化工基礎(chǔ)課件

第一章

流體流動(dòng)FluidFlowLovelyHubeiNormalUniversity0-1．流體流動(dòng)現(xiàn)象

一新建的居民小區(qū)，居民用水?dāng)M采用建水塔方案為居民樓供水，如何設(shè)計(jì)．*0-2．居民小區(qū)供水三個(gè)問(wèn)題這里引出三個(gè)問(wèn)題：1.為了保證一、二、三樓有水，就要維持樓底水管中有一定的水壓（表壓），為了維持這個(gè)表壓，水塔應(yīng)建多高？2.若水塔高度確定了，需要選用什么類(lèi)型的泵？即泵的有效功率.3.保持樓底水壓為表壓，那么一、二、三樓出水是均等的嗎？此供水系統(tǒng)實(shí)際簡(jiǎn)化了.學(xué)完流體流動(dòng)這一章，就能系統(tǒng)解決上述三個(gè)問(wèn)題。*

第一節(jié)概述一、流體的特性

1、流動(dòng)性；

2、沒(méi)有固定形狀，形狀隨容器而變；

3、流體流動(dòng)—外力作用的結(jié)果；

4、連續(xù)性（除高度真空情況）。二、流體的宏觀參數(shù)

能宏觀測(cè)定的平均參數(shù)—

研究流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）三、可壓縮性流體與不可壓縮性流體可壓縮性流體—?dú)怏w不可壓縮性流體—液體四、理想流體和實(shí)際流體（1）理想流體是指不具有粘度,因而流動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦阻力的流體（2）理想流體分為理想液體和理想氣體

流體流動(dòng)的典型流程計(jì)算內(nèi)容：流速、流量、壓強(qiáng)、管徑、揚(yáng)程、功率轉(zhuǎn)子流量計(jì)閥門(mén)貯槽離心泵貯槽

第二節(jié)流體靜力學(xué)基本方程式

1.基本概念

1-1密度1.定義：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量。

ρ=m/V[kg·m-3]2、影響因素：溫度和壓力（1）液體—

為不可壓縮的流體，與壓力無(wú)關(guān)，溫度升高，密度降低。（2）氣體—為可壓縮性的流體，通常（壓力不太高，溫度不太低）時(shí)可按理想氣體處理，否則按真實(shí)氣體狀態(tài)方程處理。理想氣態(tài)方程式pV=nRT=(m/M)RT3、混合物密度（1）氣體

（2）液體混合物密度

a—質(zhì)量分率應(yīng)用條件：**

混合物的體積應(yīng)等于各組分單獨(dú)存在時(shí)的體積之和。二、比容單位質(zhì)量的流體所具有的體積。三、相對(duì)密度與比重1.相對(duì)密度d2.重度重度值=密度值(值相同但意義不同)

1—2壓力(也稱(chēng)為壓力強(qiáng)度或壓強(qiáng))

一、定義：流體垂直作用于單位面積上的力。二.壓力的單位

1.SI單位

[N/m2][Pa]2.工程單位

[kg/m2]—[at]—[mmHg]—[mmH20]—[mH20]3.換算

1atm=1.0133×105[N/m2]

=101.3[kPa]

=0.1MPa=10330[kgf/m2]=10.33[mH20]=760[mmHg]1at=1[kgf/cm2]

=10[mH20]=735.5[mmHg]=98.1[kPa]

三.壓力的基準(zhǔn)及表示形式

1.以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)

2.以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)貕毫榛鶞?zhǔn)

絕對(duì)壓表壓真空度絕壓（余壓）

表壓＝絕對(duì)壓-大氣壓真空度＝大氣壓-絕對(duì)壓絕對(duì)零壓大氣壓實(shí)測(cè)壓力實(shí)測(cè)壓力*例題：在蘭州操作的苯乙烯真空蒸餾塔塔頂真空表讀數(shù)為80kPa，在天津操作時(shí)，真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？已知蘭州地區(qū)的平均大氣壓85.3kPa，天津地區(qū)為101.33kPa。解：維持操作的正常進(jìn)行，應(yīng)保持相同的絕對(duì)壓，根據(jù)蘭州地區(qū)的壓強(qiáng)條件，可求得操作時(shí)的絕對(duì)壓。解:

絕壓=大氣壓-真空度

=85300–80000=5300[Pa]

真空度=大氣壓-絕壓

=101330-5300=96030[Pa]1-3流體靜力學(xué)基本方程

一.相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)流體受力情況

取一微元如左圖上表面作用力：

F1=

P1A下表面作用力：

F2=

P2A重力：G=gA(Z1-Z2)

F1+G=F2P1A+gA(Z1-Z2

)=P2AP2=P1+

g(Z1-Z2

)

或P2=P0+

g(Z1-Z2)=P0+

gh

或

F1＝P1AF2＝P2AG＝gA(Z1-Z2)

二.靜力學(xué)方程及巴斯葛定律三.討論1.流體某一深處的壓力與深度和密度有關(guān)。2.液面上方流體壓力改變，液體內(nèi)部壓力隨著改變且變化值相同（巴斯葛定律）。3.靜止的、連續(xù)的同一流體內(nèi)、同一水平面處各點(diǎn)壓力相等。(等壓面)4.壓力或壓差可用液柱高度表示。流體靜力學(xué)方程可改寫(xiě)為：h=（P2-P0）/gh為此流體在Ｐ（P2-P0）作用下能上升的高度．P2=P0+gh例:P0>P1>P2P1=?P2=?

例題:1.判斷下面各式是否成立

PA=PA’PB=PB’PC=PC’

2.細(xì)管液面高度。

1=800kg/m3

2=1000kg/m3

H1=0.7m

H2=0.6m

3.當(dāng)細(xì)管水位下降多高時(shí),槽內(nèi)水將放凈?解:利用等壓面原理求解1.PA=PA’PB=PB’

2.

2gh+p0=

1gH1+

2gH2+p03.

2gh’=

1gH11-4流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用一.壓力測(cè)定1.U型管壓差計(jì)

A-A’為等壓面PA=PA’PA=P1+g(H+R)PA’=P2+’gR+gHP1-P2=Rg(’-)如測(cè)量氣體0P1-P2=Rg’一臂通大氣?P1P22.微差壓差計(jì)—

放大讀數(shù)

P1

P2

a

R

b

特點(diǎn)：（1）內(nèi)裝兩種密度相近且不互溶的指示劑；（2）U型管兩臂各裝擴(kuò)大室（水庫(kù)）。P1-P2=（

a-

b）Rg3.傾斜液柱壓差計(jì)R1=R/sin

R=R1sin

例題：用普通U型管壓差計(jì)測(cè)量氣體管路上兩點(diǎn)壓差，指示液為水，讀數(shù)R為1.2cm，為擴(kuò)大讀數(shù)

改為微差計(jì)，一指示液密度為920kg/m3，另一指示液密度為850kg/m3，讀數(shù)可放大多少倍？

解：

（

水-

氣）gR=（

1-

2）gR’

