm2近似作為1大氣壓，稱為工程大氣壓，1工程大氣壓（at）=1 kgf/cm2=98.1kPa=10 mH2O=735.6 mmHg 壓 力第7頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式我們把用絕對(duì)零壓作為起點(diǎn)計(jì)算的壓力稱為絕對(duì)壓力。相對(duì)于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ南鄬?duì)值稱為相對(duì)壓力。當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力外界大氣壓時(shí)，壓力表上測(cè)得值為

5、表壓。 表壓 = 絕對(duì)壓力- 大氣壓 或 絕對(duì)壓力= 大氣壓 + 表壓當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力（被測(cè)液體）p = p1 p2 =（0-）gR 若流體為氣體0- 0 ，p=0gR第15頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式“II”式壓差計(jì) p = p1 p2 =gR 測(cè)量壓力時(shí)，應(yīng)特別注意將傳壓管和壓差計(jì)玻璃管中液柱內(nèi)的氣泡排除干凈，以免影響測(cè)量精度。Rp1p2空氣第16頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式單管壓差計(jì) p = p1 p2 =gh（a/A+1） 如果壓差計(jì)的幾何參數(shù)已定，則1+a/A是一個(gè)常數(shù)，此常數(shù)稱為

6、壓差計(jì)校正常數(shù)。在一般情況下a/A1，故1+a/A是一個(gè)稍大于1的常數(shù)。p2p1hhO第17頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式液位測(cè)量 最原始的液位計(jì)是在容器底部及液面上方容器壁處各開一個(gè)小孔，用一根玻璃管將兩孔連通，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式，玻璃管內(nèi)所示的液面高度即為容器內(nèi)的液位高度。 第18頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體靜力學(xué)基本方程式確定液封高度安全液封煤氣柜 作用： 封閉作用-防止氣體泄漏 止逆作用-防止氣體倒流 若工藝要求設(shè)備內(nèi)壓力不超過p（表壓），根據(jù)靜力學(xué)基本原理，液封高度h應(yīng)符合如下條件: 通常，液封中

7、溢出的水中溶有部分氣體，或氣體為水所夾帶，而使H2O降低，故實(shí)際安裝時(shí)，為安全起見，管子插入液體的高度h應(yīng)略大于由上式得到的計(jì)算值。h氣體水第19頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第三節(jié) 流體流動(dòng)的基本方程式單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一規(guī)定表面（管道截面）的流體體積，qV=V/t ，單位為m3/s或 m3/h。流體的流動(dòng)屬性流 量體積流量質(zhì)量流量單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一規(guī)定表面（管道截面）的流體質(zhì)量，qm=m/t ，單位為kg/s或 kg/h。兩種流量的關(guān)系： qm=qV第20頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體流動(dòng)的基本方程式流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，流體在導(dǎo)管中流動(dòng)的

8、距離，m/s。實(shí)際上流體流動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)管截面各點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的流速是不一致的，為了計(jì)算方便，一般采用平均流速u u=qV/A， qm=qV=Au流 速平均流速第21頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體流動(dòng)的基本方程式因?yàn)闅怏w的體積與壓力和溫度有關(guān)，V=f ( p,T )，當(dāng)壓力、溫度變化時(shí)，氣體的體積流量必將隨之而變，但其質(zhì)量不變。此時(shí)采用單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道截面積的質(zhì)量表示比較方便，即質(zhì)量流速，以W表示，單位是kgm-2s-1。 W=qm/A=Au/A=u質(zhì)量流速第22頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體流動(dòng)的基本方程式管徑的估算第23頁，共81

9、頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式流體在管道中流動(dòng)時(shí)，在空間任一點(diǎn)上的流速、壓力等有關(guān)物理量都不隨時(shí)間而改變的流動(dòng)。流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)定態(tài)流動(dòng)若流體流動(dòng)時(shí)，其在管道內(nèi)部流速的大小和方向隨時(shí)間而變化，這種流動(dòng)參量隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為非定態(tài)流動(dòng)。非定態(tài)流動(dòng)第24頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式qm1 = qm2 = qm3u1A11 = u2A22上式稱為流體在管道中做定態(tài)流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程式。對(duì)于不可壓縮流體，為常數(shù)u1/u2 = A2/A1 對(duì)于圓形管道u1/u2 = d22/d12連續(xù)性方程式112233u1u2u

