化工原理ppt課件匯總?cè)譸pt完整版課件最全教學(xué)教程整套課件全書電子教案全套電子講義完整版ppt

1、化工原理第一章 流體流動第一節(jié) 概述 流體是指具有流動性的物體，包括液體和氣體。研究流體平衡和運(yùn)動宏觀規(guī)律的科學(xué)稱為流體力學(xué)。流體力學(xué)分為流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)。 化工生產(chǎn)中所處理的原料、中間體和產(chǎn)品，大多數(shù)是流體。按生產(chǎn)工藝要求，制造產(chǎn)品時(shí)往往把它們依次輸送到各設(shè)備內(nèi)，進(jìn)行藥物反應(yīng)或物理變化，制成的產(chǎn)品又常需要輸送到貯罐內(nèi)貯存。過程進(jìn)行的好壞、動力消耗及設(shè)備的投資都與流體的流動狀態(tài)密切相關(guān)。 在化工生產(chǎn)中，有以下幾個(gè)主要方面經(jīng)常要應(yīng)用流體流動的基本原理及其流動規(guī)律。 第一節(jié) 概述 一、流體的輸送 欲將流體沿管道進(jìn)行輸送，需選擇適宜的流動速度，以確定輸送管路的直徑。在流體的輸送過程中，常常要采

2、用輸送設(shè)備，因此需要確定流體在流動過程中應(yīng)加入的外功，為選用輸送設(shè)備提供依據(jù)。這些都要應(yīng)用流體流動的規(guī)律進(jìn)行分析和計(jì)算。 二、壓力、流速和流量的測量 為了了解和控制生產(chǎn)過程，需要測定管路或設(shè)備內(nèi)的壓力、流速及流量等參數(shù)，以便合理地選用和安裝測量儀表。而這些測量儀表的工作原理又多以流體的靜止或流動規(guī)律為依據(jù)。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 一、流體的壓縮性 流體的特征是分子之間的內(nèi)聚力極小，幾乎有無限的流動性，而且可以幾乎毫無阻力地將其形狀改變。當(dāng)流速低于聲速時(shí)，氣體和液體的流動具有相同的規(guī)律。 一般說來，液體的形狀與容器相同，具有一定的自由表面，其體積幾乎不隨壓強(qiáng)和溫度而改變。與之相反，氣體的形狀與容器

3、完全相同，完全充滿整個(gè)容器，其體積隨壓強(qiáng)和溫度的變化而有明顯改變。流體的體積隨壓強(qiáng)和溫度而變的這個(gè)性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 一般說來，液體的形狀與容器相同，具有一定的自由表面，其體積幾乎不隨壓強(qiáng)和溫度而改變。與之相反，氣體的形狀與容器完全相同，完全充滿整個(gè)容器，其體積隨壓強(qiáng)和溫度的變化而有明顯改變。流體的體積隨壓強(qiáng)和溫度而變的這個(gè)性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。 實(shí)際流體都是可壓縮性流體。但是，液體由溫度、壓力引起的體積變化極小，工程上可按不可壓縮性流體考慮。氣體具有較大的壓縮性，但在壓力變化很小的流動狀態(tài)下，也可以當(dāng)作不可壓縮性流體處理。 在流體力學(xué)中，為了研究許多有關(guān)液體靜止或運(yùn)

4、動狀態(tài)的理論，引入了實(shí)際不存在的理想液體的概念。理想液體的體積絕對不隨壓強(qiáng)和溫度的變化而改變，在流動時(shí)分子之間沒有摩擦力。 高溫、低壓下的實(shí)際氣體接近于理想氣體，所以通?？捎美硐霘怏w狀態(tài)方程式來計(jì)算。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 二、流體的主要物理量 1密度、相對密度和比體積 （1） 密度 單位體積流體所具有的質(zhì)量，稱為流體的密度。其表達(dá)式為 （1-1） 流體的密度，/m3 ； 流體的質(zhì)量， ； 流體的體積，m3 。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 氣體的密度 氣體是可壓縮性流體，其密度隨壓強(qiáng)和溫度而變化。因此氣體的密度必須標(biāo)明其狀態(tài)。從手冊中查得的氣體密度往往是某一指定條件下的數(shù)值，這就需要將查得的密度換算成操

