考研筆記 《化工原理》（第2版）筆記和課后習(xí)題（含考研真題）詳解

夏清主編的《化工原理》(第2版)是我國(guó)高?；瘜W(xué)類廣泛采用的權(quán)威教材之一，也被眾多高校(包括科研機(jī)構(gòu))指定為考研考博專業(yè)課參考書(shū)目。為了幫助參加研究生入學(xué)考試指定參考書(shū)目為夏清主編的《化工原理》(第2版)的考生復(fù)理》(第2版)輔導(dǎo)用書(shū)(均提供免費(fèi)下載，免費(fèi)升級(jí)):1.夏清《化工原理》(第2版)筆記和課后習(xí)題(含考研真題)詳解2.夏清《化工原理》(第2版)(上冊(cè))配套題庫(kù)【名校考研真題+課后習(xí)題+章節(jié)題庫(kù)+3.夏清《化工原理》(第2版)(下冊(cè))配套題庫(kù)【名?？佳姓骖}+課后習(xí)題+章節(jié)題庫(kù)+本書(shū)是夏清主編的《化工原理》(第2版)的配套e書(shū)，主要包括以下內(nèi)容：(1)梳理知識(shí)脈絡(luò)，濃縮學(xué)科精華。本書(shū)每章的復(fù)習(xí)筆記均對(duì)該章的重難點(diǎn)進(jìn)行了整理，(2)詳解課后習(xí)題，鞏固重點(diǎn)難點(diǎn)。本書(shū)參考大量相關(guān)輔導(dǎo)資料，對(duì)夏清主編的《化工原理》(第2版)的課后思考題進(jìn)行了詳細(xì)的分析和解答，并對(duì)相關(guān)重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了延伸和(3)精編考研真題，培養(yǎng)解題思路。本書(shū)精選詳析了部分名校近年來(lái)的相關(guān)考研真題，這(4)免費(fèi)更新內(nèi)容，獲取最新信息。本書(shū)定期會(huì)進(jìn)行修訂完善，補(bǔ)充最新的考研真題和答()提供全國(guó)各高?；瘜W(xué)類專業(yè)考研考博輔導(dǎo)班【一對(duì)一輔導(dǎo)(面授/網(wǎng)授)、網(wǎng)授精講班等】、3D電子書(shū)、3D題庫(kù)(免費(fèi)下載，免費(fèi)升級(jí))、全套資料(歷年真題及答案、筆記講義等)、化學(xué)類國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教材名師講堂、考研教輔圖書(shū)等。本學(xué)考試指定考研參考書(shū)目為夏清主編的《化工原理》(第2版)的考生，也可供各大院校學(xué)1.720度立體旋轉(zhuǎn)：好用好玩的全新學(xué)習(xí)體驗(yàn)2.質(zhì)量保證：每本e書(shū)都經(jīng)過(guò)圖書(shū)編輯隊(duì)伍多次反復(fù)修改，顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格審核目的考試要點(diǎn)，把重要考點(diǎn)全部固化為試題(或講義)形式，形成精準(zhǔn)領(lǐng)先及時(shí)的備考e3.免費(fèi)升級(jí)：更新并完善內(nèi)容，終身免費(fèi)升級(jí)4.功能強(qiáng)大：記錄筆記、答案遮擋等十大功能(1)e書(shū)閱讀器工具欄豐富實(shí)用【為考試教輔量身定做】(2)便箋工具——做筆記、寫(xiě)反饋【獨(dú)家推出】(3)答案遮擋——先看題后看答案，學(xué)習(xí)效果好【獨(dú)家推出】5.品種齊全：包括全部職稱資格考試、、主要包括：、、,共3萬(wàn)余種，每天新上線約30種e書(shū)，每天下載約1萬(wàn)次。為您處理!()是一家為全國(guó)各類考試和專業(yè)課學(xué)習(xí)提供輔導(dǎo)方案【保過(guò)班、網(wǎng)授班、3D電子書(shū)、3D題庫(kù)】的綜合性學(xué)習(xí)型視頻學(xué)習(xí)網(wǎng)站，擁有近100種考試(含418個(gè)考試科目)、194種經(jīng)典教材(含英語(yǔ)、經(jīng)濟(jì)、管理、證券、金融等共16大類),合計(jì)近萬(wàn)小時(shí)的面授班、網(wǎng)授如您在購(gòu)買、使用中有任何疑問(wèn)，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們，我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)!全國(guó)熱線：(8:30～次日00:30),(8:30～次日00:30)詳情訪問(wèn)：http://(理工類)編輯部0.1復(fù)習(xí)筆記第1章流體流動(dòng)1.1復(fù)習(xí)筆記1.2課后習(xí)題詳解第2章流體輸送機(jī)械2.1復(fù)習(xí)筆記3.1復(fù)習(xí)筆記3.2課后習(xí)題詳解3.3名校考研真題詳解4.1復(fù)習(xí)筆記5.1復(fù)習(xí)筆記5.2課后習(xí)題詳解第8章蒸餾和吸收塔設(shè)備第9章液-液萃取第11章結(jié)晶和膜分離1.課程的基本內(nèi)容(1)單元操作(2)化工原理的基本內(nèi)容2.課程的研究方法(1)實(shí)驗(yàn)研究方法(經(jīng)驗(yàn)法);(2)數(shù)學(xué)模型法(半經(jīng)驗(yàn)半理論方法)。3.課程的學(xué)習(xí)要求(3)操作和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的能力；(4)過(guò)程開(kāi)發(fā)或科學(xué)研究能力。1.物理量的單位2.單位換算(1)物理量的單位換算(2)經(jīng)驗(yàn)公式(或數(shù)字公式)的換算1.物料衡算2.能量衡算1.熱空氣與冷水間的總傳熱系數(shù)K值約為42.99kcal/(m2·h·℃),試從基本單位換算開(kāi)始，將K值的單位改為W/(m2·℃)。常溫下水的密度為1000kg/m3,試從基本單位換算開(kāi)始，將該值換算為米制重力單位的數(shù)解：1千克物體所受重力為1kgf,且1kgf=9.8m/s2·lkg=9.8N。故1000kg/m3=1000N·s2/m3=(1000/9.8)kgf·s2/m?=102kgf·s2/m23.甲烷的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系符合下面經(jīng)驗(yàn)公式：T——溫度，℃。今需將式中p的單位改為Pa,溫度單位改為K,試對(duì)該式加以變換。解：因?yàn)?60mmHg=101325Pa所以1Pa=0.0075mmHg將公式中的p,t換成單位分別為Pa和K時(shí)有以下公式即lg(1/0.0075p)=6.421-352/(Tlgp-lg0.0075=6.421-354.將A,B,C,D四種組分各為0.25(摩爾分?jǐn)?shù)，下同)的某混合溶液，以1000kmol/h的流量送入精餾塔內(nèi)分離，得到塔頂與塔釜兩股產(chǎn)品，進(jìn)料中全部A組分、96%B組分及4%C組分存于塔頂產(chǎn)品中；全部D組分存于塔釜產(chǎn)品中。試計(jì)算塔頂和塔釜產(chǎn)品的流量及其組成。解：由題意知，進(jìn)料：WpA=Wg=Wc=Wm=1000×0.25=250kmol/h。(1)塔頂和塔釜產(chǎn)品流量。塔頂出料：塔底出料：根據(jù)物料衡算：對(duì)于塔底：Wwg=W-Wre=250-240=10Wwc=We-W=250-10=240對(duì)于塔頂：Wo=WD-Wwp=250-250=0(2)塔頂和塔釜產(chǎn)品流量。塔頂總物料：Wp=Wo+WB+W+Wo=250+240+10+0=50塔頂各物料組成：X=Wpe/Wp=240/500=48%塔釜總物料：Ww=WwA+WwB+Wwe+Wwp=0+10+240+250=5塔釜各物料組成：6.每小時(shí)將200kg過(guò)熱氨氣(壓強(qiáng)為1200kPa)從95℃冷卻、冷凝為飽和液氨。已知冷凝第1章流體流動(dòng)1.流體的密度或p——?dú)怏w的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa;(2)①對(duì)于液體混合物，各組分的組成常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。即式中：PA,PB,…,pn——液體混合物中各純組分的密度，kg/m3;XwA,XwB,…,Xwn——液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。②對(duì)于氣體混合物，各組分的組成常用體積分?jǐn)?shù)表示。即式中：XVA,XVR,….,Xy氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。③氣體混合物的平均摩爾質(zhì)量Mm可按下式求算，即yA,yB,…,yn——?dú)怏w混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)。2.流體的黏性(1)牛頓黏性定律黏性：在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，流體還有一種抗拒內(nèi)在的向前運(yùn)動(dòng)的特性。流體的內(nèi)摩擦力或剪切力：運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，它是流體黏性的表現(xiàn)，又稱為黏滯力或黏性摩擦力。牛頓黏性定律：式中：—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；μ——比例系數(shù)，其值隨流體的不同而異，流體的黏性愈大，其值愈大，所以稱為黏滯系數(shù)或動(dòng)力黏度，簡(jiǎn)稱為黏度。凡遵循牛頓黏性定律的流體稱為牛頓型流體，否則為非牛頓型流體。(2)①流體的黏度黏度的物理意義：促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。黏度由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。液體的黏度隨溫度升高而減小，氣體的黏度則隨溫度升高而增大。②運(yùn)動(dòng)黏度：流體的黏性還可用黏度μ與密度p的比值來(lái)表示，以v表示，即單位：m2/s、cm2/s、St;1St=100cSt(厘池)=10-4m2/s。(3)理想流體黏度為零的流體稱為理想流體。二、流體靜力學(xué)1.靜止流體的壓力(1)在法定單位制中Iatm=1.033kgf/cm2=760mmHg=10.33mH?0=1.0133bar=1.0133×10?Pa工程上Iat=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH?O=0.9807bar=9.807×10?Pa(2)絕對(duì)壓力：以絕對(duì)零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓力，是流體的真實(shí)壓力。表壓力：被測(cè)流體的絕對(duì)壓力比大氣壓力高出的數(shù)值，用壓力表來(lái)測(cè)量，即表壓力=絕對(duì)壓力一大氣壓力真空度：被測(cè)流體的絕對(duì)壓力低于大氣壓力的數(shù)值，用真空表來(lái)測(cè)量，即真空度=大氣壓力一絕對(duì)壓力2.