10、3第25頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式1、位能流體在1-1處的位能為mgz1；流體在2-2處的位能為mgz2；2、動(dòng)能流體在1-1處的動(dòng)能為流體在2-2處的動(dòng)能為3、靜壓能流體在1-1處的靜壓能為流體在2-2處的靜壓能為伯努利方程式1122u1u2P1P2z1z2基準(zhǔn)面流體流動(dòng)過程的能量衡算第26頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式根據(jù)能量守恒定律：對(duì)于單位質(zhì)量（1kg）流體而言：對(duì)于1N的流體：以上三式均表示流體在定態(tài)流動(dòng)情況下的能量守恒與轉(zhuǎn)化關(guān)系。由于沒有考慮其他方面的影響，無摩擦、不可壓縮、無其他損

11、失，故稱為理想流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的能量衡算式，也稱為理想流體的伯努利方程式。 J J/ kgJ/N或m第27頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，總是有一部分能量消耗在摩擦阻力上，并且有外界能量的供給，才能達(dá)到預(yù)期的輸送目的。4、能量消耗 質(zhì)量為m kg的流體通過控制體積時(shí)所消耗的能量為mWf 。5、外功輸入 質(zhì)量為m kg的流體所接受的外功為mWe則實(shí)際流體通過控制體積的總能量衡算式為： 令 ， ，則對(duì)于單位重量流體有：位壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭外加壓頭（或揚(yáng)程）壓頭損失第28頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本

12、方程式例1：如圖所示，貯水槽液面距 水管出口的垂直距離為6.5 m，且液面維持不變，輸水管為 114mm4mm的鋼管。若流經(jīng)全部管路的阻力損失為59 Jkg-1，試求管中水的流量為多少m3h-1（水的密度=1000 kgm-3）。伯努利方程式的應(yīng)用計(jì)算管路中流體流動(dòng)的流量和流速11226.5 m第29頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式例2：如圖所示，在直徑d=40 mm的管路中接一文丘里管，已知文丘里管上游的壓力表讀數(shù)為1.38105Pa（忽略壓力表軸心與管路中心的垂直距離），管內(nèi)水的流量為1.410-3m3s-1。管路下方有一貯水池，貯水池水面與管

13、中心的垂直距離為3 m，文丘里管喉部直徑為10 mm，若在文丘里管喉部接一細(xì)管，細(xì)管另一端插入水池中，忽略此管的阻力損失，問池水能否被吸入管路中？判斷管路中流體的流向u2200113.0m第30頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式例3：將密度為850 kgm-3的原料液送入如圖所示的精餾塔中。高位槽液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強(qiáng)p為9.81103 Pa，進(jìn)料量為5m3h-1，連接管為 38mm2.5 mm的鋼管。料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為3.05m液柱，問高位槽的液面應(yīng)比精餾塔的進(jìn)料口高出多少米方可使原料液順利輸入精餾塔中？確定容器間的相對(duì)位置1122pz

14、第31頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體流動(dòng)的基本方程式實(shí)際流體伯努利方程式中，We是輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流體所做的有效功。單位時(shí)間輸送設(shè)備對(duì)流體所做的有效功，稱為有效功率，用Pe表示，其計(jì)算將在本章后面介紹。確定輸送設(shè)備的有效功率應(yīng)用注意事項(xiàng)繪圖選取截面確定基準(zhǔn)面注意采用一致的單位第32頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第四節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力。流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)內(nèi)摩擦力的特性，稱為流體的黏性。牛頓黏性定律與流體的黏度流體的黏性第33頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管

15、內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象上式稱為牛頓黏性定律。所有氣體和大部分液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)均服從此定律，故稱為牛頓型流體。稠厚液體和懸浮液在運(yùn)動(dòng)過程中不符合牛頓黏性定律，則稱其為非牛頓型流體。牛頓黏性定律du/dy 速度梯度，即在與流動(dòng)方向相垂直的y方向上流體速度的變化率 比例系數(shù)，又稱黏性系數(shù)，簡(jiǎn)稱黏度dyu+duuyFu = 0 x第34頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象黏度的物理意義是：促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。黏度與壓強(qiáng)關(guān)系不大，但受溫度變化的影響較大，液體的黏度隨溫度升高而減??；氣體的黏度隨溫度升高而增大。注意：混合物的黏度數(shù)據(jù)不能按其組分疊加計(jì)算，而應(yīng)當(dāng)從化

