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緒論一、化工生產(chǎn)過(guò)程和單元操作

化工生產(chǎn)過(guò)程的前、后處理操作僅發(fā)生物理變化,稱(chēng)為單元操作。緒論*緒論單元操作按操作目的分類(lèi)

(1)流體的輸送;(2)物料的混合;(3)物料的加熱或冷卻;(4)非均相混合物的分離;(5)均相混合物的分離。

緒論*緒論從物理本質(zhì)上單元操作又分為下列三種傳遞過(guò)程(三傳):(1)動(dòng)量傳遞過(guò)程:如流體的輸送、沉降、過(guò)濾、攪拌及固體的流態(tài)化等。

(2)熱量傳遞過(guò)程:如熱交換、蒸發(fā)等。(3)質(zhì)量傳遞過(guò)程:如液體的蒸餾、氣體的吸收、固體的干燥及結(jié)晶等。緒論*緒論二、四個(gè)基本概念:1、物料衡算根據(jù)質(zhì)量守恒定律,向設(shè)備輸入的物料質(zhì)量減去從設(shè)備輸出的物料質(zhì)量,必等于積累在設(shè)備里的物料質(zhì)量,即:

式中

ΣG1——輸入物料的總量;ΣG0——排出物料的總量;

GA——過(guò)程積累的總量。

緒論*緒論進(jìn)行物料衡算的注意事項(xiàng):(1)確定衡算范圍(或稱(chēng)系統(tǒng)),它可以在一個(gè)單一的設(shè)備或其中一部分進(jìn)行,也可以包括幾個(gè)處理階段的全流程。(2)確定衡算對(duì)象。對(duì)有化學(xué)變化的過(guò)程,衡算對(duì)象可找未發(fā)生變化的物質(zhì)為惰性物質(zhì)等。(3)確定衡算基準(zhǔn)。對(duì)于間歇過(guò)程,常以一次(一批)操作為基準(zhǔn),對(duì)于連續(xù)過(guò)程,則以單位時(shí)間為基準(zhǔn)。

緒論*緒論2、能量衡算根據(jù)能量守恒定律而進(jìn)行的能量平衡的計(jì)算。在生產(chǎn)中能量可能是熱能、電能、機(jī)械能或其它能。如果是熱能,則稱(chēng)為熱量衡算。

進(jìn)行熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同,明確衡算范圍、衡算對(duì)象與衡算基準(zhǔn)。

緒論*緒論3、平衡關(guān)系:平衡關(guān)系判斷物理或化學(xué)變化過(guò)程進(jìn)行的方向以及可能達(dá)到的極限。

如連通器液面最終達(dá)到同一水平面,換熱的極限是冷熱流體溫度相同,氣體吸收的極限是當(dāng)時(shí)條件下的飽和溶解度,反應(yīng)的極限是當(dāng)時(shí)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率。

緒論*緒論4、過(guò)程速率

過(guò)程速率是指物理或化學(xué)變化過(guò)程進(jìn)行的快慢。如在實(shí)際工作中,一個(gè)過(guò)程以多快的速率由不平衡向平衡移動(dòng)是極為重要的問(wèn)題。緒論*第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)91.1幾個(gè)概念一.連續(xù)介質(zhì)模型二.流體的性質(zhì)三、流體所受到的力1.2流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用

1.2.1靜止流體所受的力

1.2.2流體靜力學(xué)基本方程

1.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)10第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)1.1幾個(gè)概念一.連續(xù)介質(zhì)模型把流體視為由無(wú)數(shù)個(gè)流體微團(tuán)(或流體質(zhì)點(diǎn))所組成,這些流體微團(tuán)緊密接觸,彼此沒(méi)有間隙。這就是連續(xù)介質(zhì)模型。流體微團(tuán)(或流體質(zhì)點(diǎn)):宏觀上足夠小,以致于可以將其看成一個(gè)幾何上沒(méi)有維度的點(diǎn);同時(shí)微觀上足夠大,它里面包含著許許多多的分子,其行為已經(jīng)表現(xiàn)出大量分子的統(tǒng)計(jì)學(xué)性質(zhì)。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)111.1幾個(gè)概念二.流體的性質(zhì)1.易流動(dòng)性流體不能承受拉力2.壓縮性第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)121.1幾個(gè)概念3.密度用

表示,屬于物性獲得方法:(1)查物性數(shù)據(jù)手冊(cè)

(2)公式計(jì)算: 液體混合物:

氣體:

-------------理想氣體狀態(tài)方程影響因素:氣體----------種類(lèi)、壓力、溫度、濃度

液體---------種類(lèi)、溫度、濃度二.流體的性質(zhì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)13三、流體所受到的力1.1幾個(gè)概念如重力、離心力等,屬于非接觸性的力。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)141.2流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用1.2.1靜止流體所受的力1.質(zhì)量力第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)152.靜壓力單位面積上所受到的壓應(yīng)力稱(chēng)為壓強(qiáng),習(xí)慣上稱(chēng)之為靜壓力,用符號(hào)p表示。靜壓力各向同性1.2.1靜止流體所受的力第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)16(1)壓力單位SI制中,

N/m2=Pa,稱(chēng)為帕斯卡(2)壓力大小的兩種表征方法1.2.1靜止流體所受的力1.2.2流體靜力學(xué)基本方程------流體靜力學(xué)微分方程式b’a’c’d’badc流體靜力學(xué)方程第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)19靜力學(xué)方程的討論:

1)

適用場(chǎng)合:

絕對(duì)靜止、連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮

2)等壓面為水平面;

3)壓力可傳遞-------巴斯噶定理。(1)U形壓力計(jì)

r

pa

A

1

hR

23

r01.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用1.壓力計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)21(2)單管壓力計(jì)單管壓力計(jì)是U形壓力計(jì)的變形,用一只杯形代替U形壓強(qiáng)計(jì)中的一根管子,如圖2所示。由于杯的截面S杯遠(yuǎn)大于玻璃管的截面S玻(一般情況下S杯/S?!?00),所以其兩端有壓強(qiáng)差時(shí),根據(jù)等體積原理,細(xì)玻璃管一邊的液柱升高值h1遠(yuǎn)大于杯內(nèi)液面下降h2,即h1>>h2,這樣h2可忽略不計(jì),在讀數(shù)時(shí)只需讀一邊液柱高度,誤差比U形壓差計(jì)減少一半

1.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用2.壓差計(jì)(manometer)

(1)U形壓差計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)231.2.3流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用(2)雙液柱壓差計(jì)

1略小于

2讀數(shù)放大P00水氣體h0

3.液封高度安全液封h0P溢流水00氣液氣目的:(1)恒定設(shè)備內(nèi)的壓力,防止超壓;(2)防止氣體外泄;

水封

例:為測(cè)量腐性液體貯槽中的存液量,采用圖示的裝置.測(cè)量時(shí)通入壓縮空氣,控制調(diào)節(jié)閥使空氣緩慢地鼓泡通過(guò)觀察瓶.今測(cè)得U形壓差計(jì)讀數(shù)為R=130mm,通氣管距貯槽底面h=20cm,貯槽直徑為2m,液體密度為980kg/m3,試求貯槽內(nèi)液體的儲(chǔ)存量為多少?lài)?4.遠(yuǎn)距離液位測(cè)定第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)27作業(yè)P752、5第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)28/371.3流體流動(dòng)的基本方程

1.3.1基本概念

1.3.2質(zhì)量衡算--連續(xù)性方程方程

1.3.3機(jī)械能衡算第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)29/371.3.1基本概念第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)30/371.3.1基本概念一、粘性——牛頓粘性定律第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)31/371.3.1基本概念粘度