新讀數(shù)為原讀數(shù)的171/12＝14.3倍例題：常溫水在管道中流動(dòng)，用雙U型管測(cè)兩點(diǎn)壓差，指示液為汞，其高度差為100mmHg，計(jì)算兩處壓力差如圖：

P1=P1’P2=P2’Pa=P1’+

水gxP1’=

汞gR+P2Pb

=

水gx+

水gR+P2’Pa-Pb=Rg(

汞-

水)=0.19.81(13600-1000)=1.24103Pa二.液位的測(cè)量已知：抽真空裝置的真空表讀數(shù)為80kPa，求氣壓管中水上升的高度。P0=P+

gRP為裝置內(nèi)的絕對(duì)壓

P0

RP=P0-真空度*

三.液封

氣體R真空表氣氣水RRpp

液封高度的計(jì)算液封，也稱(chēng)水封，是一種利用液體的靜壓來(lái)封閉氣體的裝置。各種液封的作用不同，但設(shè)計(jì)原理是相同的，都是根據(jù)液體靜力學(xué)原理來(lái)確定所需的液封高度。圖2-8是乙炔發(fā)生器外的安全水封裝置，當(dāng)器內(nèi)壓強(qiáng)超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體便由管2通過(guò)水封排出，達(dá)到泄壓目的。

圖2-8乙炔發(fā)生器水封

1、乙炔發(fā)生器；2-水封管；3、水封糟

如已知乙炔發(fā)生器內(nèi)最大壓強(qiáng)為p根據(jù)式p=pa+ρgh

即水封高度為：h=(p-pa)/ρ水g

但為了安全起見(jiàn)，h應(yīng)略小于(p-pa)/ρ水g.*第三節(jié)：管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程1-5流量與流速一.流量1.體積流量qv[m3/s]單位時(shí)間流過(guò)導(dǎo)管任一橫截面的流體體積2.質(zhì)量流量

qm=

qv

[kg/s]二.流速1.平均流速

v=qv/A[m/s]

2.質(zhì)量流速

W=qm/A=

v[kg/m2.s]

液體:0.5—3m/s

氣體：10—30m/s#管徑應(yīng)進(jìn)行園整3.管徑一般說(shuō)來(lái),根據(jù)流體流速對(duì)管徑進(jìn)行初選P29:表2-3中標(biāo)明了管材的規(guī)格,用公稱(chēng)直徑Dg表示.v=qv/A*例:安裝一根輸水量為30m3/h的管道,試選擇合適的管道。

查書(shū)P29:表2-3(2)普通無(wú)縫鋼管①

外徑=88.5mm壁厚=4mm即φ88.5×4的管子內(nèi)徑為d=80.5mm≈0.081m實(shí)際流速為:解：選擇管內(nèi)水的經(jīng)驗(yàn)流速v=1.8m/s1-6定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)一.定態(tài)流動(dòng)—流體流動(dòng)過(guò)程中，在任意截面，流體的參數(shù)不隨時(shí)間改變。二.非定態(tài)流動(dòng)—流體流動(dòng)過(guò)程中，在任意截面,流體的任何一參數(shù)隨時(shí)間而改變。

1

2

1’

2’

根據(jù)質(zhì)量守恒定律,進(jìn)行物料守算m1=m2此為流體流動(dòng)的連續(xù)性方程

m=V=vAv1

A1

1=v2

A2

2=常數(shù)對(duì)于不可壓縮性流體,密度可視為不變

v1

A1=

v2

A2

v1

/v2

=(d2/d1)2據(jù)此可計(jì)算不同管徑的流體流速

1-7連續(xù)性方程

theequationofcontinuity

123D1=2.5cmD2=10cmD3=5cm(1)當(dāng)流量為4升/秒時(shí),各段流速?(2)當(dāng)流量為8升/秒時(shí),各段流速?例題:如下圖的變徑管路123D1=2.5cmD2=10cmD3=5cm(1)當(dāng)流量為4升/秒時(shí),各段流速?(2)當(dāng)流量為8升/秒時(shí),各段流速?

＝2.04m/s

V’=2Vv’=2v

v1=2vv1’=16.3m/s例題:如下圖的變徑管路例題:

1-8柏努利方程#穩(wěn)定流動(dòng)，單位時(shí)間，質(zhì)量為M的流體截面1——截面2位能：流體因處于地球重力場(chǎng)中而具有能量，其值等于把質(zhì)量為M的流體由基準(zhǔn)水平面升舉到某高度Z所做的功。位能=力

距離=mgZ單位質(zhì)量流體的位能：

mgZ/m=gZ[J/kg]一.柏努利方程theenergybalanceequation2.動(dòng)能：流體因運(yùn)動(dòng)而具有的能量。動(dòng)能=mv2/2

3.

靜壓能：將流體壓入流體某截面對(duì)抗前方流體的壓力所做的功。靜壓能=力

距離

*一公斤流體的靜壓能為

pV/A/m=PA.qv/A/m=P/

[J/kg]

當(dāng)流體為理想流體時(shí)，兩界面上的上述三種能量之和相等。即：

各截面上的三種能量之和為常數(shù)

——柏努利方程Bernoulli方程的表達(dá)形式1,2點(diǎn)間沒(méi)有外界能量輸入,流體也沒(méi)有對(duì)外作功,根據(jù)能量守恒定律:E1=E2mgH1+mv12/2+mp1/ρ=mgH2+mv22/2+mp2/ρ方程式兩邊除以m,得gH1+v12/2+p1/ρ=gH2+v22/2+p2/ρgH、v2/2、p/ρ各項(xiàng)表示每kg流體所具有的各種形式的能量，單位均為J·kg-1*mgH1+mv12/2+mp1/ρ=mgH2+mv22/2+mp2/ρ方程式兩邊除以mg,得H1+v12/2g+p1/ρg=H2+v22/2g+p2/ρgH、v2/2g、p/ρg各項(xiàng)表示每牛頓流體所具有的各種形式的能量，單位均為m,應(yīng)理解為米液柱．工程上將每牛頓流體所具有的各種形式的能量統(tǒng)稱(chēng)為壓頭，Ｈ稱(chēng)為位壓頭，v2/2g稱(chēng)為動(dòng)壓頭，p/ρg稱(chēng)為靜壓頭*Bernoulli方程的表達(dá)形式當(dāng)系統(tǒng)中有外界能量輸入時(shí)，如泵供能量，Bernoulli方程表達(dá)為：H1+v12/2g+p1/ρg+He=H2+v22/2g+p2/ρgHe為外界加于每牛頓流體的能量，單位為m．實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)存在摩擦阻力，Bernoulli方程表達(dá)為：H1+v12/2g+p1/ρg+He=H2+v22/2g+p2/ρg+HfHf為每牛頓流體流動(dòng)時(shí)因阻力而損耗的能量，單位為m．*Problems1P71-72:ExercisesNo.1,No.5andNo.8*二.柏努利方程討論1.柏努利方程表示理想流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng),在任一截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能、靜壓能（稱(chēng)為機(jī)械能）之和為常數(shù)，稱(chēng)為總機(jī)械能，各種形式的機(jī)械能可互相轉(zhuǎn)換。2.各項(xiàng)機(jī)械能的單位皆為J/kg或m。3.當(dāng)（P1-P2）/P2<20%,密度用平均值,不穩(wěn)定系統(tǒng)的瞬間亦可用。4.流體靜止,此方程即為靜力學(xué)方程;1-9實(shí)際流體的機(jī)械能衡算