16、學(xué)工程手冊(cè)中選用適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。流體的黏度SI單位：Pas第35頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)流動(dòng)的型態(tài)雷諾實(shí)驗(yàn) 層流 (Re2000) 湍流 (Re4000) 過渡流 (2000Re4000)雷諾數(shù)第36頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象管內(nèi)層流與湍流的比較速度分布1、層流2、湍流平均速度u = 0.5 umaxu = 0.8 umaxumaxumax即使管內(nèi)流動(dòng)的流體是湍流，且無論湍動(dòng)程度如何劇烈，但在靠近管壁處總是有一層做層流流動(dòng)的流體薄層，稱為層流底層，其厚度隨Re增大而減小。第3

17、7頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象邊界層的概念速度從零到速度等于主體流速u0的99 %的區(qū)域?yàn)檫吔鐚?，即u = 0.99 u0。u=0u=0u0u0u0在邊界層以內(nèi)，存在著顯著的速度梯度du/dy，黏性處于主導(dǎo)地位，因此，必須考慮黏度的影響；而在邊界層以外，du/dy0，則無需考慮黏性的影響，此處的流體可視為理想流體。第38頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體在順直的導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，整個(gè)管截面都屬于邊界層，顯然沒有劃分邊界層的必要，但當(dāng)流體流過曲面（球體或圓柱體表面等）時(shí)，流體邊界層將會(huì)與固體壁面脫離，形成漩渦，加劇

18、流體質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞、損耗流體的能量。這種邊界層與壁面脫離的現(xiàn)象，稱為邊界層分離。這種現(xiàn)象還常發(fā)生在流體所經(jīng)過的流道有突然擴(kuò)大或縮小，流動(dòng)方向突然改變或繞過物體流動(dòng)。邊界層分離現(xiàn)象曲面上的邊界層第39頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第五節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力實(shí)際流體的柏努利方程為：流動(dòng)阻力hf（壓頭損失）： 沿程阻力（直管阻力）:流體通過直管時(shí)的能量損失。 局部阻力：流體通過管路中的管件，閥門，突然擴(kuò)大、縮小等局部障礙，引起邊界層分離，產(chǎn)生漩渦而造成的能量損失。第40頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力流體在直管中的流動(dòng)阻力 設(shè)直徑

19、為d，長(zhǎng)度為l 的水平直管，流體流速為u，取1、2兩截面1122LF1F2Fu直管阻力造成的壓頭損失:此式稱為達(dá)西-威斯巴赫公式，稱為（摩迪）摩擦系數(shù)（量綱為1），與Re及管壁粗糙度有關(guān)，其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第41頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為絕對(duì)粗糙度，用表示。 絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑d的比值/d，稱為相對(duì)粗糙度，它反映管壁的幾何特性對(duì)流動(dòng)阻力的影響。 通常化工廠生產(chǎn)過程把使用到的玻璃管、塑料管、銅管以及鉛管稱為光滑管；把鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管。管壁粗糙度第42頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管

20、內(nèi)流體流動(dòng)的阻力摩擦系數(shù)的確定摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系第43頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力層流時(shí)的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)的確定 流體在管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)Re 4000時(shí)，一方面流體質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞，另一方面，湍流引起的層流底層減薄，使得粗糙管壁的凸出部分暴露于湍流主體中，使流體質(zhì)點(diǎn)受阻而損失能量。故摩擦系數(shù)既與Re有關(guān)，又與管壁相對(duì)粗糙度/d有關(guān)。隨Re的增大而減小，至足夠大的Re后， 值與Re無關(guān)， Re曲線趨近于水平線。第45頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 對(duì)于光滑管道，當(dāng)Re=31031105時(shí)， 值可

21、根據(jù)柏拉修斯（H. Blasius）歸納的公式計(jì)算 ： 當(dāng)流體進(jìn)入過渡區(qū)（2000 Re 4000）時(shí)，管內(nèi)流型因環(huán)境而異，此時(shí)湍流流動(dòng)可按考萊布魯克（C.F.Colebrook）公式計(jì)算 ：第46頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 皮勾（R.J.S.Pigott）推薦過渡區(qū)和完全湍流粗糙管區(qū)之間的分界線（虛線）的雷諾數(shù)為 ： 完全湍流粗糙管區(qū)的可按尼古拉茲（J.Nikuradse）歸納的公式計(jì)算： 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，生產(chǎn)條件下管內(nèi)流動(dòng)的值變化范圍并不太大，通常在0.02左右。第47頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力流