:物理意義:衡量流體粘性大小的一個(gè)物理量單位:獲取方法:屬物性之一,由實(shí)驗(yàn)測(cè)定、查有關(guān)手冊(cè)或資料、用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。影響因素:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)32/371.3.1基本概念非牛頓型流體第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)33/371.3流體流動(dòng)的基本方程二.穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng)

穩(wěn)定流動(dòng):各截面上流動(dòng)參數(shù)(如流速、壓強(qiáng)、密度)僅隨空間位置的改變而變化,而不隨時(shí)間變化,T=f(x,y,z)。如圖a所示流動(dòng)系統(tǒng)。非穩(wěn)定流動(dòng):各截面上流體的有關(guān)參數(shù)隨位置和時(shí)間而變化,T=f(x,y,z,t)。如圖b所示流動(dòng)系統(tǒng)。化工生產(chǎn)中多屬連續(xù)穩(wěn)態(tài)過(guò)程。除開(kāi)車(chē)和停車(chē)外,一般只在很短時(shí)間內(nèi)為非穩(wěn)態(tài)操作,多在穩(wěn)態(tài)下操作。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)34/37,單位m/s點(diǎn)速度u,單位m/s1.3.1基本概念圖1-9流線(xiàn),圖1-10流管第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)35/371.3.1基本概念四.流動(dòng)類(lèi)型和雷諾數(shù)雷諾數(shù)層流或滯流laminarflow第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)36/371.3.1基本概念直管內(nèi)流動(dòng)時(shí),Re

2000層流

Re=2000

4000過(guò)渡區(qū)

Re>4000湍流第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)37/371.3.1基本概念五、幾種時(shí)間導(dǎo)數(shù)對(duì)流導(dǎo)數(shù)項(xiàng)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)38/371.3.2質(zhì)量衡算方程一、管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程控制體:在流場(chǎng)中任意劃定一個(gè)封閉空間作為研究對(duì)象,稱(chēng)這個(gè)空間為控制體。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)39/371.3.2質(zhì)量衡算方程輸入控制體的質(zhì)量流量輸出控制體的質(zhì)量流量控制體內(nèi)的質(zhì)量隨時(shí)間的變化率第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)40/37----------管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程1.3.2質(zhì)量衡算方程對(duì)于管道內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng),

/

t=0,上式變?yōu)椋旱谝徽铝黧w力學(xué)基礎(chǔ)41/371.3.2質(zhì)量衡算方程思考:

如果管道有分支,則穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程又如何?第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)42/371.3.2質(zhì)量衡算方程

二、

連續(xù)性方程的微分式:x方向上凈輸出的質(zhì)量流量為:同理得:

y方向上凈輸出的質(zhì)量流量為:z方向上凈輸出的質(zhì)量流量為:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)43/37-------連續(xù)性方程微分式若流體不可壓縮,則

=常數(shù)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)44/37作業(yè)P76-777、9451.3流體流動(dòng)的基本方程

1.3.1基本概念1.3.2質(zhì)量衡算--連續(xù)性方程方程

1.3.3機(jī)械能衡算461.3.3機(jī)械能衡算先假設(shè)流體粘度為零,導(dǎo)出理想流體的機(jī)械能守恒,得到相應(yīng)的方程,經(jīng)粘度修正,用于實(shí)際流體。在運(yùn)動(dòng)流體中,取一立方微元,假設(shè)粘度為零,微元表面不受剪應(yīng)力。在運(yùn)動(dòng)流體中各力不平衡,造成加速度du/dt。1.理想流體機(jī)械能衡算方程納維爾-斯托克斯運(yùn)動(dòng)微分方程的簡(jiǎn)化式:以上三個(gè)方程兩邊分別同乘以dx,dy,dz,得X

---gxY---gyZ---gz而代入上式得此三式相加,注意到可得重力場(chǎng)中,取z軸垂直向上上式可簡(jiǎn)化為:對(duì)不可壓縮流體,ρ為常數(shù),積分后可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為不可壓縮理想流體作穩(wěn)定流時(shí)的機(jī)械能衡算式-伯努利方程伯努利方程的物理意義:三項(xiàng)機(jī)械能之和為常數(shù)?;驇缀我饬x:位頭、壓頭、速度頭總高為常數(shù)伯努利方程的應(yīng)用條件:(1)重力場(chǎng),穩(wěn)定流動(dòng),不可壓縮的理想流體;(2)無(wú)外加機(jī)械能或機(jī)械能輸出。對(duì)實(shí)際流體:粘度不為0,且有外加機(jī)械能,修正為:機(jī)械能衡算方程(柏努利方程)外加壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭位頭壓頭損失適用條件:不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫流動(dòng)2.實(shí)際流體機(jī)械能衡算方程不可壓縮流體的B.E(總能量衡算式)討論

a.基準(zhǔn):單位質(zhì)量流體,單位:J/Kg

b.物理意義:各項(xiàng)均表示單位質(zhì)量流體具有的能量

gZ1、u12/2、P1/ρ,gZ2、u22/2、P2/ρ分別為截面1和2上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能和靜壓能;

Z,p,u為狀態(tài)函數(shù)。管內(nèi)流動(dòng)u,z,p,

為平均值。

Ws、Wf,1-2為流體在截面1→2之間獲得和消耗的能量,是過(guò)程函數(shù)。

Ws:輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流體所作的有效功→選用輸送設(shè)備的重要依據(jù)。

c.方程兩邊同時(shí)除以g,可得單位重量流體(1N)的B.E

各項(xiàng)均表示單位重量流體具有的能量;單位:[J/N或m液柱]

d.物理意義:各項(xiàng)均表示單位重量流體具有的能量

Z1、△u12/2g、P1/ρg為截面1上流體所具有的位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭;Z2、△u22/2g、P2/ρg為截面2上流體所具有的位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭;He(揚(yáng)程):輸送設(shè)備對(duì)流體所提供的有效壓頭

He=WS/gHf,1-2為流體在截面1→2之間的壓頭損失。

e.外界沒(méi)有向系統(tǒng)加入外功,Ws=0He=0,則

f.理想流體,無(wú)外加功,Ws=0,He=0;ΣHf,1-2=0,ΣWf,1-2=0實(shí)際流體(非理想)系統(tǒng)能量隨流動(dòng)↓

[物理意義]:1kg理想流體在各個(gè)截面上所具有的總機(jī)械能E守衡,各項(xiàng)不一定相等,三種形式的能可以互相轉(zhuǎn)換,總和不變。E1=E2

g.靜止流體

需要指出的是:1).B.E(有時(shí)需要和連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒定律聯(lián)合)可用于計(jì)算管路中的流量,設(shè)備間的相對(duì)位置,輸送設(shè)備的有效功率及管路中流體的壓強(qiáng)關(guān)系,B.E是本章的核心;2).B.E的應(yīng)用條件:穩(wěn)定,連續(xù),不可壓縮流體系統(tǒng),在選定的兩截面間,系統(tǒng)與周?chē)h(huán)境無(wú)能量和質(zhì)量交換,滿(mǎn)足連續(xù)性方程;圖為水平通風(fēng)管道中的一段,該管道的直徑自300mm漸縮為200mm,為了粗略估計(jì)其中的空氣流量,在錐形接頭兩端分別測(cè)得粗管截面1-1的表壓強(qiáng)為1200Pa,細(xì)管截面2-2的表壓強(qiáng)為800Pa,空氣流過(guò)錐形管的能量損失可忽略,求空氣的流量??諝鉁囟葹?0℃,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.33KPa。