5、作條件下的密度。一般當(dāng)壓強(qiáng)不太高、溫度不太低時(shí)，也可按理想氣體來處理。結(jié)果為：第二節(jié) 流體靜力學(xué) （1-2） 氣體的絕對壓力，kPa ； 氣體的千摩爾質(zhì)量，kg/kmol ； 氣體的熱力學(xué)溫度，K ； 通用氣體常數(shù)，8.314 kJ/（kmolK）； 下標(biāo)0表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即273 K、101.3 kPa。 任何氣體的R值均相同。的數(shù)值，隨所用P、V 、T等的單位不同而異。選用R值時(shí)，應(yīng)注意其單位。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 用式（1-2）計(jì)算混合氣體的密度時(shí)，應(yīng)以混合氣體的平均千摩爾質(zhì)量M均代替M。混合氣體的平均摩爾質(zhì)量M均可按下式求得 M均= M1y 1+M2y2 + + Mnyn 式中M1、M2M

6、n氣體混合物中各組分的千摩爾質(zhì)量，kg/kmol ； y 1、 y2 yn氣體混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)。 液體的密度 液體的密度一般用實(shí)驗(yàn)方法測定。工業(yè)上測定液體密度最簡單的方法使用比重計(jì)。各種液體的密度數(shù)據(jù)，可從有關(guān)手冊中查到。本書附錄中列有某些液體的密度，供練習(xí)查用。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 混合液體的密度的準(zhǔn)確值要用實(shí)驗(yàn)方法求得。如液體混合時(shí)，體積變化不大，則混合液體密度的近似值可由下式求得： （1-3） 液體混合液的密度； 混合液中各純組分的密度； 混合液中各純組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （2）相對密度 相對密度為流體密度與4時(shí)水的密度之比，用符號 表示，習(xí)慣稱為比重。即 （1-4） 式中 液體在t時(shí)

7、的密度； 水在4時(shí)的密度。 由上式可知，相對密度是一個(gè)比值，沒有單位。因?yàn)樗?時(shí)的密度為1000/m3，所以 ，即將相對密度值乘以1000即得該液體的密度 ，/m3。第二節(jié) 流體靜力學(xué) （3）比體積 單位質(zhì)量流體所具有的體積稱為流體的比體積，用符號 表示，習(xí)慣稱為比容。顯然，比體積就是密度的倒數(shù)，其單位為m3/。表達(dá)式為 （1-5） 上述這些物理量是表明流體的質(zhì)量與體積的換算關(guān)系。如果已知流體的質(zhì)量及密度（或相對密度、比容），即可求得流體的體積。反之亦然。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 2壓強(qiáng)（壓力） （1）壓強(qiáng)的定義 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體壓力強(qiáng)度，亦稱為流體靜壓強(qiáng)，簡稱壓強(qiáng)（工程上習(xí)

8、慣稱為壓力）。用符號 表示壓強(qiáng)， 表示面積， 為流體垂直作用與面積上的力。則壓強(qiáng) （1-6） 式中 作用在該表面上的壓力，N/m2，即Pa； 垂直作用于表面的力，N； 作用面的面積，m2。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) （2）壓強(qiáng)的單位及其換算 在SI中，壓力的法定計(jì)量單位是 Pa(帕)或N/m2，工程上常使用MPa（兆帕）作為壓力的計(jì)量單位。 在工程單位制中，壓力的單位是at(工程大氣壓)或kgf/cm2。 其它常用的壓力表示方法還有如下幾種： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（物理大氣壓），atm；米水柱，m-H2O；毫米汞柱，mmHg；毫米水柱， mmH2O（流體處于低壓狀態(tài)時(shí)常用）。 各種壓力單位的換算關(guān)系如下： 1