He—

揚(yáng)程；

Z2-

Z1—升楊高度；

*能量的轉(zhuǎn)換連通變徑管

h2h1h3h4二.柏努利方程的應(yīng)用解題要點(diǎn)1.作圖并確定能量衡算范圍;列出柏努利方程2.截面的選??；(1)截面應(yīng)與流體的流動(dòng)方向垂直；(2)兩截面之間的流體是連續(xù)的；取已知量最多的截面3.方程兩邊物理單位要一致

例題：如圖，堿液(d=1.1)，塔內(nèi)壓力為0.3atm,管徑603.5,送液量25T/h,能量損失為29.43J/kg,求外界輸送的能量。Z1=1.5m,Z2=16mP1(表)=0P2=0.3atm=0.3101330pav1=0∑hf=29.43J/kg

16m1.5mqv=W/ρ

=25000/3600/1100=0.0063m3/sv2=qv/A=0.0063/(0.785×0.0532)=0.86m/sZ1+he=Z2+P2/ρ+v22/2+∑hfhe=203J/kgText1Text2Text3Text4Text5Text6例:管內(nèi)流體流速為0.5m/s,壓頭損失1.2m,求高位槽的液面應(yīng)比塔入口高出多少米?

1Z

2P1=P2

=0(表)v1=0v2=0.5m/sZ1=Z

Z2=0Z1=u22/2g+Hf=0.52/(2×9.81)+1.2=1.21m1.A閥不開(kāi),求A處的表壓強(qiáng);2.閥開(kāi),求A處的流速,(阻力不計(jì));3.A閥開(kāi),流量為零,壓力計(jì)讀數(shù)?解:1.PA=P+ρgH

P=ρHggR=13600×9.81×76/1000=10133Pa(真空度)

PA=-10133+1000×9.81×2=9487Pa(表壓)P1m76mmHg1mA2.根據(jù)柏努力方程

Z1=1+1=2mZ2=0

P1=-10133PaP0=0v1=0hf=0

2×9.81-10133/1000=u22/2v2=4.35m/s3.v2=0

2×9.81–Px/1000=0Px=19620Pa

19620/101330×760=

147mmHg

conceptConceptConceptConcept通風(fēng)管道,直徑自300mm縮至200mm,粗管、細(xì)管表壓分別為1200、800Pa，求空氣的體積流量。

已知空氣溫度為20℃，當(dāng)?shù)貧鈮簽?01.33千帕。解:400/1200=33%本題是粗略估算,可按不可壓縮流體計(jì)算。

hf=0W=0Z1=Z2P1=1200PaP2=800Pa

=1.22kg/m3例某車(chē)間用壓縮空氣來(lái)壓送98%的濃硫酸，從底層硫酸貯存罐壓至三樓計(jì)量罐內(nèi)，如圖所示,貯罐液面與出口管管口相距15米。每批壓送量為300升，要求10分鐘內(nèi)壓完，ρ硫酸=1830kg/m3。設(shè)阻力損失為7.85J/kg,管徑為φ38*3。試求壓縮空氣的最低壓強(qiáng)。*

解：取硫酸貯存罐液面為1-1截面，硫酸出口管為2-2截面，取1-1為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列柏氏方程：gZ1+(1/2)u12+P1/ρ=gZ2+(1/2)u22+P2/ρ+∑hf

據(jù)題意：Z2-Z1=15m

u1≈0(實(shí)際壓送過(guò)程中因液面下降很小，可忽略不計(jì)）

∑hf=7.85J/kg

因計(jì)量罐通大氣，以表壓為基準(zhǔn)時(shí)P2=0.

代入上式得：

P1/ρ=15×9.81+u22/2+7.85(1)

再求硫酸在管中的流速u(mài)2:

qv=Au2=0.785×d2u2

d=38-2×3=32mm=0.032m

qv=300升/10分鐘=0.3/（10×60）m3/s

*故而ρ硫酸=1830kg/m3

將u2、ρ硫酸之值代入（1）式：

P1/1830=15×9.81+0.6232/2+7.85

解得：P1=284005Pa(表壓）*

第四節(jié)流量的測(cè)定1—22孔板流量計(jì)1.結(jié)構(gòu)與原理結(jié)構(gòu)：帶圓孔的金屬板；壓差計(jì)。原理：當(dāng)流體流經(jīng)孔板小孔時(shí)，產(chǎn)生明顯壓差，流量越大，壓差越大。

**Orificeflowmeter**

12

DdR以孔徑代替縮脈處的直徑以孔板左側(cè)流徑代替管徑2.流量方程*3.安裝要求：必須有一內(nèi)徑不變的直管段，上游有十倍直徑以上的直管，下游有五倍直徑的直管段。4.影響c0的因素：（1）與雷諾值有關(guān)；（2）與（A0

/A）有關(guān)（即β2）（3）與取壓方法有關(guān)；（4）常取0.61——0.63；（5）選擇孔徑要考慮雷諾值在一定范圍內(nèi)不變。

C0為孔板流量系數(shù),由實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定*5.計(jì)算步驟：

（1）由A0/A取孔流系數(shù)不變的值；（2）計(jì)算孔處流速→體積流量→管中流速；（3）由管中流速計(jì)算雷諾值，查此雷諾值對(duì)應(yīng)的孔流系數(shù)是否與設(shè)定的孔流系數(shù)相同，如不同，重新設(shè)定。（4）如測(cè)量氣體，流量應(yīng)乘以膨脹系數(shù)ε，ε為壓力比、直徑比和絕熱指數(shù)的函數(shù)，查得。*1—23轉(zhuǎn)子流量計(jì)Rotameter1.構(gòu)造:①錐形玻璃管，②轉(zhuǎn)子

**工作原理流體通過(guò)轉(zhuǎn)子與管壁的環(huán)隙時(shí),由于通道截面積減小,流速增大,流體的靜壓力降低,使轉(zhuǎn)子上下產(chǎn)生壓力差.也就是說(shuō),轉(zhuǎn)子上下的壓力差是由于流體通過(guò)環(huán)隙時(shí)流速增大而形成的.對(duì)特定的轉(zhuǎn)子和特定的流體,轉(zhuǎn)子橫截面積不變,流體的流量越大,轉(zhuǎn)子在錐管中上升的位置越高,環(huán)隙面積越大.*AR—轉(zhuǎn)子與玻璃管的環(huán)隙面積；CR—流量系數(shù)，與雷諾數(shù)、轉(zhuǎn)子形狀有關(guān)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定或查表；VR—轉(zhuǎn)子體積；ρR—轉(zhuǎn)子密度。3.流量方程Z1≈Z2*安裝要求1.垂直安裝2.流體從下往上流3.轉(zhuǎn)子截面積最大處讀數(shù)4.對(duì)象,刻度值,ρ*Problems2P73:ExercisesNo.11andNo.12*