例1.確定管道內(nèi)的流體流量

11’2’2解:在截面1-1,2-2間列B.E,并通過(guò)管道中心線(xiàn)作基準(zhǔn)水平面,由于兩截面間無(wú)外加功加入,Ws=0,能量損失可略,Σ

Wf,1-2=0解出u1=12.7m/sVh=3600×(π/4).d12u1=3600×0.785×0.09×12.7=3234m3/h

Z1=Z2=0,P1=1200Pa(表),P2=800Pa(表),取空氣的平均分子量為29Kg/Kmol,在截面1-1,2-2間空氣平均密度為:

由連續(xù)性方程故(1)繪出流體流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖,并根據(jù)要求確定流體流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍(控制體)。(2)選取截面:根據(jù)題意定出上下截面,一般把上下游截面選取在已知數(shù)較多或含有待求量的地方,并指出流體的流動(dòng)方向,截面選取必須與流動(dòng)方向垂直,且在兩截面間流體必須是連續(xù)的;上下游截面確定后,兩截面及其間的管道內(nèi)壁和容器內(nèi)壁即構(gòu)成相應(yīng)的控制體。上下游截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能和靜壓能按管道軸心線(xiàn)的流線(xiàn)上的值計(jì)算;(3)選擇基準(zhǔn)水平面:通常取基準(zhǔn)水平面通過(guò)衡算范圍的兩個(gè)截面中的任一截面,截面上方為“+”,截面下方為“—”,“Z”→截面中心點(diǎn)到基準(zhǔn)水平面間的垂直距離;(4)進(jìn)行衡算。B.E解題步驟

注意:(1)壓力:P1,P2只能同時(shí)取表壓或絕壓,取法要一致;(2)單位要統(tǒng)一:J/Kg或m液柱,壓強(qiáng)的單位一定要用Pa代;(3)大截面上的流速為0;

(4)衡算范圍內(nèi)所含的外部功及阻力損失應(yīng)完全考慮進(jìn)去,不應(yīng)遺漏;(5)外加能量Ws是對(duì)每Kg流體而言的,要計(jì)算泵的軸功率(單位時(shí)間的動(dòng)力消耗),需將Ws乘以質(zhì)量流量qm再除以輸送機(jī)械的效率;

有效功率Pe=Ws.qm=ρgqvHe

軸功率Pa=Pe/η=he.qm/η

單位:W(瓦)63作業(yè)P7710、11第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)64/18

1.5管內(nèi)流動(dòng)阻力與能量損失

1.5.1流體阻力與范寧公式

1.5.2量綱分析方法

1.5.3湍流時(shí)摩擦損失的計(jì)算

1.5.4局部阻力損失 第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)65/181.5.1

流體阻力與范寧公式機(jī)械能衡算方程wf的計(jì)算目前主要靠經(jīng)驗(yàn)式wf分為兩類(lèi):第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)66/18對(duì)等徑直管,因u1=u2,由機(jī)械能衡算得:由受力的平衡得:引入摩擦系數(shù):第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)67/18長(zhǎng)徑比,無(wú)量綱動(dòng)能摩擦系數(shù)-----直管摩擦損失計(jì)算通式(范寧公式)?(2)湍流時(shí)的

(1)層流時(shí)的

或通過(guò)力學(xué)分析可得哈根-泊謖葉公式(教材P26)代入范寧公式得其中主要依靠量綱分析法結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)68/181.5.2量綱分析方法

由于湍流的復(fù)雜性,不能通過(guò)力學(xué)分析由解析法推導(dǎo)求出λ的公式。湍流過(guò)程影響因素很多,如何安排實(shí)驗(yàn)?怎樣把實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成便于應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式?這里有一個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)劃問(wèn)題?;ぶ谐2捎昧烤V分析法解決這個(gè)問(wèn)題。

量綱分析法的原理:一個(gè)正確的物理方程中,其等號(hào)兩邊不僅數(shù)值要相等,且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的量綱。

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)69/18量綱分析過(guò)程(以湍流時(shí)阻力損失為例):(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到所有影響因素:

通過(guò)量綱分析法,可得到某一物理過(guò)程如湍流時(shí)摩擦損失的量綱為1的量的個(gè)數(shù)及形式,推導(dǎo)求出λ的公式。但是它只是一種數(shù)學(xué)分析方法,它不能代替實(shí)驗(yàn),需要與實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)得到最終的方程式。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)70/18(2)用冪函數(shù)逼近法確定函數(shù)的形式為了便于量綱運(yùn)算,將上式用冪函數(shù)代替,寫(xiě)成:------(A)k為待定系數(shù),是一個(gè)常數(shù),量綱為1。

a,b,c,d為指數(shù),當(dāng)a=b=c=d=0,則稱(chēng)d、l、u、ρ、μ量綱為1。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)71/18(3)量綱分析寫(xiě)出上式中各物理量的量綱將量綱代入式A得:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)72/18量綱分析法的原理:一個(gè)正確的物理方程中,其等號(hào)兩邊不僅數(shù)值要相等,且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的量綱。

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)73/18(4)找到量綱為1的方程式將a、c、d代入式A得:可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定k、b、e的值,得到準(zhǔn)確的方程式。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)74/18白金漢定理(

定理):均為量綱為1的量,本公式有3個(gè)。變量個(gè)數(shù)為6個(gè)所涉及到的基本量綱數(shù)為3個(gè)kg、m、s式中第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)75/18

上述公式的推導(dǎo)沒(méi)考慮管子的相對(duì)粗糙度ε/d,實(shí)際上壓力損失還與相對(duì)粗糙度ε/d有關(guān),考慮到這個(gè)因素,將前式可修正為:與直管內(nèi)流動(dòng)阻力的通式(范寧公式)對(duì)照可得:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)76/18

式中,ε是管壁凹凸不平的平均高度,稱(chēng)絕對(duì)粗糙度,簡(jiǎn)稱(chēng)粗糙度。若管壁的ε很小,對(duì)流動(dòng)阻力無(wú)影響時(shí),這種管道稱(chēng)為光滑管,反之,為粗糙管。可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定k、b、e的值,得到準(zhǔn)確的方程式。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)77/18使用時(shí)注意經(jīng)驗(yàn)式的適用范圍人們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到幾個(gè)光滑管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式:柏拉修斯(Blasius)式:(5000<Re<105)尼古拉茲式:(105<Re<3×106)1.5.3湍流時(shí)摩擦損失的計(jì)算一、經(jīng)驗(yàn)公式第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)78/18粗糙管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式:

注意,阻力平方區(qū)的判據(jù)為:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)79/18二、莫狄(Moody)圖

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)80/18根據(jù)不同的Re數(shù)值,可分為4個(gè)不同的區(qū)域:層流區(qū)(Re≤2000):λ與ε/d

無(wú)關(guān),λ=F(Re)=64/Re,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中λ與Re成直線(xiàn)關(guān)系,阻力損失與u一次方成正比。過(guò)渡區(qū)(2000<Re<4000):此時(shí)流型不定,λ有波動(dòng)。工程上為確保安全和設(shè)備潛力起見(jiàn),一般作為湍流處理,將湍流曲線(xiàn)外推,即采用λ大的數(shù)值;湍流區(qū)(Re>4000↑及虛線(xiàn)以下區(qū)域):