22、體在非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力 當(dāng)量直徑有些研究結(jié)果表明，當(dāng)量直徑適用于湍流，且矩形通道截面長(zhǎng):寬 3:1才比較可靠。管截面為環(huán)形時(shí)可靠性較差。對(duì)層流的阻力計(jì)算中用當(dāng)量直徑計(jì)算是不可靠的，因此，必要時(shí)，應(yīng)將求層流值的公式進(jìn)行修正，即= C/Re。第48頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力阻力系數(shù)法局部阻力的計(jì)算 此法近似地認(rèn)為克服局部阻力所引起的能量損失可以表示成動(dòng)壓頭的倍數(shù)： 局部阻力系數(shù)第49頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力當(dāng)量長(zhǎng)度法 此法是將流體流過閥門、管件所產(chǎn)生的局部阻力，近似地折算成流體流過相當(dāng)于長(zhǎng)度為le的

23、同一直管時(shí)所產(chǎn)生的阻力損失。這個(gè)直管長(zhǎng)度，稱為當(dāng)量長(zhǎng)度le： 流體流經(jīng)管道的總阻力可采用阻力系數(shù)法或當(dāng)量長(zhǎng)度法：第50頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第六節(jié) 管路計(jì)算化工過程計(jì)算的類型設(shè)計(jì)型計(jì)算核算型計(jì)算(也稱操作型計(jì)算)1、設(shè)計(jì)型計(jì)算的特點(diǎn)已知條件：已知待處理的物料及所需的處理能力，以及有關(guān)的工藝要求。計(jì)算內(nèi)容：確定設(shè)備的材料、類型和大小。2、操作型計(jì)算的特點(diǎn)已知條件：已知一定結(jié)構(gòu)形式的過程設(shè)備。計(jì)算內(nèi)容：求最大的生產(chǎn)能力或最低的能耗。此類問題計(jì)算較復(fù)雜，多數(shù)情況下要用試差法求解。第51頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管路計(jì)算相同直徑或不同直徑

24、的管道組成的串聯(lián)管路稱為簡(jiǎn)單管路例：生產(chǎn)中需要將高位槽中的液體連續(xù)輸送到貯槽中。涉及的計(jì)算問題主要有以下幾種：1122z11、已知：管路直徑d、管長(zhǎng)l、le、 z1、hf，求：流速u和流量qv解法：注意：若已知?jiǎng)t直接求u；若未知，則用試差法求u簡(jiǎn)單管路第52頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管路計(jì)算2、已知：管長(zhǎng)l、管徑d、le、qV，求高位槽的高度z1。解法：由求：u3、已知：z1、l、u，求：d解法：因?yàn)镽e未知，不能直接計(jì)算 可以利用試差法求解。第53頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管路計(jì)算復(fù)雜管路 是由直徑不同或管道粗糙度不同的若干段管道連

25、接而成的。 特點(diǎn)：（1）串聯(lián)管路各管段的質(zhì)量流量相等。qm1 = qm2 = qm3 （2）系統(tǒng)中總阻力損失等于各管段阻力損失之和。 計(jì)算問題：（1）已知：d、l、/d、qV，求：z。 （2）已知： d、l、/d、 z ，求： qV 。 復(fù)雜管路分為：串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及分支管路。串聯(lián)管路第54頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管路計(jì)算并聯(lián)管路AB123qVqV特點(diǎn)：（1）并聯(lián)管路的阻力損失與各分管道的阻力損失相等。 hf,AB = hf,1 = hf,2 = hf,3 （2）并聯(lián)管路的總流量等于各分管道的流量之和 qV = qV,1 + qV,2 + qV,3 在已知管

26、道尺寸時(shí)，管道粗糙度以及流體性質(zhì)的條件下，并聯(lián)管路計(jì)算問題可以分為兩類:A. 已知A、B點(diǎn)的勢(shì)能（gz + p/），求：qV 解法：（1）由柏努力方程求出各分支管路的流速u，再求分支管路的qV。 （2）計(jì)算總流量 qV = qV,1 + qV,2 + qV,3第55頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五B. 已知總流量qV，求各分支管道的流量和能量損失。解法：（1）根據(jù)管道尺寸和粗糙度，假設(shè)分管道1的流量為qV,1（2）由qV,1求u1；再求hf,1（由阻力計(jì)算公式計(jì)算）（3）根據(jù)hf,1= hf,2= hf,3，求管2、3的流量qV,2和qV,3（4）假設(shè)總流量qV按qV,