流體靜力學(xué)基本方程式P=Po+pgh上式都稱為流體靜力學(xué)基本方程式，反映在重力場(chǎng)作用下，靜止液體內(nèi)部壓力的變化規(guī)律。上述方程式只能用于靜止的連通著的同一種連續(xù)的流體。3.壓力與壓力差的測(cè)量(1)U管壓差計(jì)圖1-1壓力差pi-p2為P?-P?=(pA-PB)gR+pagZ當(dāng)被測(cè)管段水平放置時(shí)，則上式可簡(jiǎn)化為P?-P?=(pA-PB)gR讀數(shù)R所反映的是管道中某截面處流體的絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，即為表壓力。(2)傾斜液柱壓差計(jì)圖1-2壓差計(jì)的讀數(shù)R"與u管壓差計(jì)的讀數(shù)R的關(guān)系為(3)微差壓差計(jì)P?-P?=(pA-Pc)gR圖1-31.流量與流速(1)流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量。體積流量：流量用體積來(lái)計(jì)算，以Vs表示，其單位為m3/s;(2)流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上所流過(guò)的距離，以u(píng)表示，其單位為m/s。質(zhì)量流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流過(guò)管道單位截面積的質(zhì)量，亦稱為質(zhì)量通量，以G表示，單2.穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)3.連續(xù)性方程式V.=u,A?=u?A?=…=uA=常4.伯努利方程式(1)流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算(2)伯努利方程式(3)伯努利方程式的討論1kg理想流體在各截面上所具有的總機(jī)械能相等，而每一種形式的機(jī)械能不一定相等，但各據(jù)。單位時(shí)間輸送設(shè)備所做的有效功稱為有效功率，以Ne表示，單位為J/s或w。即N.=W.0.如果系統(tǒng)里的流體是靜止的，則u=0;沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，自然沒(méi)有阻力，即由于流體保持靜止?fàn)顟B(tài)，也就不會(huì)有外功加入，即We=0,于是式變成1.流動(dòng)類型與雷諾數(shù)(1)雷諾實(shí)驗(yàn)與雷諾數(shù),,Re數(shù)實(shí)際上反映了流體流動(dòng)中慣性力與黏滯力的比。當(dāng)慣性力較大時(shí)，Re數(shù)較大；當(dāng)黏滯(2)層流與湍流當(dāng)Re≤2000時(shí)，流體的流動(dòng)類型屬于層流；當(dāng)Re≥4000時(shí)，流動(dòng)類型屬于湍流；當(dāng)Re值為2000～4000時(shí)，這一范圍稱為不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。層流時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)沿管軸作有規(guī)則的平行運(yùn)動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)互不碰撞，互不混合；湍流時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)并相互碰撞，產(chǎn)生大大小小的旋渦。在穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中，流體作湍流流動(dòng)時(shí)，管道截面上任一點(diǎn)的時(shí)均速度不隨時(shí)間而改變。2.流體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的速度分布上式是流體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的速度分布表達(dá)式，表示在某一壓力差A(yù)p之下，ur與r的關(guān)系為拋物線方程。當(dāng)r=0時(shí)，管中心處的速度為最大流速，層流時(shí)圓管截面平均速度與最大速度的關(guān)系為速度分布也可寫(xiě)成層流時(shí)速度沿管徑的分布為一拋物線。五、流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力可分為：直管阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力：由于流體流經(jīng)管路中的管件、閥門(mén)及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力。伯努利方程式中的Zh,項(xiàng)是指所研究管路系統(tǒng)的總能量損失(或稱阻力損失),它既包括系統(tǒng)中各段直管阻力損失he,也包括系統(tǒng)中各種局部阻力損失h/即是指單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，單位為J/kg;是指單位重量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，單位為J/N=m;pzh是指單位體積流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，以APr表示，即AP=p≥h,AP的單位為J/m3=Pa,故常稱△Pt為流動(dòng)阻力引起的壓力降。1.流體在直管中的流動(dòng)阻力(1)計(jì)算圓形直管阻力的通式或(2)管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響(3)層流時(shí)的摩擦系數(shù)(4)湍流時(shí)的摩擦系數(shù)(5)當(dāng)量直徑水力半徑rH的定義是，流體在流道里的流通截面A與潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)Ⅱ之比，即2.管路上的局部阻力(1)阻力系數(shù)法克服局部阻力所引起的能量損失，也可以表示成動(dòng)能u2/2的一個(gè)函數(shù)，即或式中《稱為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。進(jìn)口損失：突然進(jìn)入很小截面，局部阻力系數(shù)c=0.5;出口損失：突然擴(kuò)大到很大的截面，局部阻力系數(shù)ζe=1。(2)當(dāng)量長(zhǎng)度法流體流經(jīng)管件、閥門(mén)等局部地區(qū)所引起的能量損失，可寫(xiě)成如下形式：式中1e稱為管件或閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度，其單位為m,表示流體流過(guò)某一管件或閥門(mén)的局部阻力，相當(dāng)于流過(guò)一段與其具有相同直徑、長(zhǎng)度為1e之直管阻力。3.管路系統(tǒng)中的總能量損失管路系統(tǒng)中的總能量損失常稱為總阻力損失，是管路上全部直管阻力與局部阻力之和。則管路的總能量損失為式中：Zhe——管路系統(tǒng)中的總能量損失，J/kg;∑le——管路系統(tǒng)全部管件與閥門(mén)等的當(dāng)量長(zhǎng)度之和，m;∑S;——管路系統(tǒng)中全部阻力系數(shù)之和，量綱為1;u——流體在管路中的流速，m/s。六、管路計(jì)算1.簡(jiǎn)單管路(1)流體通過(guò)各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體，則體積流量也不變，即(2)整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和，即計(jì)算可分為兩類：設(shè)計(jì)型和操作型，計(jì)算中注意試差法的應(yīng)用。2.復(fù)雜管路①主管中的流量為并聯(lián)的各支管流量之和，對(duì)于不可壓縮性流體，則有②并聯(lián)管路中各支管的能量損失均相等，即注意：計(jì)算并聯(lián)管路阻力時(shí)，可任選一根支管計(jì)算，而絕不能將各支管阻力加和在一起作為并聯(lián)管路的阻力。(2)分支管路與匯合管路①總管流量等于各支管流量之和，對(duì)于不可壓縮性流體，有②雖然各支管的流量不等，但在分支處0點(diǎn)的總機(jī)械能為一定值，表明流體在各支管流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和必相等。七、流量測(cè)量1.測(cè)速管測(cè)速管測(cè)得的是流體在管截面某點(diǎn)處的速度，點(diǎn)速度與壓力差的關(guān)系為：用U形壓差計(jì)測(cè)量壓差時(shí)2.孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)是利用流體流經(jīng)孔板前后產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量?？姿袤w積流量質(zhì)量流量式中：Co流量系數(shù)或孔流系數(shù)，,常用值為Co=0.6～0.7。孔板流量計(jì)的特點(diǎn)：恒截面、變壓差，為差壓式流量計(jì)。3.文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)也屬差壓式流量計(jì)，其流量方程也與孔板流量計(jì)相似，即式中：Cv——文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)(約為0.98～0.99)。文丘里流量計(jì)的能量損失遠(yuǎn)小于孔板流量計(jì)。4.轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是通過(guò)轉(zhuǎn)子懸浮位置處環(huán)隙面積不同來(lái)反映流量的大小。環(huán)隙流速體積流量Ar——轉(zhuǎn)子上端面處環(huán)隙面積。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：恒壓差、恒環(huán)隙流速而變流通面積，屬截面式流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度，是用20℃的水(密度為1000kg/m3)或20℃和101.3kPa下的空氣(密度為1.2kg/m3)進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)被測(cè)流體與上述條件不符時(shí)，應(yīng)進(jìn)行刻度換算。在同一刻度下，兩種流體的流量為式中下標(biāo)1表示標(biāo)定流體的參數(shù)，下標(biāo)2表示實(shí)際被測(cè)流體的參數(shù)。1.2課后習(xí)題詳解1.某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為13.3×103Pa,試計(jì)算設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)與表壓強(qiáng)。