λ=F(Re,ε/d)當(dāng)Re一定,ε/d↑→λ↑

當(dāng)ε/d一定,Re↑→λ↓λ與Re

及ε/d的關(guān)系圖[莫迪圖]第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)81/18最下面一條曲線(xiàn)為流體流經(jīng)光滑管時(shí)λ~Re關(guān)系曲線(xiàn),

當(dāng)Re=3×103~1×105,

λ=0.3164/Re0.25---柏拉修斯Blasius公式粗糙管的λ~Re關(guān)系曲線(xiàn)都位于光滑管的上方

完全湍流區(qū)(虛線(xiàn)以上的區(qū)域):λ~Re關(guān)系曲線(xiàn)幾乎為水平線(xiàn),即λ與Re無(wú)關(guān),

λ=F(ε/d)

ε/d為常數(shù),則λ為常數(shù),若l/d為一定值,則阻力損失與u2成正比,所以此區(qū)又稱(chēng)阻力平方區(qū)。

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)82/18第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)83/18三、非圓形管摩擦損失計(jì)算式第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)84/18P781519注意單位換算作業(yè)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)85/27

1.5管內(nèi)流動(dòng)阻力與能量損失

1.5.1流體阻力與范寧公式

1.5.2量綱分析方法

1.5.3湍流時(shí)摩擦損失的計(jì)算

1.5.4局部阻力損失

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)86/27機(jī)械能衡算方程:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)87/271.5.4局部摩擦損失計(jì)算式由于流體的流速或流動(dòng)方向突然發(fā)生變化而產(chǎn)生渦流,從而導(dǎo)致形體阻力。(P53頁(yè))第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)88/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)89/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)90/27

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)91/27總結(jié):管路系統(tǒng)的總阻力損失為管入口管出口彎管閥門(mén)機(jī)械能衡算方程:若出口處2-2面控制面取管出口外側(cè),則Wf中應(yīng)包括出口阻力損失,其大小為,但2-2面的動(dòng)能為零(P54頁(yè));22若出口處控制面取管出口內(nèi)側(cè),則Wf中應(yīng)不包括出口阻力損失,但2-2面的動(dòng)能不為零。例:一高位槽與內(nèi)徑為100mm的鋼管相連,槽內(nèi)為常溫水,直管總長(zhǎng)為30m,系統(tǒng)內(nèi)有900彎頭3個(gè),閘閥(全開(kāi))和標(biāo)準(zhǔn)閥(全開(kāi))各一個(gè),水從管口流出,問(wèn)欲得到22.7m3/h的流量,槽內(nèi)水面應(yīng)比管口高多少米?(ε=0.2mm)解:以高位槽液面為1-1截面,管出口外側(cè)為2-2截面,以管出口中心線(xiàn)為基準(zhǔn)水平面,在1-1和2-2截面間列BE

gz1+u12/2+p1/ρ=gz2+u22/2+p2/ρ+ΣWf

z2=0;p1=p2=0(表壓);d=0.1m;ρ=1000kg/m3;u1=0,動(dòng)能u22/2

=0,管中水的流速u(mài)=qV/A=0.803m/sRe=duρ/μ=0.1×0.803×1000/(1.0×103)=80300(湍流)ε/d=0.002,查圖1-24(P48頁(yè))得λ=0.0256由容器管口,ζc=0.5,管子出口ζe=1.0;閘閥全開(kāi)ζ=0.17;標(biāo)準(zhǔn)閥全開(kāi)ζ=6.0;900彎頭3個(gè),ζ=3×0.75=2.25,Σζ=0.5+1.0+0.17+6+2.25=9.92ΣWf=(λl/d+Σζ)u2/2=(0.0256×30/0.1+9.92)×0.8032/2=5.67J/kg代入BE得Z=0.611m,高位槽水面應(yīng)比管出口中心線(xiàn)高0.611m。第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)93/27

1.6管路計(jì)算

1.6.1簡(jiǎn)單管路習(xí)題課

1.6.2復(fù)雜管路習(xí)題課

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)94/271.6管路計(jì)算已有公式:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)95/271.6.1簡(jiǎn)單管路----沒(méi)有分支和匯合第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)96/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)97/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)98/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)101/27第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)102/27作業(yè)P7921參照例1-14第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)103/27

1.6管路計(jì)算

1.6.1簡(jiǎn)單管路習(xí)題課

1.6.2復(fù)雜管路習(xí)題課

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)104/271.6.2復(fù)雜管路----有分支和匯合解:三通2處是一個(gè)分支點(diǎn),液體自2至3與自2至4所需的外加功一般不相等,若液體自2至4所需的外加功小于自2至3所需的外加功,就應(yīng)取后者的外加功Ws計(jì)算泵功率。這樣2至3的流量正好符合要求,但2至4的流量會(huì)比要求的大。操作時(shí)可將2至3的支管閥門(mén)關(guān)小,使其流量符合要求。

在1-1面至3-3面間列機(jī)械能衡算方程:1-1面至4-4面間列機(jī)械能衡算方程:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)110/27

1.6.3邊界層及邊界層理論(P27)

一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論二、邊界層的形成和發(fā)展三、邊界層分離第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)111/271.6.3

邊界層及邊界層理論一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)112/27二、邊界層的形成和發(fā)展

1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)113/271.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)114/27倒流分離點(diǎn)u0

DAC’CBxAB:流道縮小,順壓強(qiáng)梯度,加速減壓BC:流道增加,逆壓強(qiáng)梯度,減速增壓CC’以上:分離的邊界層CC’以下:在逆壓強(qiáng)梯度的推動(dòng)下形成倒流,產(chǎn)生大量旋渦邊界層分離現(xiàn)象(Boundarylayerseparation)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)115/27

邊界層分離--大量旋渦--消耗能量--增大阻力。由于邊界層分離造成的能量損失,稱(chēng)為形體阻力損失。

邊界層分離使系統(tǒng)阻力增大。減小或避免邊界層分離的措施:調(diào)解流速,選擇適宜的流速,改變固體的形體。如汽車(chē)、飛機(jī)、橋墩都是流線(xiàn)型。1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)116/27

1.6.4流速、流量的測(cè)量(P65)1.6.4.1變壓頭流量計(jì)

1.6.4.2變截面流量計(jì)

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)117/271.6.4流速、流量的測(cè)量1.6.4.1變壓頭流量計(jì)1、測(cè)速管:又稱(chēng)皮托(Pitot)管變壓頭流量計(jì)變截面流量計(jì)測(cè)速管孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)118/27測(cè)umax

平均速度

流量1.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)119/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)120/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)測(cè)量原理:2.孔板流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)121/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)122/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)123/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)Re較大時(shí)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)124/27安裝時(shí)應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段,上游長(zhǎng)度至少應(yīng)為10d1,下游為5d1

1.6.4.1變壓頭流量計(jì)使用注意事項(xiàng):第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)125/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)單,制造和安裝都很方便缺點(diǎn):機(jī)械能損失(稱(chēng)之為永久損失)大第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)126/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)127/27總結(jié):變壓頭流量計(jì)的特點(diǎn)是文丘里流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):其永久損失小,故尤其適用于低壓氣體的輸送。1.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)128/27作業(yè)P7925第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)129/27

1.6管路計(jì)算

1.6.1簡(jiǎn)單管路習(xí)題課

1.6.2復(fù)雜管路習(xí)題課

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)130/271.6.2復(fù)雜管路----有分支和匯合解:三通2處是一個(gè)分支點(diǎn),液體自2至3與自2至4所需的外加功一般不相等,若液體自2至4所需的外加功小于自2至3所需的外加功,就應(yīng)取后者的外加功Ws計(jì)算泵功率。這樣2至3的流量正好符合要求,但2至4的流量會(huì)比要求的大。操作時(shí)可將2至3的支管閥門(mén)關(guān)小,使其流量符合要求。