9、 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O 1 at=98.1kPa=1kgf/cm2=735.6 mmHg =10 mH2O 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 實(shí)際生產(chǎn)中還經(jīng)常采用以某液體的液柱高度表示流體壓力的方法。它的原理是作用在液柱單位底面積上的液體重力。設(shè)為液柱高度， 為液柱的底面積，為液體的密度，則由液柱高度所表示的流體壓強(qiáng)為 （1-7） 由此可見,流體液柱的壓強(qiáng)等于液柱高度乘以液體的密度和重力加速度。 如果已知流體的壓強(qiáng)為，密度為，與它相當(dāng)?shù)囊褐叨瓤捎上率角蟮?第二節(jié) 流體靜力學(xué) 所以，用液柱高度表示液體的壓強(qiáng)時(shí)，必須注明流體的名稱及溫度

10、，才能確定液體的密度，否則即失去了表示壓強(qiáng)的意義。 （3）壓力的表達(dá)方式 壓力在實(shí)際應(yīng)用中可有三種表達(dá)方式：絕壓、表壓和真空度。 絕對壓強(qiáng)（簡稱絕壓） 是指流體的真實(shí)壓強(qiáng)。更準(zhǔn)確地說，它是以絕對真空為基準(zhǔn)測得的流體壓強(qiáng)。 表壓強(qiáng)（簡稱表壓） 是指工程上用測壓儀表以當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為基準(zhǔn)測得的流體 表壓=絕對壓強(qiáng)（外界）大氣壓強(qiáng) 真空度 當(dāng)被測流體內(nèi)的絕對壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)兀ㄍ饨纾┐髿鈮簭?qiáng)時(shí)，使用真空表進(jìn)行測量時(shí)真空表上的讀數(shù)稱為真空度。即 真空度=（外界）大氣壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)第二節(jié) 流體靜力學(xué) 在這種條件下，真空度值相當(dāng)于負(fù)的表壓值。 圖1-1 絕對壓強(qiáng)、表壓和真空度的關(guān)系 因此，由壓力表或真空表上得

11、出的讀數(shù)必須根據(jù)當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)進(jìn)行校正，才能得到測點(diǎn)的絕對壓。 絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)與真空度之間的關(guān)系，可以用圖1-1表示。 為了避免絕對壓強(qiáng)、表壓與真空度三者關(guān)系混淆，在以后的討論中規(guī)定，對表壓和真空度均加以標(biāo)注，如2000Pa（表壓）、600mmHg（真空度）。如果沒有注明，即為絕壓。第二節(jié) 流體靜力學(xué)圖1-1 絕對壓強(qiáng)、表壓和真空度的關(guān)系 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 三、流體靜力學(xué)基本方程式 1、流體靜力學(xué)基本方程式的形成 靜止的流體是在重力和壓力的作用下達(dá)到靜力平衡，因而處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。由于重力就是地心引力，可以看作是不變的，起變化的是壓力。用以表述靜止流體內(nèi)部壓力變化規(guī)律的公式就是流體靜

12、力學(xué)基本方程式。此方程的導(dǎo)出方法如下： 如圖1-2所示，敞口容器內(nèi)盛有密度為 的靜止流體，液面上方受外壓強(qiáng) 的作用（當(dāng)容器敞口時(shí)， 即為外界大氣壓強(qiáng)）。取任意一個(gè)垂直流體液柱，上下底面積均為Am2。任意選取一個(gè)水平面作為基準(zhǔn)水平面，今選用容器底面積為基本水平面。并設(shè)液柱上、下底與基準(zhǔn)面的垂直距離分別 為和 。作用在上、下端面上并指向此兩端面的壓強(qiáng)分別為 和 在重力場中，該液柱在垂直方向上受到的作用力有 第二節(jié) 流體靜力學(xué)（1）作用在液柱上端面上的總壓力 (方向向下)（2）作用在液柱下端面上的總壓力 （方向向上）（3）作用于整個(gè)液柱的重力G （方向向下） 由于液柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，在垂直方向上的三個(gè)

13、作用力的力為零，即 整理上式得 （1-8） 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 式中 為液柱的高度，m。 若將液柱上端取在液面，并設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為，液柱高度為，則式(1-8)可改成為 （1-9） 式(1-8)和（1-9）均稱為流體靜力學(xué)基本方程式，它表明了靜止流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律。 2、靜力學(xué)基本方程的討論 （1）在靜止的液體中，液體任一點(diǎn)的壓力與液體密度和其深度有關(guān)。液體密度越大，深度越大，則該點(diǎn)的壓力越大。 （2）在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力均相等。此壓力相等的截面稱為等壓面。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) (3) 當(dāng)液體上方的壓力或液體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓力 有變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力