第五節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象一.牛頓粘性定律1.粘性:流體在流動(dòng)中產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì),粘性是能量損失的原因。實(shí)驗(yàn)：

內(nèi)摩擦力F剪應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)摩擦力（τ）。τ=F/Adv/dδ（dv/dr）

—速度梯度速度沿法線上的變化率。

1—10粘度牛頓粘性定律首先應(yīng)指出，這是個(gè)實(shí)驗(yàn)性定律，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的。站在長(zhǎng)江大橋上，人們可以看到，江中心水急浪大，江岸兩邊，水流速度小，證明流速存在一個(gè)流動(dòng)速度分布，如圖1-3所示。橫渡過(guò)長(zhǎng)江的人體會(huì)更深刻。*在圓管中流動(dòng)的流體，我們可以想象它們是由無(wú)數(shù)的速度不等的流體圓筒所組成，如圖1-4所示。*牛頓粘性定律

Newtonianviscouslaw實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于一定流體，內(nèi)摩擦力F與接觸面積A成正比，與速度差dv成正比，與層間距離dδ成反比,此即牛頓粘度定律。用一句話表述牛頓粘度定律，就是流體內(nèi)部所受的剪應(yīng)力與速度梯度成正比。*牛頓流體Newtonianfluid順便介紹一下，服從牛頓粘度定律的流體，我們稱(chēng)為牛頓型流體。不服從牛頓粘度定律的流體，我們稱(chēng)為非牛頓型流體如油等高粘度的流體。非牛頓型流體有三種，其剪應(yīng)力與速度的關(guān)系如圖1-5所示。*①塑性流體②假塑性流體③漲塑性流體*

剪切力：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)摩擦力.

μ：粘度系數(shù)——?jiǎng)恿φ扯取扯取?/p>

粘度的物理意義：

當(dāng)速度梯度為1時(shí)，單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的大小。

粘度的單位——牛頓粘性定律3.運(yùn)動(dòng)粘度

ν=μ/ρ單位:SI——m2/scgs——cm2/s——斯托克斯4.影響粘度的因素:溫度:液體—溫度

，粘度下降

；氣體—溫度

，粘度

。壓力：液體—受壓力影響很??；氣體—壓力

，粘度

；但只有在壓力極高或極低時(shí)有影響。流體流動(dòng)類(lèi)型當(dāng)我們擰水龍頭時(shí)，若水壓大，水流是大而急的，激起盆底水花飛濺，若水壓小，水流是小而慢的，水呈細(xì)流狀。若到廬山，三疊泉的水流有“飛流直下三千尺”的架勢(shì)，若到貴州安順,黃果樹(shù)瀑布則也是典型的“飛流直下”。若到四川九寨溝,小溪是涓涓細(xì)流，張家界的金鞭溪也是典型的涓涓細(xì)流，這都說(shuō)明，水的流動(dòng)是有差別的。*黃果樹(shù)瀑布*尼加拉瓜瀑布**1883年著名的雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)裝置*層流與湍流LaminarandTurbulentFlow在水箱B內(nèi)裝有溢流裝置，以保持水位恒定。水箱下部裝有水平玻璃管，用閥門(mén)A調(diào)節(jié)流量。玻管入口處插入一根細(xì)管，細(xì)管上方與裝有有色液體的容器C相連。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在有溢流的情況下，微微打開(kāi)閥A，使玻管中的水低速流動(dòng)，然后打開(kāi)閥D，把有色液體引入玻管中。此時(shí)可以觀察到，有色液體成一直線平穩(wěn)地流過(guò)整根玻管，與管內(nèi)的水不相混合，如圖2-13（A）所示。這說(shuō)明管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)是有規(guī)則的平行流動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不干擾混雜，這種流動(dòng)型態(tài)稱(chēng)為滯流或?qū)恿鳌?在有色液體流動(dòng)不變的情況下，調(diào)節(jié)閥A，增大水流速度，當(dāng)流速增大到一定數(shù)值時(shí)，有色液體的流線出現(xiàn)不規(guī)則的波浪形，如圖2-13（B)所示。若繼續(xù)增大流速至某一臨界值時(shí)，有色流線即會(huì)消失，此時(shí)整個(gè)下管內(nèi)的水呈現(xiàn)均勻的顏色，如圖2-13（C)所示。這說(shuō)明流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管道向前運(yùn)動(dòng)外，還存在不規(guī)則的徑向運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞相互騷擾渦動(dòng)，這種流動(dòng)型態(tài)稱(chēng)為湍流或紊流。介于上述兩種情況之間的流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)渡流。*1-11流體流動(dòng)類(lèi)型與雷諾準(zhǔn)數(shù)影響因素:管徑、流速、粘度、密度一.實(shí)驗(yàn)1.層流(滯流)過(guò)渡流2.湍流(紊流)*流動(dòng)型態(tài)示意圖流動(dòng)型態(tài)示意圖*雷諾準(zhǔn)數(shù)Reynoldsnumbers如何將這些定性的感性認(rèn)識(shí)提高到定量的理論高度呢？流動(dòng)類(lèi)型與那些物理量有關(guān)呢？1883年，雷諾通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)觀察到，流體流動(dòng)分為層流（滯流）、過(guò)渡流、湍流，且流動(dòng)型態(tài)除了與流速有關(guān)外，還與管徑、流體的粘度、流體的密度有關(guān)。雷諾將它們組合成一個(gè)復(fù)合數(shù)群,其物理意義Re=慣性力/粘性力。此數(shù)群后人稱(chēng)之為雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)數(shù)的觀察與研究證明，雷諾準(zhǔn)數(shù)的大小，可以用來(lái)判斷流動(dòng)類(lèi)型。雷諾準(zhǔn)數(shù)是個(gè)十分重要的數(shù)群。它不僅在流體流動(dòng)過(guò)程中經(jīng)常用到，而且在整個(gè)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程中也常用到。*二.雷諾值—Re

無(wú)因次數(shù)群—準(zhǔn)數(shù)三.流動(dòng)類(lèi)型的判斷

1.層流

Re≤20002.湍流

Re≥40003.過(guò)渡態(tài)2000～4000

四.流體流動(dòng)的相似原理相似原理：當(dāng)管徑不同，雷諾數(shù)相同，流體邊界形狀相似，則流體流動(dòng)狀態(tài)也相同。非圓形管道當(dāng)量直徑de=4A/∏A—流通截面積（m2）；∏—潤(rùn)濕周邊(m)。圓形管道與套管的當(dāng)量直徑分別為：