在1-1面至3-3面間列機(jī)械能衡算方程:1-1面至4-4面間列機(jī)械能衡算方程:第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)136/27

1.6.3邊界層及邊界層理論(P27)

一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論二、邊界層的形成和發(fā)展三、邊界層分離第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)137/271.6.3

邊界層及邊界層理論一、邊界層概念及普蘭特邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)138/27二、邊界層的形成和發(fā)展

1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)139/271.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)140/27倒流分離點(diǎn)u0

DAC’CBxAB:流道縮小,順壓強(qiáng)梯度,加速減壓BC:流道增加,逆壓強(qiáng)梯度,減速增壓CC’以上:分離的邊界層CC’以下:在逆壓強(qiáng)梯度的推動(dòng)下形成倒流,產(chǎn)生大量旋渦邊界層分離現(xiàn)象(Boundarylayerseparation)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)141/27

邊界層分離--大量旋渦--消耗能量--增大阻力。由于邊界層分離造成的能量損失,稱(chēng)為形體阻力損失。

邊界層分離使系統(tǒng)阻力增大。減小或避免邊界層分離的措施:調(diào)解流速,選擇適宜的流速,改變固體的形體。如汽車(chē)、飛機(jī)、橋墩都是流線(xiàn)型。1.6.3

邊界層及邊界層理論第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)142/27

1.6.4流速、流量的測(cè)量(P65)1.6.4.1變壓頭流量計(jì)

1.6.4.2變截面流量計(jì)

第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)143/271.6.4流速、流量的測(cè)量1.6.4.1變壓頭流量計(jì)1、測(cè)速管:又稱(chēng)皮托(Pitot)管變壓頭流量計(jì)變截面流量計(jì)測(cè)速管孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)144/27測(cè)umax

平均速度

流量1.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)145/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)146/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)測(cè)量原理:2.孔板流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)147/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)148/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)149/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)Re較大時(shí)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)150/27安裝時(shí)應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段,上游長(zhǎng)度至少應(yīng)為10d1,下游為5d1

1.6.4.1變壓頭流量計(jì)使用注意事項(xiàng):第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)151/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)單,制造和安裝都很方便缺點(diǎn):機(jī)械能損失(稱(chēng)之為永久損失)大第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)152/271.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)153/27總結(jié):變壓頭流量計(jì)的特點(diǎn)是文丘里流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):其永久損失小,故尤其適用于低壓氣體的輸送。1.6.4.1變壓頭流量計(jì)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)154/27作業(yè)P7925第二章流體輸送機(jī)械155/28第二章流體輸送機(jī)械2.1液體輸送機(jī)械——泵

2.1.1離心泵

一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭

四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類(lèi)型和選用

第二章流體輸送機(jī)械156/28第二章流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中,常常需要將流體從低位輸送到高處;從低壓設(shè)備輸送到高壓設(shè)備;沿管道輸送到較遠(yuǎn)的地方。要克服位能、靜壓能之差及摩擦阻力引起的能量損失

為此,必須借助一定的輸送設(shè)備,對(duì)流體作功,以補(bǔ)充足夠的能量,這種為輸送流體而提供能量的機(jī)械---流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械的目的:給流體加入機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)非自動(dòng)過(guò)程

第二章流體輸送機(jī)械157/282.1液體輸送機(jī)械——泵離心泵:靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪,液體在離心力作用下獲得能量,以提高壓強(qiáng)。往復(fù)泵:利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng),將能量傳給液體,以完成輸送任務(wù)。回轉(zhuǎn)泵:靠泵內(nèi)一個(gè)或一個(gè)以上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來(lái)吸入和排出液體。旋渦泵:一種特殊類(lèi)型的離心泵。液體輸送機(jī)械:統(tǒng)稱(chēng)為泵第二章流體輸送機(jī)械158/282.1.1離心泵一.離心泵的構(gòu)造和工作原理第二章流體輸送機(jī)械159/28一.離心泵的構(gòu)造和工作原理問(wèn)2:泵為什么可以從貯槽吸入液體?問(wèn)3:何為氣縛現(xiàn)象?第二章流體輸送機(jī)械160/28氣縛現(xiàn)象:泵殼和吸入管路內(nèi)沒(méi)有充滿(mǎn)液體,泵內(nèi)有空氣,由于空氣密度遠(yuǎn)小于液體的密度,葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)其產(chǎn)生的離心力很小,葉輪中心處所形成的低壓不足以形成吸上液體所需要的真空度,泵就無(wú)法工作。第二章流體輸送機(jī)械161/28離心泵葉輪第二章流體輸送機(jī)械162/28二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象第二章流體輸送機(jī)械163/28二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能軸向力閉式或半閉式葉輪后蓋板與泵殼之間空腔液體的壓強(qiáng)較吸入口側(cè)高,這使葉輪遭受指向吸入口方向的軸向推力,這使葉輪向吸入口側(cè)位移,引起葉輪與泵殼接觸處的磨損。解決辦法:a.葉輪后蓋板上鉆一些小孔---平衡孔;b.雙吸式泵。

第二章流體輸送機(jī)械164/282.泵殼思考:泵殼的主要作用是什么?①匯集液體,并導(dǎo)出液體;②能量轉(zhuǎn)換裝置二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機(jī)械165/28導(dǎo)輪思考:為什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反?二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機(jī)械166/28壓頭:

泵提供給單位重量液體的能量稱(chēng)為泵的壓頭,用H表示,單位m。三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械167/28理論壓頭:理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱(chēng)為理論壓頭,用H

表示。三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械168/28液體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中的運(yùn)動(dòng)分為2種:1.理論壓頭表達(dá)式的推導(dǎo)三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭W,處處與葉片相切

u與w的矢量和為c

由于截面1和2每轉(zhuǎn)一周,這兩個(gè)截面的位置高低互換一次,均位能差為0,故未考慮位能差。第二章流體輸送機(jī)械169/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械170/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械171/28于是:根據(jù)余弦定理可知:三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械172/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械173/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械174/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭

討論:

(1)理論壓頭與流量qV,T、葉輪轉(zhuǎn)速n、葉輪的尺寸和構(gòu)造(D2、b2、

2)有關(guān);

第二章流體輸送機(jī)械175/28葉片后彎,

2<90

,ctg

2>0,即HT,

隨流量增大而減??;葉片徑向,

2=90

,ctg

2=0,即HT,

不隨流量而變化;葉片前彎,

2>90

,ctg

2<0,即HT,

隨流量增大而增大。(3)在葉輪轉(zhuǎn)速、直徑一定時(shí),流量qV,T與理論壓頭HT,

的關(guān)系受裝置角

2的影響如下:

qv第二章流體輸送機(jī)械176/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭問(wèn):為什么泵采用后彎葉片的居多?第二章流體輸送機(jī)械177/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械178/28第二章流體輸送機(jī)械2.1液體輸送機(jī)械——泵

2.1.1離心泵

一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭

四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類(lèi)型和選用

第二章流體輸送機(jī)械179/28第二章流體輸送機(jī)械在化工生產(chǎn)中,常常需要將流體從低位輸送到高處;從低壓設(shè)備輸送到高壓設(shè)備;沿管道輸送到較遠(yuǎn)的地方。要克服位能、靜壓能之差及摩擦阻力引起的能量損失