14、也發(fā)生同樣大小的變化。 熱力學(xué)基本方程式是以液體為例推導(dǎo)出來的，也適用于氣體。因在化工容器中，氣體的密度也可認(rèn)為是常數(shù)。值得注意的是，靜力學(xué)基本方程式只能用于靜止的連通著的同一種流體內(nèi)部，因?yàn)樗麄兪歉鶕?jù)靜止的同一種連續(xù)的液柱導(dǎo)出的。 3、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 流體靜力學(xué)基本方程在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用廣泛，通常用于測量流體的壓力或壓差、液體的液位高度等。第二節(jié) 流體靜力學(xué) （1）測量流體的壓力或壓差 U管壓差計(jì) U管壓差計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，系由兩端開口的U形玻璃管，中間配有讀數(shù)標(biāo)尺所構(gòu)成。使用時(shí)管內(nèi)裝有指示液，指示液要與被測流體不互溶，不起化學(xué)作用，且其密度 應(yīng)大于被測流體的密度 。通常采用的

15、指示液有：水、油、四氯化碳或汞等。 圖1-3所示，當(dāng)U管壓差計(jì)兩支管分別與管路（或設(shè)備）中兩個(gè)不同壓力的測壓口相連接，流體即進(jìn)入兩支管內(nèi)，指示液的上面為流體所充滿。設(shè)流體作用在兩支管口的壓力為 和 ，且 ，則必使左支管內(nèi)的指示液面下降，而右支管內(nèi)的指示液液面上升，穩(wěn)定時(shí)顯示出讀數(shù)，由讀數(shù) 可求出U管兩端的流體壓差（ ）。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 在圖1-3中，水平面A-B以下的管內(nèi)都是指示液，設(shè)A-B液面上作用的壓力分別為 和 ，因?yàn)樵谙嗤黧w的同一水平面上，所以與應(yīng)相等。即： 根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式分別對U管左側(cè)和U管右側(cè)進(jìn)行計(jì)算、整理得 （1-10） 由式1-10可知，壓差（ ）只與指示液的

16、位差讀數(shù)R及指示液同被測流體的密度差有關(guān)。 若被測流體是氣體， 氣體的密度比液體的密度小得多，即 ，于是上式可簡化為 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 圖 1-3 U形管液柱壓強(qiáng)計(jì)第二節(jié) 流體靜力學(xué) （1-11） 式1-10或1-11為用U管壓差計(jì)測壓力差的計(jì)算式。如果要測量某處的表壓或真空度也很方便，只需將U管壓差計(jì)的一端與所測的部位相接，另一端與大氣相通即可。 圖1-4表示用U管壓差計(jì)測量容器表壓的情況，此時(shí)U管壓差計(jì)指示液的液面與測壓口相連的一端液面低，與大氣相通的一端液面高。讀數(shù)值即為表壓。 圖1-5表示用U管壓差計(jì)測量容器負(fù)壓的情況，此時(shí)U管壓差計(jì)指示液的液面與測壓口相連的一端液面高，與大氣相通的

17、一端液面低。讀數(shù)值即為真空度。第二節(jié) 流體靜力學(xué)圖 1-4 測量表壓 圖 1-5 測量真空度第二節(jié) 流體靜力學(xué) U管壓差計(jì)所測壓差或壓力一般在1大氣壓的范圍內(nèi)。其特點(diǎn)是：構(gòu)造簡單，測壓準(zhǔn)確，價(jià)格便宜。但玻璃管易碎，不耐高壓，測量范圍狹小，讀數(shù)不便。通常用于測量較低的表壓、真空度或壓差。 U管微壓計(jì) 微差壓差計(jì) 由式（1-10）可以看出，若所測量的壓力差很小，U管壓差計(jì)的讀數(shù)R也就很小，有時(shí)難以準(zhǔn)確讀出R值。為了把讀數(shù)R放大，除了在選用指示液時(shí)，盡可能地使其密度與被測流體的密度相接近外，還可采用如圖1-6所示的微差壓差計(jì)。第二節(jié) 流體靜力學(xué) 其特點(diǎn)是：壓差計(jì)內(nèi)裝有兩種密度相近、且互不相溶的指示液