=d=D-d

*例題：有正方形管道、寬為高三倍的長(zhǎng)方形管道和圓形管道，截面積皆為0.48m2，分別求它們的潤(rùn)濕周邊和當(dāng)量直徑。解：(1)正方形管道邊長(zhǎng)：

a=0.481/2=0.692

潤(rùn)濕周邊：

∏=4d=4×0.692=2.77m

當(dāng)量直徑：

de=4A/∏=4×0.48/2.77=0.693m*（2）長(zhǎng)方形管道短邊長(zhǎng)a：

3a.a=0.48m邊長(zhǎng):a=0.4m潤(rùn)濕周邊：

∏=2(a+3a)=3.2m當(dāng)量直徑：

de=4×0.48/3.2=0.6m(3)圓形管道

直徑:πd2=0.48d=0.78m潤(rùn)濕周邊：

∏=πd=3.14×0.78=2.45當(dāng)量直徑：

de=d=0.78mde長(zhǎng)方形(0.6)<de正方形(0.693)<de圓形(0.78)hf長(zhǎng)方形>hf正方形>hf園形*

為研究操作過(guò)程的能量損失,問(wèn):實(shí)驗(yàn)設(shè)備中空氣流速應(yīng)為多少?解:Re1=Re2

例:操作條件:D1

，1atm，80℃，v1=2.5m/s,空氣，

實(shí)驗(yàn)條件:D2=1/10D1

，1atm，20℃。20℃:μ2=0.018Pa.s80℃:μ1=0.025Pa.s例題:內(nèi)徑25mm的水管,水流速為1m/s,水溫20度,求:1.水的流動(dòng)類(lèi)型;

2.當(dāng)水的流動(dòng)類(lèi)型為層流時(shí)的最大流速?解：1.20℃μ=1cPρ=998.2kg/m31—12流體在園管內(nèi)的速度分布F1=πr2P1F2=πr2P2F=F1-F2=(P1-P2)

πr2=ΔPπr2τ=F/A——剪切力（剪應(yīng)力強(qiáng)度）

F=τA=一.層流時(shí)的速度分布1.速度分布曲線Rr2.最大、最小速度dqv=2πrdrv

積分得：

r3.流量4.平均流速層流速度分布曲線

二.

流體在園管中湍流流動(dòng)時(shí)的速度分布1.管中心部分速度為最大速度vmax。

點(diǎn)速度ù:ù=vmax(1-r/R)1/72.層流底層——管壁處為層流。速度大，湍流程度大，層流底層??；粘度大，層流底層厚。3.平均速度約為最大速度的0.82倍湍流流動(dòng)的速度分布曲線流動(dòng)邊界層

BoundaryLayer先討論流體流過(guò)平板時(shí)的情況。在平板的前緣，流體以勻速vs流動(dòng)，當(dāng)流到平板壁面時(shí)，壁面上將粘附一層靜止的流體層.與相鄰流體層之間會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使其流速減慢，這種減速作用會(huì)一層一層地向流體內(nèi)部傳遞過(guò)去，形成一種速度分布，如圖2-15所示。*流體流過(guò)平板的邊界層*從該圖示可以看出，離壁面越近，流體減速越大，離壁面一定距離（y=δ)后，流體的流速接近vs。這樣，在δ距離內(nèi)的流體層便產(chǎn)生了速度梯度。在壁面附近存在著較大速度梯度的流體層，稱(chēng)為流動(dòng)界層，簡(jiǎn)稱(chēng)邊界層。*應(yīng)用邊界層概念可將流體沿壁面的流動(dòng)分成兩個(gè)區(qū)域，存在顯著速度梯度的邊界層區(qū)和幾乎沒(méi)有速度梯度的主流區(qū)。在邊界層區(qū)內(nèi)，由于存在顯著的速度梯度dv/dδ，即使粘度μ很小，也有較大的內(nèi)摩擦應(yīng)力τ，故流動(dòng)時(shí)摩擦阻力很大。在主流區(qū)內(nèi)，dv/dδ≈0,故τ≈0，因此，主流區(qū)內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)摩擦阻力也趨近于零，可看成理想流體。**把流動(dòng)流體分成兩個(gè)區(qū)域這樣一種流動(dòng)模型，將粘性的影響限制在邊界層內(nèi)，可使實(shí)際流體的流動(dòng)問(wèn)題大為簡(jiǎn)化，并且可以用理想的方法加以解決。邊界層內(nèi)流體的流動(dòng)也可分為滯流和湍流，因而，相應(yīng)地將邊界層分為滯流邊界層和湍流邊界層。值得注意的是，在湍流邊界層里，靠近壁面處仍有一薄層流體呈滯流流動(dòng)，這就是滯流內(nèi)層。*邊界層分離現(xiàn)象Boundarylayerseparation流體在直徑相同的直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)邊界層是緊貼在壁面上。當(dāng)流體流過(guò)曲面（如球面、圓柱體表面等）時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)邊界層脫離固體壁面流動(dòng)現(xiàn)象，稱(chēng)為邊界層分離。邊界層脫離壁面以后，壁面上就會(huì)出現(xiàn)流體空白區(qū)，下游的流體會(huì)倒流回來(lái)，形成兩股逆向流動(dòng)的流體，產(chǎn)生漩渦。*Problems3P69Problemno.7P73:ExercisesNo.14*

第五節(jié)流體流動(dòng)阻力1.對(duì)于同一直管，不管水平或垂直放置,所測(cè)能量損失相等。2.只有水平放置的直管,能量損失等于兩截面的壓能之差。1-14流體在直管中的流動(dòng)阻力對(duì)于等徑直管柏努利方程為層流流動(dòng)時(shí)的直管阻力層流是流體作一層滑過(guò)一層的流動(dòng)，流動(dòng)阻力主要是流體的內(nèi)部摩擦力。流動(dòng)時(shí)的阻力服從牛頓粘性定律式（2-6）。

F=μAdv/dδ

*如圖2-18所示，流體在水平圓管中流動(dòng)時(shí)，在管中心至管壁的任一r處，取微分距離dr，管長(zhǎng)度為l,則兩層流體間滑動(dòng)的接觸面積A為2πrl。為克服摩擦阻力而使流體流動(dòng)管兩端必須有一定的壓強(qiáng)差△P、流體所受的力即為：

F=△P·A，A為受力面積，等于當(dāng)時(shí)管中流體層的橫截面積，其時(shí)即為A=πr2,摩擦阻力與所受的力大小相等而方向相反。

F=-△P·A=-△P·πr2

*將其代入式-△P·πr2=μAdv/dδ

=μ2πrldv/dδ

整理并積分，當(dāng)R=0（管中心）時(shí)，v=vmax,當(dāng)R=R（管壁時(shí)），v=0

*得到：△P·R2/2=2μlvmax

層流平均流速是最大流速的一半,vmax=2v而且*5.哈根—泊素葉(poiseuille)方程哈根—泊素葉方程：表示流體層流流動(dòng)時(shí)用以克服摩擦阻力的壓力差，與速度的一次方成正比。*1—15層流的摩擦阻力由哈根泊素葉方程得λ—摩擦系數(shù)