為此,必須借助一定的輸送設(shè)備,對(duì)流體作功,以補(bǔ)充足夠的能量,這種為輸送流體而提供能量的機(jī)械---流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械的目的:給流體加入機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)非自動(dòng)過(guò)程

第二章流體輸送機(jī)械180/282.1液體輸送機(jī)械——泵離心泵:靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪,液體在離心力作用下獲得能量,以提高壓強(qiáng)。往復(fù)泵:利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng),將能量傳給液體,以完成輸送任務(wù)。回轉(zhuǎn)泵:靠泵內(nèi)一個(gè)或一個(gè)以上的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來(lái)吸入和排出液體。旋渦泵:一種特殊類(lèi)型的離心泵。液體輸送機(jī)械:統(tǒng)稱(chēng)為泵第二章流體輸送機(jī)械181/282.1.1離心泵一.離心泵的構(gòu)造和工作原理第二章流體輸送機(jī)械182/28一.離心泵的構(gòu)造和工作原理問(wèn)2:泵為什么可以從貯槽吸入液體?問(wèn)3:何為氣縛現(xiàn)象?第二章流體輸送機(jī)械183/28氣縛現(xiàn)象:泵殼和吸入管路內(nèi)沒(méi)有充滿(mǎn)液體,泵內(nèi)有空氣,由于空氣密度遠(yuǎn)小于液體的密度,葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)其產(chǎn)生的離心力很小,葉輪中心處所形成的低壓不足以形成吸上液體所需要的真空度,泵就無(wú)法工作。第二章流體輸送機(jī)械184/28離心泵葉輪第二章流體輸送機(jī)械185/28二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能敞式葉輪和半閉式葉輪不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象第二章流體輸送機(jī)械186/28二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能軸向力閉式或半閉式葉輪后蓋板與泵殼之間空腔液體的壓強(qiáng)較吸入口側(cè)高,這使葉輪遭受指向吸入口方向的軸向推力,這使葉輪向吸入口側(cè)位移,引起葉輪與泵殼接觸處的磨損。解決辦法:a.葉輪后蓋板上鉆一些小孔---平衡孔;b.雙吸式泵。

第二章流體輸送機(jī)械187/282.泵殼思考:泵殼的主要作用是什么?①匯集液體,并導(dǎo)出液體;②能量轉(zhuǎn)換裝置二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機(jī)械188/28導(dǎo)輪思考:為什么導(dǎo)輪的彎曲方向與葉片彎曲方向相反?二.離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能第二章流體輸送機(jī)械189/28壓頭:

泵提供給單位重量液體的能量稱(chēng)為泵的壓頭,用H表示,單位m。三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械190/28理論壓頭:理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱(chēng)為理論壓頭,用H

表示。三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械191/28液體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中的運(yùn)動(dòng)分為2種:1.理論壓頭表達(dá)式的推導(dǎo)三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭W,處處與葉片相切

u與w的矢量和為c

由于截面1和2每轉(zhuǎn)一周,這兩個(gè)截面的位置高低互換一次,均位能差為0,故未考慮位能差。第二章流體輸送機(jī)械192/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械193/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械194/28于是:根據(jù)余弦定理可知:三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械195/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械196/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械197/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭

討論:

(1)理論壓頭與流量qV,T、葉輪轉(zhuǎn)速n、葉輪的尺寸和構(gòu)造(D2、b2、

2)有關(guān);

第二章流體輸送機(jī)械198/28葉片后彎,

2<90

,ctg

2>0,即HT,

隨流量增大而減小;葉片徑向,

2=90

,ctg

2=0,即HT,

不隨流量而變化;葉片前彎,

2>90

,ctg

2<0,即HT,

隨流量增大而增大。(3)在葉輪轉(zhuǎn)速、直徑一定時(shí),流量qV,T與理論壓頭HT,

的關(guān)系受裝置角

2的影響如下:

qv第二章流體輸送機(jī)械199/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭問(wèn):為什么泵采用后彎葉片的居多?第二章流體輸送機(jī)械200/28三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭第二章流體輸送機(jī)械201/28第二章流體輸送機(jī)械2.1液體輸送機(jī)械——泵

2.1.1離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能

三、離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)七、離心泵的安裝高度

習(xí)題課八、離心泵的類(lèi)型和選用

第二章流體輸送機(jī)械202/282.離心泵的實(shí)際壓頭實(shí)際壓頭比理論壓頭要小。具體原因如下:(1)葉片間的環(huán)流并非嚴(yán)格沿葉片表面流動(dòng)而產(chǎn)生渦流。主要取決于葉片數(shù)目、裝置角

2、葉輪大小、液體粘度等因素,而幾乎與流量大小無(wú)關(guān)。三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭c2

c2第二章流體輸送機(jī)械203/28(2)水力損失三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭摩擦損失從泵入口到出口存在摩擦損失。第二章流體輸送機(jī)械204/28沖擊損失液體以絕對(duì)速度c2沖入沿泵殼流動(dòng)的液體中,產(chǎn)生渦流。在設(shè)計(jì)流量下,此項(xiàng)損失最小。流量若偏離設(shè)計(jì)量越遠(yuǎn),沖擊損失越大。三.離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭設(shè)計(jì)流量第二章流體輸送機(jī)械205/28四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)1.離心泵的主要性能參數(shù)第二章流體輸送機(jī)械206/28H,又稱(chēng)揚(yáng)程,泵對(duì)單位重量流體提供的有效能量,m??蓽y(cè)量qV,泵單位時(shí)間實(shí)際輸出的液體量,m3/s或m3/h??蓽y(cè)量在泵進(jìn)口b、泵出口c間列機(jī)械能衡算式:轉(zhuǎn)速流量壓頭n,單位r.p.s或r.p.m四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)第二章流體輸送機(jī)械207/28軸功率P軸,又稱(chēng)功率,單位W或kW四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)效率Pe=HqVρg

第二章流體輸送機(jī)械208/28與效率

有關(guān)的各種能量損失:四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)平衡孔,內(nèi)漏

第二章流體輸送機(jī)械209/28包括:H~qV曲線(xiàn)(平坦型、陡降型、駝峰型)P軸~qV曲線(xiàn)、

~qV曲線(xiàn)2.離心泵特性曲線(xiàn)及其換算

用20C清水測(cè)定四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)設(shè)計(jì)點(diǎn)與最高效率相比,效率下降8%由圖可見(jiàn):

qV

,H

,P軸

,

有最大值

第二章流體輸送機(jī)械210/28四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)故

,P軸~qV曲線(xiàn)上移,需要按上式校正。

第二章流體輸送機(jī)械211/28(2)葉輪轉(zhuǎn)速的影響

當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化不大時(shí)(小于20%),利用出口速度三角形相似的近似假定,可推知:四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)第二章流體輸送機(jī)械212/28

以上稱(chēng)為離心泵的比例定律。適用于轉(zhuǎn)速n變化不大時(shí)(小于20%),否則將有很大誤差,此時(shí)將由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第二章流體輸送機(jī)械213/28四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)第二章流體輸送機(jī)械214/28四.離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)第二章流體輸送機(jī)械215/28

五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)

泵------供方管路------需方第二章流體輸送機(jī)械216/28

五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)1122第二章流體輸送機(jī)械217/28

五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速增大第二章流體輸送機(jī)械218/281、并聯(lián)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)第二章流體輸送機(jī)械219/282、串聯(lián)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)第二章流體輸送機(jī)械220/28