27、1 、 qV,2和 qV,3的比例分配給各分管路，則各分管道的計(jì)算流量為：第56頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五管路計(jì)算（5）由qV,1、qV,2、qV,3計(jì)算各分管的流速u1、u2、u3， 由阻力公式計(jì)算hf,1、hf,2和hf,3。（6）若hf,1、hf,2和hf,3可以近似看成相等（即在誤差范圍內(nèi)），則上述的流量qV,1、qV,2、qV,3分配合理。 若hf,1、hf,2和hf,3之間的差別超過了誤差范圍，則應(yīng)以qV,1為新的假設(shè)流量，從（2）開始重復(fù)上述的計(jì)算直到符合規(guī)定的精度要求為止。第57頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第七節(jié) 流量的

28、測(cè)量 測(cè)量流量的儀器通常稱為流量計(jì)，通?？煞譃槿莘e式或推理式兩種。 容積式流量計(jì)是以單位時(shí)間內(nèi)自測(cè)量腔室內(nèi)所排出流體的固定容積數(shù)量作為測(cè)量依據(jù)的。例如，濕式流量計(jì)、盤式流量計(jì)及橢圓齒輪流量計(jì)等。 推理式流量計(jì)是利用流體流動(dòng)過程中的物理現(xiàn)象或物理特性與流速、流量間的關(guān)系而工作的。例如，節(jié)流式或壓差式流量計(jì)、面積式流量計(jì)等。第58頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流量的測(cè)量孔板流量計(jì)C0 = 0.6 0.7第59頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流量的測(cè)量文丘里流量計(jì)CV = 0.98 0.99第60頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期

29、五流量的測(cè)量測(cè)速管12u1 p1p2 u2第61頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流量的測(cè)量轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)算公式:刻度換算: 流量計(jì)出廠前，直接用293K水和293K，1kPa的空氣標(biāo)定，將流量值刻在玻璃管上。當(dāng)被測(cè)流體與上述條件不符時(shí)，應(yīng)將刻度加以換算。 若轉(zhuǎn)子密度為f ，標(biāo)態(tài)時(shí)流體密度為,被測(cè)流體密度為a。刻度為qV 對(duì)應(yīng)的被測(cè)流體的流量為:第62頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五第八節(jié) 流體輸送機(jī)械 可以向流體做功并提高其機(jī)械能的裝置稱為流體輸送機(jī)械。用于輸送液體的機(jī)械稱為泵，通常，用于輸送氣體的機(jī)械稱為風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。第63頁，共81頁，2022

30、年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械離心泵第64頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 流體密度愈大，產(chǎn)生的離心力就愈大。故當(dāng)離心泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)未充滿液體，即存在有空氣時(shí)，由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力亦很小，此時(shí)，葉輪中心難以形成足夠的負(fù)壓。雖然被啟動(dòng)的離心泵葉輪在高速旋轉(zhuǎn)，但不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為“氣縛”。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，啟動(dòng)泵前須向泵殼內(nèi)注滿被輸送的液體。流體輸送機(jī)械“氣縛”現(xiàn)象構(gòu)造及工作原理第65頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 是指單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送液體的體積，亦稱送液能力。用qV表示，單位為m3s-1或m3h-1流體輸

31、送機(jī)械 流量主要性能參數(shù) 揚(yáng)程 是指單位重量（1N）的流體經(jīng)泵后所獲得的能量，又稱泵的壓頭，用符號(hào)He表示，單位為m液柱。He = H1 + H2H1 和 H2分別表示泵的進(jìn)出口安裝的真空表和壓力表上的讀數(shù)，以m液柱（表壓）計(jì)。第66頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五 有效功率 流體輸送機(jī)械 功率與效率 軸功率 電動(dòng)機(jī)功率 選配電動(dòng)機(jī)的功率 qV和的單位分別為m3s-1、kgm-3，Pe單位為kW 為泵的總效率 t為傳動(dòng)效率， m為電動(dòng)機(jī)效率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)和泵采用軸聯(lián)器相聯(lián)時(shí)， t 1， m = 0.95 為安全系數(shù)第67頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期