已知該地區(qū)故有pe=P大-p=(98.7-13.3)×103=8.54×10'Pa2.如圖1-1所示的貯油罐中盛有密度為960kg/m3的油品，油面高于罐底9.6m,油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的圓孔，其中心距罐底800mm,孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為32.23×10?Pa,問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘?圖1-1解：圓孔處受到的油的靜壓Pp=pgh=960×9.8×(9.6-800×10-3)=8.3×10要使油不漏出，則有螺絲提供的應(yīng)力之和必須不小于圓孔所受壓力P解得n=7.59,所以至少取8個(gè)。3.某流化床反應(yīng)器上裝有兩上U管壓差計(jì)，如圖1-2所示。測(cè)得R?=400mm,R?=50mm,指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R=50mm。試求A、B兩處的表壓強(qiáng)。=103×9.8×0.05+13.6×103×=7.16×102Pa(表壓)=6.05×10'Pa(表壓)圖1-24.如圖1-3所示為遠(yuǎn)距離測(cè)量控制裝置，用以測(cè)定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=1m,U管壓差計(jì)的指示液為水銀，煤油的密度為820kg/m2。試求當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)R=68mm時(shí)，相界面與油層的吹氣管出口距離h。圖1-3解得h=0.418m,所以相界面與油層的吹氣管出口距離為0.418m。5.如圖1-4所示的串聯(lián)U管壓差計(jì)測(cè)量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，U管壓差計(jì)的指示液為水銀，兩U管間的連接管內(nèi)充滿水。已知壓強(qiáng)P=99.3×103Pa試求鍋爐上方水蒸氣的壓強(qiáng)p。(分別以Pa和kgf/cm2來(lái)計(jì)量。)圖1-4=99.3×102+13.6×103×9.8×(2.3-1.2)-103×9.8×(+13.6×103×9.8×(2.5-1.4)-103×6.如圖1-5所示的微差壓差計(jì)的讀數(shù)，計(jì)算管路中氣體的表壓強(qiáng)P。壓差計(jì)中以油和水為大室的內(nèi)徑D均為60mm,U管內(nèi)徑d為6mm。圖1-5根據(jù)靜力學(xué)方程式得管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)Po(表壓)=920×9.8×0.003+(998-920)×9.8×0.3=2.57.列管換熱器的管束由121根625mm×2.5mm的鋼管組成?？諝庖?m/s速度在列管內(nèi)流動(dòng)?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為50℃、壓強(qiáng)為196×1試求：(1)空氣的質(zhì)量流量；(2)操作條件下空氣的體積流量；(3)將(2)的計(jì)算結(jié)果解：首先查得50℃,1.013×103Pa條件下空氣密度則50℃操作條件下的空氣密度(1)空氣的質(zhì)量流量(2)操作條件下空氣體積流量V,=w./p=1.09/3.179=0.34(3)標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣體積流量=6.5u2計(jì)算(不包括出口阻力損失),圖1-6解：如圖1-6所示，取高位槽水面為截面1-1',管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-(1)此值為管中水流速度，所以截面A-A'的速度為2.9m/s。(2)水流量9.20℃的水以2.5m/s的流速流經(jīng)638mm×2.5mm的水平管，此管以錐形管與另一p53mm×3mm的水平管相連。如圖1-7所示，在錐形管兩側(cè)A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強(qiáng)。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為1.5J/kg,求兩玻璃管的水面差(以mm計(jì)),并在圖1-7中畫(huà)出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。圖1-7解：如圖1-7所示，取管中心線為基準(zhǔn)水平面，在A、B處垂直于管中心線的截面分別為截即Ps-pA=pg(ha-ha)得10.用離心泵把20℃的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對(duì)位置如圖1-8所示。管路的直徑均為676mm×2.5mm,在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×10'Pa;水流經(jīng)吸入管與排出管(不包括噴頭)的能量損失可分別按與∑he=10u計(jì)算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接如圖1-8所示。圖1-8其中Z?=1.5m,Z=14m,p?=-24.66×10'Pa(表N.=w.W.=7.91×285.23=2.26kW11.如圖1-9所示的貯槽內(nèi)徑D為2m,槽底與內(nèi)徑d為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無(wú)液體補(bǔ)充，其液面高度h為2m(以管子中心線為基準(zhǔn))。液體在本題管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按計(jì)算，式中u為液體在管內(nèi)的流速m/s。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m時(shí)所需的時(shí)圖1-9解：這是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，在瞬間仍然滿足柏努利方程。如圖1-9所示又因?yàn)橘A槽內(nèi)下降的液體體積和底部鋼管流出的液體體積相等，故當(dāng)液面從2m下降到1m時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間t其中D=2m,d=0.032m,12.如圖1-10所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m2,循環(huán)量為36m3/h。管量損失為49J/kg,試計(jì)算：(1)若泵的效率為70%時(shí)，泵的軸功率為若干kW?(2)若A圖1-10同時(shí)從截面BB'到截面A-A'之間應(yīng)用努利方方程(無(wú)換熱器一方)①②③④比較式②和式④,得W.=147.1J/kg(2)把PA=245.2×102Pa代入式②,得13.用壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液面維持恒定。管路直徑均為660mm×3.5mm,其他尺寸見(jiàn)圖1-11。各管段的能量損失為∑heAs=∑hi=u2,∑h.e=1.18u。兩壓差計(jì)中的指示液均為水銀。試求當(dāng)R?=45mm,h=200mm時(shí)；(1)壓縮空氣的壓強(qiáng)Pi為若干?(2)U管壓差計(jì)讀數(shù)R?為多少?圖1-11解：如圖1-11所示，選取低位槽的液面為基準(zhǔn)水平面，對(duì)應(yīng)截面1-1',(1)首先在截面BB'和截面C-C之間應(yīng)用柏努利方程①又因?yàn)镻a-pc=pgh+(p=1100×9.8×5+(13.6-1.1)×103×9.8×0.045=5.9代入①式，解得u=2.05m/s。由題意W.=0,Z=0,Z?=10m,p?=0圖1-12(3)最后在截面1-1'和截面BB'之間應(yīng)用柏努利方程其中W.=0,Z?=0m,Z?=(10-2-5)=3m,p?=1.23×103Pa(表壓),us=u=2.05m/s,代入方程得解得Pa=8.373×10'Pa(表壓)又由U型管壓差計(jì)知代入數(shù)據(jù)8.373×10?=1100×9.8×0.最后得R2=0.610m,即610mm。14.在實(shí)驗(yàn)室中，用玻璃管輸送20℃的70%醋酸。管內(nèi)徑為1.5cm,流量為10kg/min。用SI和物理單位制各算一次雷諾數(shù)，并指出流型。解：查得20℃的70%醋酸的黏度μ=2.49mPa·s(1)用SI單位制所以屬于湍流。(2)用物理單位制所以屬于湍流。15.如圖1-12所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計(jì)，以測(cè)量?jī)山孛嬷g的壓強(qiáng)差。當(dāng)水的流量為10800kg/h時(shí)，U管壓差計(jì)讀數(shù)R為100mm。粗、細(xì)損失；(2)與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為若干?解：如圖1-12所示，選取管中心線為基準(zhǔn)水平面，左右測(cè)量處垂直于管路的對(duì)應(yīng)截面1-1'和(1)首先計(jì)算粗細(xì)管路中的流速(2)在截面1-1'和截面2-2'之間應(yīng)用柏努利方程代入得故得。(3)△p=pZh?=103×4.41=16.密度為850kg/m2、黏度為8×10-3Pa·s的液體在內(nèi)徑為14mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)，溶液的流速為1m/s。試計(jì)算：(1)雷諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種流型；(2)局部速度等于平均速度處與管軸的距離；(3)該管路為水平管，若上游壓強(qiáng)為147×103Pa,液體流經(jīng)多長(zhǎng)的管所以屬于滯流(層流)。(2)由層流速度分布公式可得局部速度由題意，當(dāng)u=u時(shí)，,得r=4.95mm。(3)對(duì)于水平直管且由,得17.流體通過(guò)圓管湍流流動(dòng)時(shí)，管截面的速度分布可按下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)表示：式中y為某點(diǎn)與壁面的距離，即y=R-r試求其平均速度u與最大速度“m的比值。解：根據(jù)平均速度定義，并結(jié)合圓管流動(dòng)的特點(diǎn)，得出代入上式，有變量代換后有故18.一定量的液體在圓形直管內(nèi)作層流流動(dòng)。若管長(zhǎng)及液體物性不變，而管徑減至原有白問(wèn)因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的若干倍?解：由于體積流量恒定，故有v.=v:,。因?yàn)槭菍恿?，所以因?yàn)?。因?yàn)槭菍恿?，所以最后代入范寧?