泵的吸口與吸液方貯液槽液面間的垂直高度,稱(chēng)為安裝高度,用H表示。H可正可負(fù)。其中,泵的吸口與吸液方貯液槽液面允許達(dá)到的最大垂直高度稱(chēng)為允許安裝高度,用Hg表示。七、離心泵的安裝高度第二章流體輸送機(jī)械221/28為避免汽蝕現(xiàn)象,安裝高度必須加以限制,即存在最大允許安裝高度Hg。七、離心泵的安裝高度汽泡隨液體進(jìn)入高壓區(qū)后被壓縮,汽泡突然凝結(jié)消失,在凝結(jié)的瞬間,周?chē)后w以極大的速度沖向氣泡中心的空間,互相撞擊,產(chǎn)生高達(dá)幾萬(wàn)Kpa的撞擊力,不斷打擊葉輪表面,葉片表面產(chǎn)生蜂窩狀腐蝕,稱(chēng)為“氣蝕”。

第二章流體輸送機(jī)械222/28作業(yè)P1221,4第二章流體輸送機(jī)械223/28第二章流體輸送機(jī)械2.1液體輸送機(jī)械——泵

2.1.1離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)

七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類(lèi)型和選用

第二章流體輸送機(jī)械224/282、最大允許安裝高度Hg七、離心泵的安裝高度吸上真空度第二章流體輸送機(jī)械225/28七、離心泵的安裝高度

剛好發(fā)生汽蝕時(shí),p1降至最小值p1,min,其時(shí)真空度達(dá)最大,稱(chēng)為最大允許吸上真空度,用Hs,max表示:

由于流體有能量損失,為安全起見(jiàn),常將其留一定裕量,取Hs=Hs,max-0.3m,稱(chēng)為允許吸上真空度,則:第二章流體輸送機(jī)械226/28-------最小汽蝕余量七、離心泵的安裝高度當(dāng)泵入口處壓強(qiáng)降至p1,min時(shí),泵內(nèi)首先在葉輪入口處出現(xiàn)氣蝕,該處壓強(qiáng)等于液體飽和蒸氣壓,在泵入口處截面1-1和葉輪入口處截面e-e間列伯努利方程得:葉輪入口處截面ee第二章流體輸送機(jī)械227/28七、離心泵的安裝高度實(shí)際安裝高度比Hg還要低0.5

1m,作為安全余量。

一般規(guī)定,為保證泵的正常運(yùn)行,應(yīng)在最小汽蝕余量的基礎(chǔ)上加一個(gè)安全余量0.3m,得到允許汽蝕余量Δhs:

-----是泵的特性參數(shù)之一,由廠(chǎng)家測(cè)定。第二章流體輸送機(jī)械228/28七、離心泵的安裝高度Δhs的實(shí)驗(yàn)測(cè)定:用20℃清水測(cè)定。Δhs的校正:只要粘度變化不大,無(wú)需校正。

影響允許汽蝕余量的因素:當(dāng)流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí),Δhs僅與泵的尺寸結(jié)構(gòu)有關(guān),是泵的抗氣蝕參數(shù)。第二章流體輸送機(jī)械229/28設(shè)計(jì)型:選泵時(shí),將流量、壓頭裕量控制在10%左右。第二章流體輸送機(jī)械230/28例1

用離心泵將江水送至高位槽。若管路條件不變,則下列參數(shù)隨著江面的下降有何變化?(設(shè)泵仍能正常工作)泵的壓頭H,管路總阻力損失hf,泵出口處壓力表讀數(shù),泵入口處真空表讀數(shù)。管路特性曲線(xiàn)平行上移第二章流體輸送機(jī)械231/28

qv

,H

第二章流體輸送機(jī)械232/28第二章流體輸送機(jī)械233/28qVqV

H

He

(2)a.采用調(diào)節(jié)出口閥門(mén)的方法,則泵特性曲線(xiàn)不變節(jié)流損失泵特性曲線(xiàn)方程管路特性曲線(xiàn)方程第二章流體輸送機(jī)械234/28b.采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法,則管路特性曲線(xiàn)不變VV

泵特性曲線(xiàn)方程管路特性曲線(xiàn)方程注意:以下解法錯(cuò)誤!!!,因?yàn)樾屡f工作點(diǎn)為非等效率點(diǎn)。第二章流體輸送機(jī)械235/28八、離心泵的類(lèi)型、選用第二章流體輸送機(jī)械236/28高效區(qū)八、離心泵的類(lèi)型、選用①

定類(lèi)型

依據(jù):操作條件(溫度、壓力)、流體的性質(zhì)。

②定規(guī)格:根據(jù)流量、壓頭大小,高效工作區(qū)

a)由管路所需壓頭、流量,確定泵壓頭、流量。

工程觀點(diǎn):選擇時(shí),有一定生產(chǎn)裕度。

b)抗汽蝕性能好

c)經(jīng)濟(jì)性好:泵的操作點(diǎn)應(yīng)處于高效區(qū)內(nèi)。離心泵的選用原則第二章流體輸送機(jī)械237/28第二章流體輸送機(jī)械2.1液體輸送機(jī)械——泵

2.1.1離心泵一、離心泵的構(gòu)造和工作原理二、離心泵主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及功能三、離心泵的理論壓頭和實(shí)際壓頭四、離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線(xiàn)五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)六、離心泵的組合操作——串、并聯(lián)

七、離心泵的安裝高度習(xí)題課八、離心泵的類(lèi)型和選用

第二章流體輸送機(jī)械238/282、最大允許安裝高度Hg七、離心泵的安裝高度吸上真空度第二章流體輸送機(jī)械239/28七、離心泵的安裝高度

剛好發(fā)生汽蝕時(shí),p1降至最小值p1,min,其時(shí)真空度達(dá)最大,稱(chēng)為最大允許吸上真空度,用Hs,max表示:

由于流體有能量損失,為安全起見(jiàn),常將其留一定裕量,取Hs=Hs,max-0.3m,稱(chēng)為允許吸上真空度,則:第二章流體輸送機(jī)械240/28-------最小汽蝕余量七、離心泵的安裝高度當(dāng)泵入口處壓強(qiáng)降至p1,min時(shí),泵內(nèi)首先在葉輪入口處出現(xiàn)氣蝕,該處壓強(qiáng)等于液體飽和蒸氣壓,在泵入口處截面1-1和葉輪入口處截面e-e間列伯努利方程得:葉輪入口處截面ee第二章流體輸送機(jī)械241/28七、離心泵的安裝高度實(shí)際安裝高度比Hg還要低0.5

1m,作為安全余量。

一般規(guī)定,為保證泵的正常運(yùn)行,應(yīng)在最小汽蝕余量的基礎(chǔ)上加一個(gè)安全余量0.3m,得到允許汽蝕余量Δhs:

-----是泵的特性參數(shù)之一,由廠(chǎng)家測(cè)定。第二章流體輸送機(jī)械242/28七、離心泵的安裝高度Δhs的實(shí)驗(yàn)測(cè)定:用20℃清水測(cè)定。Δhs的校正:只要粘度變化不大,無(wú)需校正。

影響允許汽蝕余量的因素:當(dāng)流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí),Δhs僅與泵的尺寸結(jié)構(gòu)有關(guān),是泵的抗氣蝕參數(shù)。第二章流體輸送機(jī)械243/28設(shè)計(jì)型:選泵時(shí),將流量、壓頭裕量控制在10%左右。第二章流體輸送機(jī)械244/28例1