32、五流體輸送機(jī)械例4：用耐腐蝕泵將20 混酸（以硫酸為主）自常壓貯槽輸送到表壓為196.2 kPa的設(shè)備內(nèi)，出口管（ 573.5 mm）距貯槽液面的距離為6 m，要求最大輸送量為10 m3h-1。 已知：20 混酸 = 1600 kgm-3， = 2.210-2 Pas，輸液管道長(zhǎng)10 m，管道上有90 標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè)（le/d = 35），單向閥門1個(gè)（ le/d = 80），球心閥2個(gè)（le/d = 300），轉(zhuǎn)子流量計(jì)1個(gè)（ le/d = 400）。 若泵的效率 = 0.65，電動(dòng)機(jī)由軸聯(lián)器聯(lián)接帶動(dòng)，電機(jī)效率m = 0.95，求所選配電動(dòng)機(jī)的功率。第68頁，共81頁，2022年，5月20日，

33、1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械特性曲線P qV- qVHe- qVHeP1、HeqV曲線（揚(yáng)程曲線） qV、He2、PqV曲線（功率曲線） qV 、P qV = 0時(shí)，消耗的功率最小，因此離心泵在啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)將出口閥門關(guān)閉，降低啟動(dòng)功率，保護(hù)電機(jī)不致于超負(fù)荷而受損。3、qV曲線（效率曲線） 最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的qV 、He、P值為最佳工況參數(shù)。將最高效率的92%左右的這段范圍稱為最高效率區(qū)第69頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械汽蝕現(xiàn)象和安裝高度 離心泵安裝高度提高時(shí)，將導(dǎo)致泵內(nèi)壓力降低，泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)通常位于葉輪葉片進(jìn)口稍后的一點(diǎn)附近。當(dāng)此處壓力降至被輸送液體的飽

34、和蒸汽壓時(shí)，將發(fā)生沸騰，所生成的蒸汽泡在隨液體從入口向外周流動(dòng)中，又因壓力迅速增大而急劇冷凝。會(huì)使液體以很大的速度從周圍沖向氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高、瞬時(shí)壓力很大的沖擊，這種現(xiàn)象稱為汽蝕。 汽蝕現(xiàn)象第70頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械 允許吸上真空高度O11OHgpap1 安裝高度不同條件下的Hs換算：Hs = Hs + （ Ha - 10） - （ Hv 0.24）Ha泵工作處的大氣壓，m水柱Hv操作溫度下水的飽和蒸汽壓，m水柱0.24-20水的飽和蒸汽壓，m水柱第71頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械 汽蝕余量 汽蝕余量

35、是指將液體從貯槽經(jīng)吸入管路到泵入口處，液體總壓頭比汽化壓頭（即飽和蒸汽壓頭）高出的部分，以保證不發(fā)生汽蝕，故也稱為有效汽蝕余量，以ha表示。 臨界汽蝕余量 為方便安裝和使用離心泵，離心泵生產(chǎn)廠將加上一定的安全量后，以hr表示，稱為必需汽蝕余量。 第72頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械 汽蝕余量與安裝高度的關(guān)系 為安全起見，通常是將允許安裝高度Hg,允許值再減去0.5 m作為安裝高度的上限。此外，也可以將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝高度與允許安裝高度進(jìn)行比較，若Hg,實(shí)際 Hg,允許，說明安裝合適，不會(huì)發(fā)生汽蝕，否則，應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整安裝高度。 第73頁，共81頁，2022年，5

36、月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié) 在實(shí)際的管路系統(tǒng)中，離心泵提供的壓頭He可以利用柏努利方程求得： 式中（z+p/g）與管路中流體流量無關(guān)，可以認(rèn)為是一常量，令A(yù)= z+p/g；若兩計(jì)算截面積很大，其流速可以忽略不計(jì)，即u2/2g0故 He = A + BqV2第74頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械He = A + BqV2管路特性曲線方程qVPPPAHeqV,2qV,1qV,3 管路特性曲線與泵的特性曲線的交點(diǎn)P稱為泵的工作點(diǎn)分析:1、閥門開小，阻力增大，流量變小，由 qV1減小到qV2 ，曲線由移到,工作點(diǎn)由P移到P。2、閥門開大，阻力減小，流量變大，由qV1增大到qV3 ，曲線由移到,工作點(diǎn)由P移到P。第75頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械PPAHeqV,2qV,1 改變泵的葉輪直徑或轉(zhuǎn)速,也可以用來調(diào)節(jié)流量。分析: 將泵的轉(zhuǎn)速從n1降到n2,實(shí)質(zhì)上管路特性曲線維持不變,而泵的特性曲線移到n2位置,工作點(diǎn)由P移到P,其流量和壓頭都相應(yīng)減小。n1n2第76頁，共81頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)25分，星期五流體輸送機(jī)械離心泵的組合操作 并