得即因流動(dòng)阻力產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的16倍。19.內(nèi)截面為1000mm×1200mm的矩形煙囪的高度為30m。平均摩爾質(zhì)量為30kg/kmol、平均溫度為400℃的煙道氣自下而上流動(dòng)。煙囪下端維持49Pa的真空度。在煙囪高度范圍內(nèi)大氣的密度可視為定值，大氣溫度為20℃,地面處的大氣壓強(qiáng)為101.33×102Pa。流體流經(jīng)煙囪時(shí)的摩擦系數(shù)可取為0.05、,試求煙道氣的流量為若干(kg/h)?解：選取煙道底部地面處為基準(zhǔn)水平面。(1)首先計(jì)算煙道氣的密度p。根據(jù)理想氣體的定義得煙囪下端煙道氣的密度同理煙囪上端煙道氣的密度平均密度(2)由題意l=30m,p?=101330-49=101281Pa,p?=101330Pa,而得所以煙道氣質(zhì)量流量w,=Aup=1×1.2×11.94×0.8955=12.83kg20.每小時(shí)將2×10'kg的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽(如圖1-13所示)。反應(yīng)器液面總長(zhǎng)為50m,管線上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)(局部阻力系數(shù)為4)、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為15m。若泵的效率為0.7,求泵的軸功率。溶液的密度為1073kg/m3,黏度為6.3×10-'Pa·s。管壁絕對(duì)粗糙度E可取為0.3mm。(3)流動(dòng)阻力圖1-13(4)軸功率W.=172.03+Zh?=172.03+32.30=204.N.=w,W.=204.33×5.56=1.135kWN=N./η=1.135/0.7=1.63kW21.從設(shè)備送出的廢氣中含有少量可溶物質(zhì)，在放空之前令其通過(guò)一個(gè)洗滌器，以回收這些物質(zhì)進(jìn)行綜合利用，并避免環(huán)境污染。氣體流量為3600m3/h(在操作條件下),其物理性質(zhì)與50℃的空氣基本相同。如圖1-14所示，氣體進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)前的管路上安裝有指示液為水的U管壓差計(jì)，其讀數(shù)為30mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm,管長(zhǎng)與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為50m(不包括進(jìn)、出塔及管出口阻力),放空口與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口的垂直距離為20m,已估計(jì)氣體通過(guò)塔內(nèi)填料層的壓強(qiáng)降為1.96×103Pa。管壁的絕對(duì)粗糙度e可取為為20m。圖1-14解：如圖1-14所示，選鼓風(fēng)機(jī)入口管中心線為基準(zhǔn)水平面，垂直于此中心線其中W.=-72.98+Zh?=-72.98+2898.89=2820.22.如圖1-15所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端15m處安有以水銀為指示液的U管壓差計(jì)，其一臂與(1)當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得R=600mm、h=1500mm;當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400mm、h=1400mm。摩擦系數(shù)λ可取為0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問(wèn)每小時(shí)從管(2)當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的靜壓強(qiáng)為若干(Pa表壓)?閘閥全開(kāi)時(shí)l./d≈15,圖1-15解：選取槽低鋼管中心線為基準(zhǔn)水平面，高位槽液面為截面1-1',距離管入口處15m的且p=P水g×0.4-Pkg×1.4=(13.6×0.4-1×1.4)×103×9即①②(2)閘全開(kāi)啟時(shí)，在截面1-1'和截面3-3'之間應(yīng)用柏努利方程代入柏努利方程得(3)閘全開(kāi)啟時(shí)，在截面1-1'和截面2-2'之間應(yīng)用柏努利方程代入上式柏努利方程得將u=3.51m/s代入上式得23.10℃的水以500L/min的流量流過(guò)一根長(zhǎng)為300m的水平管，管壁的絕對(duì)粗糙度為0.05mm。有6m的壓頭可供克服流動(dòng)的摩擦阻力，試求管徑的最小尺寸。解：管內(nèi)水流量管內(nèi)水流速度由題意可知6m壓頭克服流動(dòng)的摩擦力為將u代入上式得設(shè)λ=0.02,則得d=0.09m,則u=1.061×10-2/0.092=1.31m此時(shí)e/d=0.05/90=0.0005556,并查得10℃水的黏度μ=130.77×10-3Pa·s核算流動(dòng)類型查得λ≈0.02,所以假設(shè)比較接近。最后得管最小內(nèi)徑為90mm。24.某油品的密度為800kg/m3、黏度為41cP,由圖1-16所示的A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高1.5m。輸送管徑為689mm×3.5mm、長(zhǎng)50m(包括閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度),進(jìn)、出口損失可忽略。(1)油的流量(m3/h);(2)若調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，使油的流量減少20%,此時(shí)閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度增加多少(m)?圖1-16解：分別選取A、B槽油面為截面AA和截面BB',且低油面即截面BB'為基準(zhǔn)水平面。解得u=1.21m/s(2)當(dāng)流量減少20%后，在截面A-A'和截面B-B'之間再應(yīng)用伯努利方程故故當(dāng)流量減少20%后，閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度增加62.5-50=12.5m。25.在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長(zhǎng)均為5m(包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度),管內(nèi)徑為200mm。通過(guò)填料層的能量損失可分別折算為5u2與4u2,式中u為氣體在管內(nèi)的流速m/s。氣體在支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)λ=0.02。管路的氣體總(1)當(dāng)兩閥全開(kāi)時(shí)，兩塔的通氣量；(2)圖1-17中AB的能量損失。圖1-17解：如圖1-17所示，選取A、B兩處截面分別為截面A-A'和截面B-B'。(1)對(duì)于并聯(lián)管路中的左支路，其中阻力損失(2)對(duì)于并聯(lián)管路中的右支路，其中阻力損失①②故V.?=V,-V,2=0.3-0.158=0.14∑h=∑h,?=4.335u=4.335×5.022=126.用離心泵將20℃水經(jīng)總管分別送至A、B容器內(nèi)，總管流量為89m3/h,總管直徑為管的流動(dòng)阻力可忽略，各設(shè)備間的相對(duì)位置如圖1-18所示。試求：(1)兩支管的壓頭損失H?o-A、Ho-8;(2)離心泵的有效壓頭H。圖1-18解：如圖1-18所示，選取離心泵出口處水平管中心線為基準(zhǔn)水平面，低位槽液面為0-0',由題意Z=0,Z?=14+2=16m,p?=1.93×10?Pa(表壓),p?=0(表壓)其中Z=2m,Z?=14+2=16m,po=p?27.用效率為80%的齒輪泵將黏稠的液體從敞口槽送至密閉容器內(nèi)，兩者液面均維持恒定，容器頂部壓強(qiáng)表的讀數(shù)為30×103Pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，其14m3/h,管徑為，66mm×3mm,管長(zhǎng)為80m(包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。旁路的流量為5m3/h,管徑為p32mm×2.5mm,管長(zhǎng)為20m(包括除了閥門(mén)外的所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點(diǎn)O之間的能量損失。被輸送液體的黏度為50mPa·s,密度為1100kg/m2。試計(jì)算：(1)泵的軸功率；(2)旁路閥門(mén)的阻力系數(shù)。圖1-1928.如圖1-20所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC與DB兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均為11m。AB管段內(nèi)徑為38mm、長(zhǎng)為58m;BC支管的內(nèi)徑為32mm、長(zhǎng)為12.5m;BD支管的內(nèi)徑為26mm、長(zhǎng)為14m。各段管長(zhǎng)均包括(2)當(dāng)所有閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支管的排水量各為若干(m3/h)?BD支管的管壁絕對(duì)粗糙度e可取為0.15mm,水的密度為1000kg/m3,黏度為0.001Pa·s。圖1-20解：如圖1-20所示，選取高位槽水面為上游截面1-1',BC出口處為截面2-2'以及CD為基①代入方程得①又因?yàn)楣苈返淖枇p失為②所以h=0.709,u?=0.709×2.45=1.74m/s。當(dāng)BD支管關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大流量(2)當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，在AC之間以及AD列柏努利方程有其中Z=11m.Z?=0,p?=p?=0(表壓),u=0.W.=0。代入方程得又因?yàn)楣苈返淖枇p失為故同理，考慮連續(xù)性方程有下列關(guān)系同理，考慮連續(xù)性方程有下列關(guān)系⑤核算BD管流型是20℃的甲苯，采用角接取壓法用U管壓差計(jì)測(cè)量孔板兩測(cè)的壓強(qiáng)差，以水銀為指示液，測(cè)壓連接管中充滿甲苯?，F(xiàn)測(cè)得U管壓差計(jì)的讀數(shù)為600mm,試計(jì)算管中甲苯的流量為若解：查得20℃甲苯的物理性質(zhì)故30.某液體分別在如圖1-21所示的三根管道中穩(wěn)定流過(guò)，各管絕對(duì)粗糙度、管徑均相同，上游截面1-1的壓強(qiáng)、流速也相等。問(wèn)：(1)在三種情況下，下游截面2-2'的流速是否相等?