*哈根公式（Hagen)，是計(jì)算直管層流時(shí)流體流動(dòng)阻力的公式。在此公式中，l/d在化工上稱(chēng)為幾何相似數(shù)而(v2/2g)為動(dòng)壓頭，故哈根公式可寫(xiě)為：

Hf=摩擦系數(shù)×幾何相似數(shù)×動(dòng)壓頭

*湍流流動(dòng)時(shí)的直管阻力

湍流時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則地紊亂擾動(dòng)并相互碰撞，既有粘性阻力，又有形體阻力，情況十分復(fù)雜，至今不能用理論推導(dǎo)的方法得到其計(jì)算阻力的公式，但根據(jù)多方面實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理后得到如下與哈根公式相似的結(jié)果如下：

*范寧公式結(jié)果如下：

稱(chēng)為范寧公式（Fanning），公式中的λ也稱(chēng)為摩擦系數(shù)，與Re準(zhǔn)數(shù)及管壁粗糙度有關(guān),其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。目前還很難從理論上導(dǎo)出湍流摩擦系數(shù)λ的計(jì)算公式，只能根據(jù)有關(guān)函數(shù)關(guān)系通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到一些經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式用于計(jì)算。*這里只介紹一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式如下：對(duì)于光滑管（銅管、鉛管、塑料管、玻管，其內(nèi)表面很光滑，管壁粗糙度影響可忽略），當(dāng)Re=3×103～1×105時(shí)，λ的關(guān)系式為：

λ=0.3164/Re0.25

(2-33)

式（2-33）稱(chēng)為柏拉修斯（Blasius)公式。

關(guān)于摩擦系數(shù)與Re及粗糙度的關(guān)系，可參見(jiàn)教材中有關(guān)內(nèi)容.參見(jiàn)p48:圖2-28

*1—16湍流的摩擦阻力一.管壁粗糙度的影響

1.絕對(duì)粗糙度e：管壁突出部分的平均高度。導(dǎo)管的粗糙度參見(jiàn)教材p49:表2-42.相對(duì)粗糙度：絕對(duì)粗糙度與管徑的比值ε=e/d

。*三.湍流時(shí)的摩擦系數(shù)p481.層流:λ=64/Reλ與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)。2.過(guò)渡區(qū)不穩(wěn)定3.湍流區(qū)λ與Re、ε/d有關(guān)。4.完全湍流區(qū)—阻力平方區(qū)；λ與Re無(wú)關(guān)。**

例2-11

20℃的甘油在1″管中以0.2m/s流速流動(dòng)，求流過(guò)每米管長(zhǎng)時(shí)的摩擦阻力。

解：20℃時(shí)甘油的粘度為1499厘泊，比重為1.26，1"管的規(guī)格為

φ33.5×3.25。當(dāng)流速為0.2m/s時(shí)，求得：

Re=dvρ/μ=(0.027×0.2×1260)/(1499×10-3)=4.54

流動(dòng)型態(tài)為層流，流過(guò)每米管長(zhǎng)時(shí)的阻力損失為：*管路上的局部阻力流體在管路的進(jìn)口，出口，彎頭，閥門(mén)，擴(kuò)大，縮小等局部位置流過(guò)時(shí)，其流速的大小和方向都發(fā)生變化，且流體受到干擾和沖擊，使湍流現(xiàn)象加劇而消耗能量。

1、阻力系數(shù)法(不作要求,書(shū)中沒(méi)有)

將流體在管路的進(jìn)、出口，突然擴(kuò)大、縮小等局部地區(qū)的局部阻力損失hf`表示成動(dòng)能v2/2的倍數(shù)關(guān)系，即

ξ—局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定*管路的局部阻力流體流經(jīng)管件，閥門(mén)等時(shí)引起的局部阻力損失hf`等同于流過(guò)一般與其具有相同直徑，長(zhǎng)度為le的直管的阻力.Le—當(dāng)量長(zhǎng)度，表示由管件引起的局部阻力損失。相當(dāng)于流過(guò)一段直徑相同，長(zhǎng)度為L(zhǎng)e的直管所損失的能量，其值可查p51:圖2-29共線圖和列線圖。管路阻力計(jì)算的應(yīng)用:烏氏粘度計(jì)測(cè)粘度的原理當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖此圖使用說(shuō)明：從左邊豎線找出管線或閥門(mén)的相應(yīng)點(diǎn)，從右側(cè)找到管徑值的相應(yīng)位置點(diǎn)，兩點(diǎn)連線交于中線，其交點(diǎn)即為相應(yīng)管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度。****

例2-12用φ108*4的鋼管輸送原油，輸送量19T/h，d原=0.90,μ原=72Cp.原油從起點(diǎn)站油泵出口壓力為61kg/cm2（表），終到處壓力為1kg/cm2（表），若管子是水平安裝的，局部阻力以直管阻力的10%計(jì)，試求原油輸送的路程（輸油管長(zhǎng)度）是多少？

例2-12附圖*

分析：由于輸油管是水平安裝的，因而整個(gè)輸送過(guò)程的壓強(qiáng)降即為總阻力：管子的規(guī)格知道即知管內(nèi)徑，又知原油質(zhì)量流量和密度（由比重而得），因此管內(nèi)流速可得。再計(jì)算雷諾數(shù)以判定流動(dòng)型態(tài)后，摩擦系數(shù)λ即可求出。*解：原油在管中的流速

v=w/(Aρ)=(1900/3600)/(0.785×0.12×900)=0.747m/s

由于Re=dvρ/μ=(0.1×0.747×900)/(72×10-3)=933

所以管內(nèi)的流體流動(dòng)型態(tài)為層流

因而摩擦系數(shù)λ＝64/Re=64/933=0.06854

據(jù)題意:∑le=l/10

代入式(2-38):△Pf=λ·(l+∑le)/d

·(v2ρ/2)(61-1)×9.81×104=0.06854×(l+0.1l)/0.1

×

(0.7472×900)/2

解得：l≈31×103m

即原油輸送的路程約為31公里。

*第六節(jié)管路計(jì)算1-20

簡(jiǎn)單管路一、簡(jiǎn)單管路計(jì)算1.已知L、d、qv，求∑hf

;2.已知∑hf、L、d，求v或qv

試差法：設(shè)λ無(wú)因次數(shù)群法：→u→Re→λ1→λ1=λ，u為所求，否則重設(shè)λ。已知L、∑hf

、v,求d?二、最適宜管徑管徑選擇原則：設(shè)備費(fèi)＋動(dòng)力費(fèi)（操作費(fèi)）最少。管徑費(fèi)用設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)最適宜管徑總費(fèi)用1-21復(fù)雜管路一.并聯(lián)管路

1.qv=qvA+qVB

2.

hfA=hfB二.分支管路

Problems4P73-75:ExercisesNo.15,No.17andNo.30*二.量綱分析法

量綱分析法的基礎(chǔ)—量綱的一致性。即：每個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，且量綱也必需相等。量綱為1：量綱指數(shù)為零的量。