用離心泵將江水送至高位槽。若管路條件不變,則下列參數(shù)隨著江面的下降有何變化?(設(shè)泵仍能正常工作)泵的壓頭H,管路總阻力損失hf,泵出口處壓力表讀數(shù),泵入口處真空表讀數(shù)。管路特性曲線(xiàn)平行上移第二章流體輸送機(jī)械245/28

qv

,H

第二章流體輸送機(jī)械246/28第二章流體輸送機(jī)械247/28qVqV

H

He

(2)a.采用調(diào)節(jié)出口閥門(mén)的方法,則泵特性曲線(xiàn)不變節(jié)流損失泵特性曲線(xiàn)方程管路特性曲線(xiàn)方程第二章流體輸送機(jī)械248/28b.采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法,則管路特性曲線(xiàn)不變VV

泵特性曲線(xiàn)方程管路特性曲線(xiàn)方程注意:以下解法錯(cuò)誤!!!,因?yàn)樾屡f工作點(diǎn)為非等效率點(diǎn)。第二章流體輸送機(jī)械249/28八、離心泵的類(lèi)型、選用第二章流體輸送機(jī)械250/28高效區(qū)八、離心泵的類(lèi)型、選用①

定類(lèi)型

依據(jù):操作條件(溫度、壓力)、流體的性質(zhì)。

②定規(guī)格:根據(jù)流量、壓頭大小,高效工作區(qū)

a)由管路所需壓頭、流量,確定泵壓頭、流量。

工程觀點(diǎn):選擇時(shí),有一定生產(chǎn)裕度。

b)抗汽蝕性能好

c)經(jīng)濟(jì)性好:泵的操作點(diǎn)應(yīng)處于高效區(qū)內(nèi)。離心泵的選用原則251/28第四章傳熱及傳熱設(shè)備4.1

概述4.2

熱傳導(dǎo)

4.3對(duì)流傳熱

4.4流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱

4.5流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱

4.6輻射傳熱

4.7總傳熱速率和傳熱過(guò)程的計(jì)算252/284.1概述一、傳熱的三種基本方式熱的傳遞是由于物體內(nèi)或系統(tǒng)內(nèi)的兩部分之間的溫度差而引起的,凈的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動(dòng)。根據(jù)傳熱機(jī)理不同,熱的傳遞有三種方式:熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。253/284.1概述熱傳導(dǎo):

熱傳導(dǎo)又稱(chēng)導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個(gè)高溫物體向一個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過(guò)程。導(dǎo)熱是靜止物體的一種傳熱方式,不依靠物質(zhì)的宏觀位移。熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進(jìn)行,但傳導(dǎo)的機(jī)理不同。金屬——自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng);非金屬和大部分液體(除水銀等)——分子的動(dòng)量傳遞;氣體———分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。如:一根鐵棒一端放在火爐上燒,熱量會(huì)通過(guò)鐵棒傳遞到另一側(cè),但無(wú)物質(zhì)的宏觀位移。254/284.1概述對(duì)流傳熱:

依靠流體的宏觀位移,將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。

質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移:由于流體中各點(diǎn)溫度不同引起的密度差所致→自然對(duì)流(輕者上浮,重者下沉);由于泵,風(fēng)機(jī),攪拌等外力所致→強(qiáng)制對(duì)流。對(duì)流傳熱過(guò)程伴隨著流體質(zhì)點(diǎn)間的熱傳導(dǎo)。工程上習(xí)慣常將流體與固體壁面之間的傳熱稱(chēng)為對(duì)流傳熱。實(shí)際上包括對(duì)流和傳導(dǎo)兩種形式:靠近壁面附近的流體層(層流內(nèi)層)中依靠熱傳導(dǎo)的方式傳熱,在流體主體(湍流)中則主要依靠對(duì)流方式傳熱。

255/284.1概述輻射傳熱:

是指輻射能從熱源向熱阱的傳遞過(guò)程。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?,以電磁波的形式在空中傳播,與光傳播類(lèi)似。當(dāng)遇到另一物體時(shí),又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮?。特點(diǎn):(1)不需要介質(zhì)(2)Ea∝T4

三種傳熱方式一般不單獨(dú)存在,往往相互伴隨,同時(shí)出現(xiàn)。如熱量在設(shè)備保溫層中的傳遞,以導(dǎo)熱為主,而由保溫層向空氣散熱,則是對(duì)流和輻射并聯(lián)傳熱的結(jié)果。

256/284.1概述二、傳熱過(guò)程冷熱流體接觸方式

間壁式混合式蓄熱式1.間壁式工業(yè)上應(yīng)用最多的一種傳熱方式257/284.1概述間壁式換熱器258/284.1概述列管式換熱器259/284.1概述2.混合式傳熱同時(shí)伴隨傳質(zhì)過(guò)程,常用于氣體或水蒸汽的冷卻。260/284.1概述3.蓄熱式一般只適用于氣體。冷流體261/28第四章傳熱及傳熱設(shè)備4.1概述4.2

熱傳導(dǎo)

4.3對(duì)流傳熱

4.4流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱

4.5流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱

4.6輻射傳熱

4.7總傳熱速率和傳熱過(guò)程的計(jì)算262/28一、溫度場(chǎng)、等溫面一物體內(nèi)部,如各點(diǎn)間存在溫度差異,則熱就從高溫點(diǎn)向低溫點(diǎn)傳導(dǎo),即產(chǎn)生熱流,由傳導(dǎo)方式產(chǎn)生的熱流大小,決定于物體內(nèi)的溫度分布。物體內(nèi)溫度分布:溫度t=f(x,y,z,θ)=f(空間,時(shí)間)…溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)表達(dá)式

t=f(x,y,z,θ)=f(空間,時(shí)間)……不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)

t=f(x,y,z)=f(空間)……穩(wěn)定的溫度場(chǎng)

t=f(x,θ)……一維溫度場(chǎng)

t=f(x)……一維穩(wěn)定的溫度場(chǎng)等溫面:同一時(shí)刻,溫度場(chǎng)中具有相同溫度的各點(diǎn)組成的面§4.2.1熱傳導(dǎo)基本概念

§4.2熱傳導(dǎo)263/28§4.2熱傳導(dǎo)二、溫度梯度264/28負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方向相反稱(chēng)為熱傳導(dǎo)系數(shù),單位為W/m·K

§4.2熱傳導(dǎo)§4.2.2傅立葉定律物性之一:與物質(zhì)種類(lèi)、熱力學(xué)狀態(tài)(T、P)有關(guān)

物理含義:代表單位溫度梯度下的熱通量大小,故物質(zhì)的

越大,導(dǎo)熱性能越好。

一般地,

金屬>

非金屬固體>

液體>

氣體

或265/28§4.2熱傳導(dǎo)§4.2.3熱傳導(dǎo)系數(shù)

熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)基本無(wú)關(guān),但和溫度呈直線(xiàn)關(guān)系。如某物體以

0表示0oC時(shí)的

值,

表示toC時(shí)的

值,則有下列關(guān)系存在:

0(1+at)式中,a為溫度系數(shù),表示該物體toC時(shí)的

值相對(duì)于0oC時(shí)的

值每升溫1oC時(shí)的變化率。金屬和液體的a為負(fù)值,其中,水是例外;而非金屬固體和氣體為正值。266/28一、單層平壁熱傳導(dǎo)*§4.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----平壁的熱傳導(dǎo)根據(jù)傅立葉定律:經(jīng)積分可得:也即:

m為平均熱傳導(dǎo)系數(shù)267/28二、多層平壁熱傳導(dǎo)*§4.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-----平壁的熱傳導(dǎo)b1b2b3268/28三、單層圓筒壁熱傳導(dǎo)若

為常數(shù),則:--------可見(jiàn)溫度分布

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