(2)在三種情況下，下游截面2-2'的壓強(qiáng)是否相等?如果不等，指出哪一種情況的數(shù)值最大，哪一種情況中的數(shù)值最小?其理由何在?圖1-21解：(1)由于管內(nèi)屬于連續(xù)性流動(dòng)，且三根管的內(nèi)徑均相同，上游截面流速相同，所以下游截面的流速亦相同。(2)由柏努利方程由題意對(duì)于(a)(b)(c)三種情況：將式①、式②、式③代入柏努利方程得同時(shí)上游截面的壓強(qiáng)相同，所以下游截面Pa<ps<p。31.如圖1-22所示的高位槽液面維持恒定，管路中ab和cd兩段的長(zhǎng)度、直徑及粗糙度均相同。某液體以一定流量流過(guò)管路，液體在流動(dòng)過(guò)程中溫度可視為不變。問(wèn)：(1)液體通過(guò)ab和cd兩管段的能量損失是否相等?(2)此兩管段的壓強(qiáng)差是否相等?并寫(xiě)出它們的表達(dá)式；(3)兩U管壓差計(jì)的指示液相同，壓差計(jì)的讀數(shù)是否相等?圖1-22(2)由柏努利方程得(3)如果兩壓差計(jì)中指示液相同，因?yàn)閍b段和cd段中的動(dòng)能量損失相同則gR?=pgR,32.如圖1-22所示的管路上裝有一個(gè)閥門(mén)，如減小閥門(mén)的開(kāi)度。試討論：(1)液體在管內(nèi)的流速及流量的變化情況；(2)液體流經(jīng)整個(gè)管路系統(tǒng)的能量損失情況。解：如果在圖1-22中，裝上一個(gè)閥門(mén)，并不斷減小閥門(mén)的開(kāi)度，則(1)管內(nèi)流速減小，流量也減??；(2)整個(gè)管路系統(tǒng)中能量損失增大。33.如圖1-23所示，流體穩(wěn)態(tài)流過(guò)三根安裝方式不同的管路，已知三根管路尺寸完全相同，兩測(cè)壓口間距及管內(nèi)流量也相等。問(wèn)三種情況下U管壓差計(jì)讀數(shù)R是否相等?圖1-23解：結(jié)合上述第2題，由于穩(wěn)流中，三根管路的尺寸完全相同，且測(cè)壓同，所以三種情況中的動(dòng)能量損失相同，故U型壓差計(jì)讀數(shù)相同。管內(nèi)水的動(dòng)壓頭均為0.5m,則進(jìn)水管的點(diǎn)A,出水管的點(diǎn)B及容器內(nèi)的點(diǎn)C處的靜壓頭分圖1-24解：(1)C點(diǎn)處?kù)o壓頭。顯然C點(diǎn)處uc=0,動(dòng)壓頭為零，故靜壓頭為1.5m。選進(jìn)水管和出水管中心線為基本面，垂直于此水平面A點(diǎn)處截面A-A',B點(diǎn)處截面故故A點(diǎn)處?kù)o壓頭(3)B點(diǎn)處?kù)o壓頭。其中故35.如圖1-25所示，槽內(nèi)水面維持不變，水從B、C兩支管排出，各管段的直徑、粗糙度相同，槽內(nèi)水面與兩支管出口的距離均相等，水在管內(nèi)已達(dá)到完全湍流狀態(tài)。試分析：(1)兩閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，兩支管的流量是否相等?(2)若把C支管的閥門(mén)關(guān)閉，這時(shí)B支管內(nèi)水的流量有何改變?(3)當(dāng)C支管的閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，主管路A處的壓強(qiáng)比兩閥全開(kāi)時(shí)是增加還是降低?圖1-25解：根據(jù)柏努利方程以及B,C兩支管直徑、粗糙度和槽內(nèi)水平面和兩支管出口的距離均相等，可以推出(1)閥門(mén)全打開(kāi)時(shí)，兩支管流量相等；(2)若把C支管關(guān)閉，則B支管流量增加；(3)若把C支管關(guān)閉，則A支管處壓強(qiáng)增加。36.從水塔引水至車間，水塔的水位可視為不變。送水管的內(nèi)徑為50mm,管路總長(zhǎng)為2,且I≥L,流量為V,水塔水面與送水管出口間的垂直距離為h。今用水量增加50%,需對(duì)送水管進(jìn)行改裝。(1)有人建議將管路換成內(nèi)徑為75mm的管子(如圖1-26(a)所示)。(2)有人建議將管路并聯(lián)一根長(zhǎng)度為1/2、內(nèi)徑為50mm的管子(如圖1-26(b)所示)。(3)有人建議將管路并聯(lián)一根長(zhǎng)度為1、內(nèi)徑為25mm的管子(如圖1-26(c)所示)。試分析這些建議的效果。假設(shè)在各種情況下，摩擦系數(shù)λ變化不大，水在管內(nèi)的動(dòng)能可忽略。圖1-26A-原有管路；B-新并聯(lián)管路解：該題重點(diǎn)討論并聯(lián)管路計(jì)算，其原則是阻力等于推動(dòng)力，而推動(dòng)力為位差所提供。又》L,所以可以用直管阻力代替計(jì)算中的流動(dòng)阻力。(1)先計(jì)算原管路中的流量。以水塔內(nèi)液面為截面1-1',管路出口端面為截面2-2',并以2-2'為基準(zhǔn)水平面。在兩截面之間應(yīng)用柏努利方程代入方程得g△Z=∑h所以最后得(2)對(duì)于把內(nèi)徑從50mm換成75mm,則故流量變成原來(lái)的2.76倍，不符合題意。(3)對(duì)于并聯(lián)長(zhǎng)度為1/2,內(nèi)徑50mm的管路，并聯(lián)管段每根管中的流量為主管流量的1/2,且每根中的能量損失相等。所以與原來(lái)的流量對(duì)比得故流量變成原來(lái)的1.26倍，亦不符合題意。(4)對(duì)于并聯(lián)長(zhǎng)度為1,內(nèi)徑25mm的管路，原來(lái)管中流量不變V,,新并聯(lián)管段流量?jī)筛茏拥牧髁繛楣柿髁孔兂稍瓉?lái)的1.177倍，亦不符合題意。1.3名?？佳姓骖}詳解一、填空題【答案】416查看答案式中y為截面上任一點(diǎn)至管內(nèi)壁的徑向距離0.05Pa·s。則管中心的流速為m/s,管半徑中點(diǎn)處的流速為m/s,為N/m2。[清華大學(xué)2001研]在管中心處y-0.054m,則流速為v=20×0.01.如圖1-1(a)、(b)、(c)所示的三種裝置中兩測(cè)壓孔之間距離L,管徑均相同。當(dāng)則：()。[浙江大學(xué)2004研]B.R?=R?=R?圖1-1【解析】壓差計(jì)讀書(shū)R與被側(cè)兩點(diǎn)的廣義壓差△t(廣義壓力△t=p+pgh)成正比，由于廣3.有一并聯(lián)管路，如圖1-2所示，兩段管路的流量、流速、管徑、管長(zhǎng)及流動(dòng)阻力分別為圖1-2根,所以有：H=25-72×10*Q2。式中H為揚(yáng)程，m水柱，Q為流量(m3s),泵的效率為60%,通過(guò)解：(1)取U型壓差計(jì)A處截面為A-A',B處截面為B-B',在A-B間列伯努利方程得(以1-1面為基準(zhǔn)面):①=4944.24Pa(表壓)解得：u=1.816m/s(2)>4000(屬湍流)(3)設(shè)儲(chǔ)水池面為1-1截面，高位槽為2-2截面，并以1-1截面為基準(zhǔn)面，在1-2截面間列式②中，u=u?≈0,z=0,z?=16,P?=P?=0(表壓)離心泵工作時(shí)，H=H,即25-72×10+Q2=16+18527202,,解得：Q=0.0059146m3/s>0.0H=25-72×10?×0.00591462=22.(1)求水的流量為多少?(2)由于工程上的需要，要求水流量增加20%,此時(shí)，應(yīng)將水箱的水面升高多少?假設(shè)管整理得：②的管路并聯(lián)組合。每條支管上的管長(zhǎng)均為5.0m(包括所有局部阻力損失在內(nèi))。通過(guò)填料塔的能量損失可以分別用5u2和4u2計(jì)算，流速的單位是m/s。氣體在支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)可取0.02,管路的氣體總流量為0.30m3/s。求：(1)兩塔的通氣量。(2)從A到B的能量損失。[重慶大學(xué)2009研]圖1-5解：(1)由并聯(lián)管路特性得并聯(lián)管路阻力損失相等：②Zh=53u2≈110J因此管路1流量則管路2流量為qv?=q-4v=0.16m3/s(2)從A到B的能量損失等于管路1或管路2任意一段的能量損失為：4.如圖1-6所示的輸水系統(tǒng)，用泵將水池中的水輸送到敞口高位槽，管道直徑均為φ83mm×3.5mm,泵的進(jìn)、出管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝的水面高度為4.8m,壓力表安裝位置離貯水池的水而高度為5m。當(dāng)輸水量為36m3/h時(shí)，進(jìn)水管道的全部阻力損失為1.96J/kg(上述阻力損失均包括進(jìn)出口),壓力表的讀數(shù)為2.5kgf/cm2,泵的效率為70%,試求該流量下：(1)真空表的讀數(shù)為多少?(2)泵所需的實(shí)際功率為多少kW?[浙江工業(yè)大學(xué)2007研]圖1-6解：(1)在水池面0-0和泵入口1-1之間運(yùn)用伯努利方程：(2)在泵出口2-2和高位槽面3-3之間運(yùn)用伯努利方程：在取水池面0-0和高位槽面3-3之間運(yùn)用伯努利方程：5.如圖1-7所示常溫水由高位槽流向低位槽，管內(nèi)流速為1.5m/s,管路中裝有一個(gè)孔板流量計(jì)和一個(gè)截止閥，已知管道φ為57mm×3.5mm的鋼括截止閥)總和為60m,截止閥在某一開(kāi)度時(shí)的局部阻力系數(shù)(為7.5。設(shè)系統(tǒng)為穩(wěn)定湍流，(1)管路中的質(zhì)量流量及兩槽液面的位差△z。(2)閥門(mén)前后的壓強(qiáng)差及汞柱壓差計(jì)的讀數(shù)R2。(3)孔板流量計(jì)的讀數(shù)R?變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍(流量系數(shù)不變)?截止閥的(變?yōu)槎嗌?(4)定性分析閥門(mén)前a點(diǎn)處的壓強(qiáng)如何變化?為什么?[華東理工大學(xué)2005研]圖1-7解：(1)孔板流量計(jì)流量計(jì)算公式如下：已知管內(nèi)即線流速u=1.5m/s,故質(zhì)量流量為：qm=pqv=puπd2/4=(1000×1.5×3.14×0.052)÷4=如圖1-8所示分別選取兩槽液面為如圖1-8所示分別選取兩槽液面為zi和z:圖1-8在zi和z?之間列伯努利方程為：選取z?為基準(zhǔn)面，故z?=0,zi=△z,又pi=p?=0(表壓),u?=u?≈0。且由局部阻力損失代入上述伯努利方程即可求得兩槽液面的位差為：(2)閥門(mén)前后的壓差是由U形管壓差計(jì)來(lái)計(jì)算的，即△p=gR?(P-P)。在閥門(mén)前后選取截面A、截面B,在兩截面之間列伯努利方程為：因?yàn)锳、B兩點(diǎn)處于同一水平面且流速相同，因此有：uA=uB,ZA=ZB。代入上式可得：由上式可以解得閥門(mén)前后的壓強(qiáng)差△p為：又U形管壓差計(jì)兩端壓強(qiáng)差公式：代入數(shù)據(jù)可求得汞柱壓差計(jì)的讀數(shù)R?為：(3)由孔板流量計(jì)流速公式：可知R正比于,若流速減為原來(lái)的0.8倍，即u'=0.8u=1.2m/s時(shí)，故此R?變?yōu)樵瓉?lái)的由(1)可知：s'=2g△z/u2-A/d=2×9.8×4.44÷1.22-0.026(4)本小題仍可通過(guò)伯努利方程進(jìn)行定性分析和求解。