π定理：當(dāng)某現(xiàn)象的物理量數(shù)為n個(gè)，這些物理量的基本量綱數(shù)為m個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用N＝（n-m）個(gè)獨(dú)立的量綱為1的量之間的關(guān)系式表示，即可用N＝（n-m）個(gè)準(zhǔn)數(shù)表示。*用量綱分析法確定湍流時(shí)摩擦阻力中的準(zhǔn)數(shù)物理量：壓力降△P、管徑d、管長(zhǎng)l、流速v、密度ρ、粘度μ、粗糙度ε△P=f（d、l、u、ρ、μ、ε）量綱分別為：

[μ]=MT–1L–1基本量綱：M、T、L

（三個(gè)基本量綱）準(zhǔn)數(shù)個(gè)數(shù)：N=7–3=4[P]=MT-2

L-1[d]=L[l]=L[v]=LT-1[ε]=L[ρ]=ML-3*冪函數(shù)形式：

△P=Kda

lb

ucρd

μe

εfML-1T-2=La

Lb

（LT-1）c（

ML–3）d

（

MT–1L–1

）e

Lf﹒整理得：

ML-1T-2=Md+eLa+b-c-3d-e+fT–c-e

根據(jù)量綱一致性

M：d+e=1

L：a+b-c-3d–e+f=-1T：-c-e=-2﹒*冪函數(shù)形式：

△P=Kda

lb

vcρd

μe

εf

M：d+e=1

(1)L：a+b+c-3d–e+f=-1(2)T：-c-e=-2(3)﹒由(1)得d=1-e(4)

由(3)得c=2-e(5)

將(4)、(5)帶入(2)得

a=-b-e–f(6)將結(jié)果帶入原冪函數(shù)得:△P=Kd-b-e-f

lb

v2-eρ1-e

μe

εf*△P=Kd-b-e-f

lb

u2-eρ1-eμeεf變換為準(zhǔn)數(shù)式(將指數(shù)相同的物理量合并):*ThankYou!*147Fluid-movingMachinery

148149若將某池子熱水送至高的涼水塔，倘若外界不提供機(jī)械能，水能自動(dòng)由低處向高處流嗎？

150我們?cè)诔孛媾c涼水塔液面列柏努利方程代入數(shù)據(jù)v為虛數(shù).此計(jì)算說(shuō)明，泵不開(kāi)動(dòng)，水就不可能流向涼水架，就需要外界提供機(jī)械能量。151第一章第2部分流體輸送機(jī)械

第一節(jié)概述流體輸送機(jī)械—為流體提供能量的機(jī)械。泵Pumps

—輸送液體機(jī)械；風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)—?dú)怏w輸送機(jī)械。

第二節(jié)離心泵CentrifugalPumps

2—1

離心泵的工作原理1.工作原理：在離心力的作用下，高速流體在渦形通道截面逐漸增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，液體獲得較高的壓力，進(jìn)入壓出管。2—2離心泵的主要部件一.葉輪(p55)1.敞式葉輪

2.敝式葉輪

3.半敝式葉輪二.泵殼：蝸形三.軸封裝置：密封涵機(jī)械密封153離心泵構(gòu)造示意圖154155離心泵構(gòu)造示意圖離心泵構(gòu)造示意圖156157離心泵的構(gòu)造及原理先將液體注滿泵殼，葉輪反時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)，將液體甩向葉輪外緣，產(chǎn)生高的動(dòng)壓頭，由于泵殼液體通道設(shè)計(jì)成截面逐漸擴(kuò)大的形狀，高速流體逐漸減速，由動(dòng)壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓頭，即流體出泵殼時(shí)，表現(xiàn)為具有高壓的液體。在液體被甩向葉輪外緣的同時(shí)，葉輪中心液體減少，出現(xiàn)負(fù)壓（或真空），則常壓液體不斷補(bǔ)充至葉輪中心處。于是，離心泵葉輪源源不斷輸送著流體。158離心泵的工作原理可以用如下示意圖表示此機(jī)械何以得名離心泵，是因?yàn)槿~輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生離心力，液體在離心力作用下產(chǎn)生高速度。離心泵的能量轉(zhuǎn)換:電能→機(jī)械能→動(dòng)能→靜壓能1592—3離心泵的主要性能參數(shù)

一.流量：離心泵的送液能力；[m3/h];

二.揚(yáng)程H：又稱(chēng)泵的壓頭，[m]，單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量,是指泵對(duì)單位重量的液體提供的能量。影響泵壓頭大小的因素：

1.泵的結(jié)構(gòu)（葉輪大小、彎曲程度）；

2.轉(zhuǎn)速；泵的葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，即“r.p.m.”：ringsperminute

3.流量。

三.有效功率Pa有效功率Pa是指液體實(shí)際得到的功率,單位J/S或WPa=Hqvρg=Wqm

H—揚(yáng)程[m]；W—外加能量

qv—流量[m3/s];qm—質(zhì)量流量[kg/s];qvρg—流體重量流量。

四.效率

η=Pa/P軸離心泵的軸功率P軸是電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)傳給泵軸的功率.

2—4

離心泵的特性曲線一、離心泵的特性曲線當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)

H、P、ρ與qv的關(guān)系曲線

最高效率點(diǎn)為工作點(diǎn)二、離心泵的轉(zhuǎn)速對(duì)特性曲線的影響

比例定律：轉(zhuǎn)速<20％，η不變?nèi)?、離心泵的直徑對(duì)特性曲線的影響切割定律：四、液體粘度和密度的影響泵的生產(chǎn)廠家所提供的離心泵特性曲線一般都是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下以20℃的清水作為工質(zhì)做實(shí)驗(yàn)的。若被輸液的ρ，μ不同，或改變泵的n，葉輪直徑，則性能要發(fā)生變化。

1.粘度的影響μ

，qv

、H，P，η；原因：(1)μ

，hf,H；

(2)μ,v,V；

(3)μ,葉輪前后能量損失，P；2.密度影響

(1)qv不變。qv與泵出口截面有關(guān)。

(2)H不變。F離心力

ρ,p2-p1

ρ(p2-p1)/ρg與ρ無(wú)關(guān)

,H

(p2-p1)/ρg(3)ρ,P2-5離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)一、管路特性曲線

二、工作點(diǎn)qvH泵特性曲線管路特性曲線工作點(diǎn)167如果工作點(diǎn)的流量大于或小于所需的輸液量，則須進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

流量調(diào)節(jié)實(shí)際上是改變泵的工作點(diǎn)。①

改變出口閥的開(kāi)度:實(shí)際改變管路特性曲線②

改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑:實(shí)際改變泵的H～Q曲線比較①，②兩種流量調(diào)節(jié)措施可知：?。┯瞄y門(mén)調(diào)節(jié)流量快速方便，且流量可以連續(xù)變化，化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。其缺點(diǎn)是閥門(mén)關(guān)小時(shí)，流動(dòng)阻力增加，要額外多消耗一部分功率，且使泵在低效率點(diǎn)工作，經(jīng)濟(jì)上不合理。ⅱ）②方法不額外增加流動(dòng)阻力，變化前后泵效率幾乎不變，能量利用經(jīng)濟(jì)。但調(diào)節(jié)不方便，且變速裝置或變速電動(dòng)機(jī)價(jià)格貴，一般只有在調(diào)節(jié)幅度大，時(shí)間又長(zhǎng)的季節(jié)性調(diào)節(jié)中才使用。

三、流量調(diào)節(jié)1682.氣縛現(xiàn)象：若泵體內(nèi)存有空氣，由于ρ空氣<<ρ液，

所以產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，葉輪空轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣縛,達(dá)不到輸液目的。因此,泵啟動(dòng)前要預(yù)先向泵殼和吸入管道灌液.169170離心泵的安裝高度和汽蝕現(xiàn)象(Cavitation)

為什么要提出安裝高度問(wèn)題呢？倘若吸水池液面通大氣，即使泵殼內(nèi)的絕壓p1為零，即真空度為1個(gè)大氣壓，其安裝高度亦會(huì)小于或等于10m，如圖1-36所示。若大于10m米，則池中液體就不會(huì)源源不斷壓入泵殼內(nèi)。另外，若泵殼的絕壓p1

小于被輸送液的飽和蒸汽壓pv，則液體將發(fā)生劇烈汽化，氣泡劇烈沖向葉輪，使葉輪表面剝離、破損，發(fā)生“氣蝕”現(xiàn)象，即氣泡對(duì)葉輪的腐蝕現(xiàn)象。為了避免“氣蝕”。所以必須滿足p1≥pv

。所以安裝高度hg必須小于:1712—5

離心泵的安裝高度計(jì)算

1.允許吸上真空度法Hs=(P0-P1)/ρg若對(duì)泵吸入管列B’seq

（在0—0'與1—1'面間）

Hs的校正

Hs’=[Hs+(Ha–10)-(Hv–4)]×1000/ρ

Ha—實(shí)際大氣壓[m水柱]；

Hv—操作溫度下水的飽和蒸汽壓；

[m水柱]

ρ—操作溫度下流體密度[kg/m3]。174氣蝕余量氣蝕余量，是指泵入口處動(dòng)壓頭與靜壓頭之和超過(guò)液體在操作溫度下水的飽和蒸汽壓具有的靜壓頭之差2.氣蝕余量法例題：某離心泵在樣本中查得允許吸上真空度為6m，現(xiàn)將泵安裝在海拔高度500m處，水溫40度，問(wèn)（1）修正后的Hs?

（2）若吸入管路壓頭損失為1m，動(dòng)壓頭為0.2m，該泵安裝在離水面5m高處是否合適？解：1、水40℃，Pv=55.32mmHg,500m處

Pa=9.74mH2O，

Hv=55.32/760×10.3=0.75mH2O

Ha=9.74mH2O

Hs’=Hs+(Ha-10)-(Hv-0.24)=6+(9.74-10)-(0.75-0.24)=5.23

Hg=Hs’－v21/2g－∑Hf

=5.23－0.2－1=4.03m

計(jì)算的允許安裝高度值(4.03m)低于實(shí)際安裝高度值(5m),因此泵安裝高度不合適。例題：

用油泵從貯罐向反應(yīng)器輸送異丁烷，密度530kg/m3，罐內(nèi)液面恒定，且上方絕對(duì)壓強(qiáng)為6.65kgf/cm2，吸入管壓頭損失為1.6m，飽和蒸汽壓為6.5kgf/cm2，泵的氣蝕余量為3.5m，確定泵的安裝高度。（ψ=0.9）

Po=6.65×98100PaPV=6.5×98100Pa∑Hf=1.6m△h’=0.9×3.5=3.15mHg=-1.92m

泵應(yīng)安裝于罐液面下1.92m之下解：180

往復(fù)泵1.

工作原理（與離心泵的不同）如P58圖:2-37所示，往復(fù)泵不需灌液，具有自吸能力。2.流量Q：Q=Q（活塞面積，沖程[活塞左右移動(dòng)距離]，往復(fù)頻率）單動(dòng)泵：理論流量QT=Asn/60

m3/s

（nl/min）實(shí)際流量會(huì)小于QT（吸入閥和排出閥啟閉不及時(shí)，液體漏損等）3.He與Q無(wú)關(guān)（這又與離心泵不同），He受管路的承壓能力限制。4.流量調(diào)節(jié)采用旁路調(diào)節(jié)，不能用出口閥來(lái)調(diào)節(jié).（這也與離心泵不同）5.汲上真空高度也隨大氣壓（pa），密度（ρ）和液溫變化而變化，所以往復(fù)泵的汲上真空高度也有一定限制。6.正位移性——泵的排液能力只與泵的幾何尺寸，而與管路情況無(wú)關(guān)，又壓頭與流量無(wú)關(guān)，受管路的承壓能力所限制，這種特性稱(chēng)為正位移性。這種泵稱(chēng)為正位移泵。往復(fù)泵是正位移泵之一。181第三節(jié)

離心式風(fēng)機(jī)離心式風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的工作原理和離心泵相似，依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使氣體獲得能量，從而提高了氣體的壓強(qiáng)和速度。

通風(fēng)機(jī)都是單級(jí)，起輸送氣體之用，所產(chǎn)生的表壓強(qiáng)＜14.7×103Pa。

鼓風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)都是多級(jí)的，前者產(chǎn)生的表壓強(qiáng)＜294×103Pa，壓縮機(jī)的表壓強(qiáng)＞294×103Pa，兩者對(duì)氣體都有較顯著的壓縮作用。1822.離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)與特性曲線1）性能參數(shù)：風(fēng)量Q

m3/s，風(fēng)壓HT，軸功率Na和效率η。①

風(fēng)量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積，以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì).②

風(fēng)壓HT:單位體積的氣體流經(jīng)風(fēng)機(jī)時(shí)所獲得的能量，J/m3=Pa，習(xí)慣上以mmH2O表示。

HT=HT

（結(jié)構(gòu)，葉輪尺寸，n及進(jìn)氣密度ρ），由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。一般通過(guò)測(cè)量風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處氣體的流速和壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)，按B’seg計(jì)算

對(duì)于1m3氣體在進(jìn)出口處列B’seg。

一般u2較大，故HK也較大。（這與離心泵不同）183184185186187188189190Problems5P74:

ExercisesNo.22andNo.23第三章氣體吸收GasAbsorption氣體吸收

概述1．1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)分離過(guò)程：利用物系中不同組分的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)的差異來(lái)造成一個(gè)兩相物系，使其中某一組分或某些組分從一相轉(zhuǎn)移到另一相，達(dá)到分離的目的，這一過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)分離過(guò)程。以傳質(zhì)分離過(guò)程為特征的基本單元操作在化工生產(chǎn)中很多，如：氣體吸收選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，以分離氣體混合物。如用水作溶劑來(lái)吸收混合在空氣中的氨，它是利用氨和空氣在水中溶解度的差異，進(jìn)行分離。氣體吸收過(guò)程利