在截取高位槽和閥門(mén)a點(diǎn)之間列伯顯然，當(dāng)上式u變?yōu)閡'=0.8u時(shí)，即流量變小而其他條件不變時(shí)，閥門(mén)前a點(diǎn)處的壓強(qiáng)Pa6.如圖1-9所示的送水系統(tǒng)中，兩支管路上各裝一個(gè)閥門(mén)k?和k?,管段的長(zhǎng)度為10m(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)),B點(diǎn)為泵出口處。各管路的內(nèi)徑均為38mm。閥門(mén)k?和k?適當(dāng)開(kāi)啟時(shí)，泵只向槽1送水而不向槽2送水，槽2的水也不向下流，此時(shí)泵入口e處真空表讀數(shù)為23.4kPa。已知摩擦因數(shù)λ均為0.025,水的密度為1000kg/m3,兩水槽中液位恒定，(1)管段BC(包括所有局部阻力)的總長(zhǎng)度為多少?(2)若要泵同時(shí)向槽1、槽2輸送水，應(yīng)如何調(diào)節(jié)兩個(gè)閥門(mén)?[浙江大學(xué)2004研]圖1-9解：(1)在e點(diǎn)與A-A處列伯努利方程：因?yàn)樽枇p失因?yàn)椴?的水不流向B,則兩點(diǎn)的機(jī)械能相同，即EB=E?(以B為基準(zhǔn)),所以有：①②(2)根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒，同時(shí)向槽1、槽2供水，則應(yīng)減小k?,以增大B點(diǎn)機(jī)械能，而7.如圖1-10所示，用離心泵將水從儲(chǔ)水池送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面離儲(chǔ)水槽的水面高度保持為15m,輸送水量用孔板流量計(jì)測(cè)得?？装灏惭b在離高位槽水面1.0m處，孔徑為20mm,孔流量系數(shù)為0.61。管路為φ57mm×3.5mm的鋼管，直管長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和(包括孔板局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度)為250m,其中儲(chǔ)水池至孔板前測(cè)壓點(diǎn)A的直管長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度之和為80m。水的密度為1000kg/m3,水的黏度為1cP,摩擦系數(shù)7.42m3/h時(shí)，試確定：(2)在孔板前測(cè)壓點(diǎn)A處安裝的U形管壓力計(jì)中指示液讀數(shù)R?為多少?(3)孔板流量計(jì)的U形管指示液讀數(shù)R2為多少?[西北大學(xué)2004研]圖1-10解：(1)如圖截取1-1、2-2截面，在兩截面之間列伯努利方程為：(2)由A到2-2截面之間列伯努利方程為：(表壓)(3)根據(jù)孔板流量計(jì)公式，有：2.1復(fù)習(xí)筆記一.離心泵液體輸送機(jī)械種類很多，一般根據(jù)其流量和壓力(壓頭)關(guān)系可分為離心泵和正位移泵兩大類。其中，以離心泵在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。1.離心泵的工作原理和主要部件(1)離心泵的工作原理離心泵的裝置簡(jiǎn)圖如圖2-1所示，它的基本部件是旋轉(zhuǎn)的葉輪和固定的泵殼。具有若干彎曲葉片的葉輪安裝在泵殼內(nèi)并緊固于泵軸上，泵軸可由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。泵殼中央的吸入口與吸入管路相連接，在吸入管路底部裝有單向底閥。泵殼側(cè)旁的排出口與排出管路相連接，其上裝有調(diào)節(jié)閥。1一葉輪2-泵殼3-泵軸4一吸入口5一吸入管6一底閥7一濾網(wǎng)8一排出口9一排出管10一兩節(jié)閥圖2-1工作原理：離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在慣性離心力的作用下獲得了能量，提高了壓力。氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動(dòng)時(shí)，若泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度很小，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的離心力小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，雖啟動(dòng)離心泵也不能輸送液體。此種現(xiàn)象稱為氣縛，表示離心泵無(wú)自吸能力，所以在啟動(dòng)前必須向殼內(nèi)灌滿液體。(2)離心泵的主要部件離心泵由兩個(gè)主要部分構(gòu)成：一是包括葉輪和泵軸的旋轉(zhuǎn)部件；二是由泵殼、填料函和軸承組成的靜止部件。①葉輪葉輪是離心泵的關(guān)鍵部件，將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳給液體，使通過(guò)離心泵的液體靜壓能和動(dòng)能均有所提高。葉輪通常按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為閉式、半閉式和開(kāi)式3種葉輪。②泵殼離心泵的泵殼通常制成蝸牛形，故又稱為蝸殼，葉輪在泵殼內(nèi)沿著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)，愈接近液體的出口，流道截面積愈大。液體從葉輪外周高速流出后，流過(guò)泵殼蝸形通道時(shí)流速將逐漸降低，因此減少了流動(dòng)能量損失，且使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能。所以泵殼不僅是匯集由葉輪流出的液體的部件，而且又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。③軸封裝置a.填料密封又稱填料函，它主要由填料函殼、軟填料和填料壓蓋等構(gòu)成。因這種裝置不能完全避免泄漏，故它不宜用于輸送易燃、易爆和有毒的液體。b.機(jī)械密封，它主要由一個(gè)裝在泵軸上的動(dòng)環(huán)和另一固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成。它適用于輸送酸、堿及易燃、易爆和有毒的液體。2.離心泵的基本方程式離心泵的基本方程式從理論上表達(dá)了泵的壓頭與其結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速及流量等因素之間的關(guān)系，它是用于計(jì)算離心泵理論壓頭的基本公式。離心泵的理論壓頭是指在理想情況下離心泵可能達(dá)到的最大壓頭。(1)離心泵基本方程式(2)離心泵基本方程式的討論離心泵的理論壓頭與理論流量、葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑、葉片的幾何形狀之間的關(guān)系。①葉輪的轉(zhuǎn)速和直徑當(dāng)理論流量和葉片幾何尺寸一定時(shí)，離心泵的理論壓頭隨葉輪的轉(zhuǎn)速、直徑的增加而加大。②葉片的幾何形狀根據(jù)流動(dòng)角β2的大小，可將葉片形狀分為后彎、徑向和前彎葉片3種。當(dāng)葉輪的直徑和轉(zhuǎn)速、葉片的寬度及理論流量一定時(shí)，離心泵的理論壓頭隨葉片的形狀而變。徑向葉片由上可見(jiàn)，前彎葉片所產(chǎn)生的理論壓頭最大。但是離心泵實(shí)際上多采用后彎葉片，原因如下：離心泵的理論壓頭包括靜壓頭和動(dòng)壓頭兩部分，對(duì)輸送液體而言，希望獲得的是靜壓頭，而不是動(dòng)壓頭。雖然在蝸殼和導(dǎo)輪中有部分動(dòng)壓頭可轉(zhuǎn)換為靜壓頭，但因流速較大，必伴隨有較大的能量損失。不僅靜壓頭相對(duì)地較后彎葉片的低，而且因液體出口絕對(duì)速度較大，導(dǎo)致液體在泵內(nèi)產(chǎn)生的渦流較劇烈，能量損失增大。因此為提高離心泵的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，宜采用后彎葉片。③理論流量若離心泵的幾何尺寸(D?、b?、β2)和轉(zhuǎn)速(n)一定時(shí)HTo與QT呈線性關(guān)系，該直線的斜率與葉片形狀(β2)有關(guān)，即隨Qr的增大而增大，如圖2-2中線a所示。與Qr無(wú)關(guān)，如圖2-2中線b所示。隨Qr的增加而減少，如圖2-2中線c所示。④液體的密度離心泵的理論壓頭與液體的密度無(wú)關(guān)。因此，對(duì)同一臺(tái)離心泵不論輸送何種液體，所能達(dá)到的理論壓頭是相同的。但應(yīng)注意，離心泵出口處的壓力(或泵進(jìn)、出口處的壓力差)卻與液體的密度成正比。3.離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線(1)離心泵的主要性能參數(shù)離心泵的流量是指離心泵在單位時(shí)間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示，常用單位為L(zhǎng)/s、m3/s或m3/h。離心泵的流量與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸(主要為葉輪直徑和寬度)及轉(zhuǎn)②壓頭(揚(yáng)程)離心泵的壓頭又稱揚(yáng)程，它是指離心泵對(duì)單位重量(1N)的液體所能提供的有效能量，一般用H表示，其單位為m。離心泵的壓頭與泵的結(jié)構(gòu)、尺寸(如葉片的彎曲情況、葉輪直徑等)、轉(zhuǎn)速及流量有關(guān)。對(duì)于一定的泵和轉(zhuǎn)速，壓頭與流量間具有一定的關(guān)系。率，單位為W或kW。離心泵的有效功率是指液體從葉輪獲得的能量。由于存在上述3種N.=HQpg(2)離心泵的特性曲線H-Q曲線表示泵的壓頭與流量的關(guān)系。離心泵的壓頭一般隨流量的增大而下降(在流量極小時(shí)可能有例外)。這是離心泵的一個(gè)重要特性。N-Q曲線表示泵的軸功率與流量的關(guān)系。離心泵的軸功率隨流量的增大而上升，流量為零時(shí)軸功率最小。所以離心泵啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門(mén)，減小啟動(dòng)電流，以保護(hù)電機(jī)。n-Q曲線表示泵的效率與流量的關(guān)系。由圖2-3所示的特性曲線可看出，當(dāng)Q=0時(shí)，η=0;隨著流量增大，泵的效率隨之而上升并達(dá)到一最大值；此后流量再增大時(shí)效率便下降。說(shuō)明離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，通常稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)。泵在與最高效率相對(duì)應(yīng)的流量及壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)，所以與最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H、N,值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵的銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)，就是指該泵在運(yùn)行時(shí)效率最高點(diǎn)的性能參數(shù)。圖2-3離心泵的特性曲線(3)離心泵性能的影晌因素與換算①液體物性的影響a.密度的影響由離心泵的基本方程式可看出，離心泵的壓頭、流量均與流體的密度無(wú)關(guān)，故泵的效率亦不隨液體的密度而改變，所以離心泵特性曲線中的H-Q及n-Q曲線保持不變。但是泵的軸功率隨液體密度而改變。b.黏度的影響若被輸送液體的黏度大于常溫下清水的黏度，則泵體內(nèi)部液體的能量損失增大，因此泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率增大，亦即泵的特性曲線發(fā)生改變。②離心泵轉(zhuǎn)速的影響不同轉(zhuǎn)速下，泵的壓頭、流量及軸功率與轉(zhuǎn)速間近似關(guān)系為Q'、H'、N'——轉(zhuǎn)速為n'時(shí)泵的性能參數(shù)。上式為離心泵的比例定律。若泵的轉(zhuǎn)速變化小于±20%時(shí)，則前述兩項(xiàng)假設(shè)基本成立，因此利用上式進(jìn)行泵的性能參數(shù)換算誤差不大。③離心泵葉輪直徑的影響根據(jù)離心泵基本方程式可推導(dǎo)出以下近似關(guān)系：Q、H、N——葉輪直徑為D?時(shí)泵的性能參數(shù)。上式稱為離心泵的切割定律。該式只有在葉輪直徑的變化不大于5%D?時(shí)才適用。4.離心泵的氣蝕現(xiàn)象和允許安裝高度(1)離心泵的氣蝕現(xiàn)象氣蝕是離心泵特有的一種現(xiàn)象。當(dāng)貯槽液面上方壓力一定時(shí)，若泵吸入口附近壓力越低，則吸上高度(指貯液槽液面與離心泵吸入口之間的垂直距離)就越高。當(dāng)葉片入口附近液體的靜壓力等于或低于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓時(shí)，液體將在該處部分汽化，產(chǎn)生氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入葉輪高壓區(qū)后，氣泡就急劇凝結(jié)或破裂。因氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，此時(shí)周圍的液體以極高的速度流向原氣泡占據(jù)的空間，產(chǎn)生了極大的局部沖擊壓力。在這種巨大沖擊力的反復(fù)作用下，導(dǎo)致泵殼和葉輪被損壞，這種現(xiàn)象稱為氣蝕。氣蝕具有以下危害性。①離心泵的性能下降，泵的流量、壓頭和效率均降低。若生成大量的氣泡，則可能出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，且使離心泵停止工作。②產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，影響離心泵的正常運(yùn)行和工作環(huán)境。③泵殼和葉輪的材料遭受損壞，降低了泵的使用壽命。為避免發(fā)生氣蝕，就應(yīng)設(shè)法使葉片入口附近的壓力高于輸送溫度下的液體飽和蒸氣壓。通常，根據(jù)泵的抗氣蝕性能，合理地確定泵的安裝高度，是防止發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的有效措施。圖2-4離心泵的吸液示意圖(2)離心泵的抗氣蝕性能通常，離心泵的抗氣蝕性能(即吸上性能)可用氣蝕余量和允許吸上真空度來(lái)表示，它們也是離心泵的基本特性。下面分別討論它們的意義和計(jì)算方法。①離心泵的氣蝕余量為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵入口處液體的靜壓頭(P?/pg)與動(dòng)壓頭(}/2g)之和必須大于操作溫度下液體的飽和蒸氣壓頭(P./pB)某一數(shù)值，此數(shù)值即為離心泵的氣蝕余量。則氣蝕余量的定義式為pv——操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa。②離心泵的允許吸上真空度為避免氣蝕現(xiàn)象，泵入口處壓力p?應(yīng)為允許的最低絕對(duì)壓力，但習(xí)慣上常把pi表示為真空度。若當(dāng)?shù)卮髿鈮簽閜a,則泵入口處的最高真空度為pa-pi,單位為Pa。若真空度以輸送液體的液柱高度來(lái)計(jì)量，則此真空度稱為離心泵的允許吸入真空度，以Hs"來(lái)表示，即pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ琍a;P?——泵吸入口處允許的最低絕對(duì)壓力，Pa;p——被輸送液體的密度，kg/m3。泵的允許吸上真空度Hs"是泵的抗氣蝕性能參數(shù)，其值與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)。(3)離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度(又稱允許吸上高度)是指泵的吸入口與吸入貯槽液面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，以Hg表示。若已知離心泵的允許吸上真空度，則通常為安全起見(jiàn)，離心泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度低0.5～1m。5.離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)(1)管路特性與離心泵的工作點(diǎn)當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路的特性有關(guān)，即在輸送液體的過(guò)程中，泵和管路是互相制約的。管路特性可用管路特性方程或管路特性曲線表達(dá)，它表示管路中流量(或流速)與壓頭的關(guān)系。圖2-5管路輸送系統(tǒng)示意圖①管路特性方程和特性曲線在圖2-5所示的輸送系統(tǒng)中，由圖中所示的截面1-1"與2-2"間列伯努利方程式求得，即在特定的管路系統(tǒng)中，于一定的條件下進(jìn)行操作時(shí)，上式的△Z與P8均為定值，即若貯槽與受液槽的截面都很大，該處流速與管路流速相比可以忽略不計(jì)，則則H.=K+H若輸送管路的直徑均一，則管路系統(tǒng)的壓頭損失可表示為A——管路截面積，m2?？闪顒tH?=BQ2在特定的管路中輸送液體時(shí)，管路所需的壓頭He隨液體流量Qe的平方而變。如圖2-6所示的He-Qe曲線。這條曲線稱為管路特性曲線，表示在特定管路系統(tǒng)中，于固定操作條件下，流體流經(jīng)該管路時(shí)所需的壓頭與流量的關(guān)系。此線的形狀由管路布局與操作條件確定，而與泵的性能無(wú)關(guān)。圖2-6管路特性曲線與泵的工作點(diǎn)②離心泵的工作點(diǎn)離心泵在管路中運(yùn)行時(shí)，泵所能提供的流量及壓頭與管路所需要的數(shù)值應(yīng)一致。此時(shí)安裝在管路中的離心泵的工作點(diǎn)必須同時(shí)滿足泵的特性方程和管路特性方程，即離心泵的工作點(diǎn)位管路特性曲線與離心泵特性曲線的交點(diǎn)。(2)離心泵的流量調(diào)節(jié)①改變閥門(mén)的開(kāi)度改變離心泵出口管路上調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，即可改變管路特性曲線。例如，當(dāng)閥門(mén)關(guān)小時(shí)，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)大時(shí)，管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦。②改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)上是改變泵的特性曲線。流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動(dòng)力消耗也相應(yīng)降低，因此從能量消耗看是比較合理的。此外，減小葉輪直徑也可以改變泵的特性曲線，從而使泵的流量變小，但一般可調(diào)節(jié)范圍不大，且直徑減小不當(dāng)還會(huì)降低泵的效率，故工業(yè)上很少采用。③離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作a.離心泵的并聯(lián)操作設(shè)將兩臺(tái)型號(hào)相同的離心泵并聯(lián)操作，各自的吸入管路相同，則兩泵的流量和壓頭必相同，在同一壓頭下，兩臺(tái)并聯(lián)泵的流量等于單臺(tái)泵的兩倍。兩臺(tái)泵并聯(lián)操作的合成特性曲線Ⅱ,如圖2-7所示。圖2-7離心泵的并聯(lián)并聯(lián)泵的操作流量和壓頭可由合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)決定。由圖可見(jiàn)，由于流量增大使管路流動(dòng)阻力增加，因此兩臺(tái)泵并聯(lián)后的總流量必低于原單臺(tái)泵流量的兩倍。b.離心泵的串聯(lián)操作假若將兩臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)操作，則每臺(tái)泵的壓頭和流量也是相同的，因此在同一流量下，兩臺(tái)串聯(lián)泵的壓頭為單臺(tái)泵的兩倍。兩臺(tái)串聯(lián)泵的合成特性曲線Ⅱ,如圖2-8所示。圖2-8離心泵的串聯(lián)同樣，串聯(lián)泵的工作點(diǎn)也由管路特性曲線與泵的合成特性曲線的交點(diǎn)決定。由圖可見(jiàn)，兩臺(tái)泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺(tái)泵壓頭的兩倍。c.離心泵組合方式的選擇工業(yè)上究竟采用何種組合方式比較經(jīng)濟(jì)且合理，應(yīng)考慮管路要求的壓頭及管路特性曲線的形狀。第一、對(duì)于管路所要求的△Z+△p/pg值高于單泵可提供最大壓頭的特定管路，則只能采用泵的串聯(lián)操作。第二、對(duì)于管路特性曲線較平坦的低阻管路，采用并聯(lián)組合，可獲得較串聯(lián)組合高的流量和壓頭；對(duì)于管路特性曲線較陡的高阻管路，采用串聯(lián)組合，可獲得較并聯(lián)組合高的流量和壓頭。(1)離心泵的類型④雜質(zhì)泵(P型);(2)離心泵的選擇首先應(yīng)根據(jù)輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，然后按已確定的流量Qe和壓頭He管路所要求的流量Qe和壓頭He完全相符，且考慮到操作條件的變化和備有一定的裕量，所選泵的流量和壓頭可稍大一點(diǎn)，但在該條件下對(duì)應(yīng)泵的效率應(yīng)比較高，即點(diǎn)(Qe、He)坐標(biāo)1.往復(fù)泵直動(dòng)泵(蒸汽、氣體或液體驅(qū)動(dòng))和手動(dòng)泵3類，其中以電動(dòng)往復(fù)泵最為常見(jiàn)。(1)往復(fù)泵a.往復(fù)泵的壓頭之一。b.往復(fù)泵的流量(排液能力)往復(fù)泵的流量(排液能力)只與泵的幾何尺寸和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而與泵的壓頭及管路a.旁路調(diào)節(jié)往復(fù)泵(正位移泵);(2)計(jì)量泵(3)隔膜泵2.旋轉(zhuǎn)泵(1)齒輪泵(2)螺桿泵3.旋渦泵泵的類型非正位移泵泵的類型離心泵旋渦泵均勻性均勻均勻流恒定性隨管路特性而變量范圍廣，易達(dá)大小流量流量不易達(dá)到高壓頭壓頭低壓頭高壓頭效率稍低低正位移泵往復(fù)泵脈動(dòng)恒定旋轉(zhuǎn)泵尚均勻恒定較小流量小流量較高壓頭較高高壓頭較高壓頭較高流量調(diào)出口閥調(diào)作用旁路或轉(zhuǎn)旁路調(diào)節(jié)速、行程調(diào)旁路調(diào)節(jié)節(jié)部分型號(hào)有自吸力啟動(dòng)出口閥關(guān)出口閥全出口閥全出口閥全開(kāi)較簡(jiǎn)便流量和壓用范圍小流量、較小流量、高小流量、較高廣，尤適宜高壓頭、低壓頭、不含于大流量、黏度清潔雜質(zhì)的黏適用場(chǎng)合壓頭、高黏度于大流量、黏度清潔雜質(zhì)的黏的液體中壓頭；不液體性液體的液體太適合高黏度液體1.離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)(1)離心通風(fēng)機(jī)a.低壓離心通風(fēng)機(jī)，出口風(fēng)壓低于0.9807×103Pa(表壓);a.根據(jù)伯努利方程式，計(jì)算輸送系統(tǒng)所需的實(shí)際風(fēng)壓Hr,再將Hr換算成實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓H。b.根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)(如清潔空氣、易燃、易爆或腐蝕性氣體以及含塵氣體等)與風(fēng)c.根據(jù)以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì)的實(shí)際風(fēng)量與實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓坼，從風(fēng)機(jī)樣本或產(chǎn)品目錄中的(2)離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)2.旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)(1)羅茨鼓風(fēng)機(jī)(2)液環(huán)壓縮機(jī)3.往復(fù)壓縮機(jī)(1)往復(fù)壓縮機(jī)的工作過(guò)程現(xiàn)以單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)為例說(shuō)明壓縮機(jī)的工作過(guò)程。如圖2-9所示，吸氣閥S和排出閥D都裝在活塞的一側(cè)，設(shè)壓縮機(jī)入口處氣體的壓力為P?,出口處為P?。圖2-9理想壓縮的p-V圖(2)往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù)①排氣量往復(fù)壓縮機(jī)的排氣量又稱為壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力，通常將壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)下的數(shù)值，所以又稱為壓縮機(jī)的輸氣量。②軸功率與效率實(shí)際所需的軸功率比理論功率大，其原因是：a.實(shí)際吸氣量比實(shí)際排氣量大，凡吸入的氣體都要經(jīng)歷壓縮過(guò)程，多消耗了能量；b.氣體在汽缸內(nèi)湍動(dòng)及通過(guò)閥門(mén)等的流動(dòng)阻力要消耗能量；③軸功率壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的摩擦也要消耗能量，所以壓縮機(jī)的軸功率為na——絕熱總效率，一般na=0.7～0.9,設(shè)計(jì)完善的壓縮機(jī)na≥0.8。(3)多級(jí)壓縮圖2-10所示為多級(jí)壓縮過(guò)程，即將壓縮機(jī)內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)汽缸串聯(lián)起來(lái)。氣體在第一個(gè)汽缸1內(nèi)被壓縮后，經(jīng)中間冷卻器2、油水分離器3送入第二個(gè)汽缸進(jìn)行壓縮，連續(xù)地依次經(jīng)過(guò)若干汽缸的壓縮，即達(dá)到所要求的最終壓力。每經(jīng)過(guò)一次壓縮稱為一級(jí)，每一級(jí)的壓縮比只占總壓縮比的一個(gè)分?jǐn)?shù)。圖2-10三級(jí)壓縮示意圖1、4、7-汽缸；2、5-中間冷卻器；8-氣體出口冷卻器；3、6、9-油水分離器采用多級(jí)壓縮具有以下優(yōu)點(diǎn)。①避免排出氣體溫度過(guò)高；②減少功耗，提高壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性；③提高汽缸容積利用率；④壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)更為合理。根據(jù)理論計(jì)算可知，當(dāng)每級(jí)的壓縮比相等時(shí)，多級(jí)壓縮所消耗的總理論功最小，即對(duì)于i級(jí)壓縮，總壓縮比為P?/P?時(shí)，則每一級(jí)的壓縮比為式中：x——每級(jí)的壓縮比。(4)往復(fù)壓縮機(jī)的類型與選擇①往復(fù)壓縮機(jī)的類型往復(fù)壓縮機(jī)有多種分類方法，工業(yè)上常用的分類方法如下。a.按所壓縮氣體種類分類，可分為空氣壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、氫氣壓縮機(jī)、石油氣壓縮機(jī)和氧氣壓縮機(jī)等。b.按吸氣和排氣方式分類，可分為單動(dòng)式壓縮機(jī)與多動(dòng)式壓縮機(jī)。~c.按壓縮機(jī)產(chǎn)生的終壓分類，可分為低壓(9.81×105Pa以下)壓縮機(jī)、中壓(9.81×10?~9.81×106Pa)壓縮機(jī)和高壓(9.81×106Pa以上)壓縮機(jī)。d.按排氣量分類，可分為小型(10m3/min以下)壓縮機(jī)、中型(10.30m3/min)壓縮機(jī)和大型(30m3/min以上)壓縮機(jī)。e.按氣缸放置方式或結(jié)構(gòu)形式分類，可分為立式(垂直放置)壓縮機(jī)、臥式(水平放置)壓縮機(jī)和角式(幾個(gè)氣缸互相配置成L形、V形和W形)壓縮機(jī)。②壓縮機(jī)的選擇選用壓縮機(jī)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)，確定壓縮機(jī)的種類；然后，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)及場(chǎng)地條件，選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式；最后，根據(jù)排氣量和排氣壓力(或壓縮比),從壓縮機(jī)樣本或產(chǎn)品目錄中選擇適宜的型號(hào)。4.真空泵(1)真空泵的主要特性有：①極限真空(剩余壓力),它是真空泵所能達(dá)到的最低壓力，習(xí)慣上以絕對(duì)壓力表示，單位為Pa;②抽氣速率，它是指單位時(shí)間內(nèi)由真空泵吸入口吸進(jìn)的氣體體積，常以m3/h表示。(2)真空泵的分類①往復(fù)真空泵往復(fù)真空泵的構(gòu)造及原理與往復(fù)壓縮機(jī)的基本相同。往復(fù)真空泵所排出的氣體應(yīng)不含有液體，如氣體中含有大量可凝性氣體，則必須設(shè)法(一般采用冷凝法)將可凝性氣體除去后再進(jìn)入泵內(nèi)，往復(fù)真空泵屬于干式真空泵。②水環(huán)真空泵此類泵適用于抽吸含有液體的氣體，尤其在抽吸有腐蝕性或爆炸性氣體時(shí)更為適宜。但其效率較低，且真空度受泵體中水的溫度所限制。③噴射泵噴射泵是利用流體流動(dòng)時(shí)的靜壓能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的原理來(lái)吸、送流體的，它既可用于吸送氣體，也可用于吸送液體。但是其效率很低，蒸汽消耗量大，故一般多作真空泵使用，而不作為輸送設(shè)備用。由于所輸送的流體與工作流體混合，因而使其應(yīng)用范圍受到一定限制。1.在用水測(cè)定離心泵性能的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流量為26m3/h時(shí)，泵出口處壓強(qiáng)表和入口處真空表的讀數(shù)分別為152kPa和24.7kPa,軸功率為2.45kW,轉(zhuǎn)速為2900r/min。若真空表和壓強(qiáng)表兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.4m,泵的進(jìn)、出口管徑相同，兩測(cè)壓口間管路流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)。試計(jì)算該泵的效率，并列出該效率下泵的性由于為連續(xù)性流動(dòng)，所以流量Q為26m3/h。而由于管徑未變，故u=u2,且忽略兩口之間的流動(dòng)阻力，即H=0。故泵的壓頭為(3)泵的效率(4)泵的軸功率2.用某離心泵以40m3/h的流量將貯水池中65℃的熱水輸送到?jīng)鏊?，并?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達(dá)到冷卻的目的。已知水在進(jìn)入噴頭之前需要維持49kPa的表壓強(qiáng)，噴頭入口較貯水池水面高8m。吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為1m和5m,管路中的動(dòng)壓頭可以忽略不計(jì)。試選用合適的離心泵，并確定泵的安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計(jì)。而由于管路中的動(dòng)壓頭可以忽略，即u?=uz,吸入管路和排出管路中的壓頭損失故泵的壓頭為因?yàn)檩斔颓逅?，故可以選IS型水泵，再根據(jù)Q=40m3/h,H.=19m的要求，在IS型水泵的特性曲線圖上作出相應(yīng)點(diǎn)。該點(diǎn)位于IS80-65-125弧線下方，所以可以選用，其轉(zhuǎn)速2900r/min,而此時(shí)該泵的性能參數(shù)為Q=50m3/h,H=20m,可以滿足題目要求，其效率為n=75%,N.=3.63kW,NPSH=3.0m。查教材附錄得，65℃的水其物理性質(zhì)，p=泵的允許安裝高度3.常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為760kg/m3,黏度小于20cSt,在貯存條件下飽和蒸氣壓為80kPa,現(xiàn)擬用65Y-60B型油泵將此油品以15m3/h的流量送往表壓強(qiáng)為177kPa的設(shè)備內(nèi)。貯槽液面恒定，