18、A和B，而指示液B與被測流體亦應(yīng)不互溶；為了讀數(shù)方便，在U管的兩側(cè)臂頂端各裝有擴(kuò)大室。擴(kuò)大室的截面積比U管的截面積大很多，即使U管內(nèi)指示液A的液面差R很大，仍可認(rèn)為兩擴(kuò)大室內(nèi)的指示液B的液面維持等高。于是壓力差（ ）便可由下式計(jì)算，即 （1-12） 從式（1-12）可知，適當(dāng)選取A、B兩種指示液，使其密度差很小，其讀數(shù)便可比普通U管壓差計(jì)大若干倍。U管壓差計(jì)主要用于測量氣體的微小壓力差。工業(yè)上常用的雙指示液有石蠟油與工業(yè)酒精；苯甲醇與氯化鈣溶液等。 第二節(jié) 流體靜力學(xué) 圖 1-6 雙液U管微壓計(jì) 第三節(jié) 流體動力學(xué) 一、流量方程式 1流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱為流體的流量。流

19、量有兩種表示方法： （1）體積流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體體積，稱為體積流量。用符號表示，單位是m3/s或m3/h。測定流量的簡便方法是，在管道出口處測出時(shí)間內(nèi)流出的流體總體積V，由下式求出流量第三節(jié) 流體動力學(xué) (1-14) 因氣體的體積隨溫度和壓力而變化，故氣體的體積流量應(yīng)注明溫度、壓力。 （2）質(zhì)量流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量。用符號 表示，單位是kg/s或kg/h。 第三節(jié) 流體動力學(xué) 質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系為 （1-15） 2流速 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動方向流過的距離，稱為流速。流速 亦有兩種表示方法： （1）平均流速 實(shí)驗(yàn)證明，流體流經(jīng)管道截面

20、上各點(diǎn)的流速是不同的，管道中心處的流速最大，越靠近管壁流速越小，在管壁處流速為零。流體在截面上某點(diǎn)的流速，稱為點(diǎn)速度。流體在同一截面上各點(diǎn)流速的平均值，稱為平均流速。生產(chǎn)中常說的流速指的是平均流速，以符號表示，單位為m/s。第三節(jié) 流體動力學(xué) 流速與流量的關(guān)系為 或者 （1-16） （1-17） 式中 A流通截面積，m2。 （2）質(zhì)量流速 質(zhì)量流量與管道截面積之比稱為質(zhì)量流速。以符號G表示，其單位為kg/（m2s）。表達(dá)式為 （1-18） 第三節(jié) 流體動力學(xué) 質(zhì)量流速的物理意義是：單位時(shí)間內(nèi)流過管道單位截面積的流體質(zhì)量。 3流量和流速流量方程式 描述流體流量、流速和流通截面積相互關(guān)系的公式稱為

21、流量方程式，式（1-15）、（1-16）、（1-18）都是流量方程式。利用流量方程式可以計(jì)算流體在管道中的流量、流速或管道的直徑。 一般管道的截面是圓形的，若 為管子的內(nèi)直徑，則管子截面積 ，帶入流量方程式，得 （1-19） 第三節(jié) 流體動力學(xué) 由上式可知，當(dāng)流量為定值時(shí)，必須選定流速，才能確定管徑。流速越大，則管徑越小，這樣可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，但流體流動時(shí)遇到的阻力大，會消耗更多的動力，增加日常操作費(fèi)用；反之，流速小，則設(shè)備費(fèi)大而日常操作費(fèi)少。所以在管路設(shè)計(jì)中，選擇適宜的流速是十分重要的，適宜流速由輸送設(shè)備的操作費(fèi)和管路的設(shè)備費(fèi)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡及優(yōu)化來決定。通常，液體的流速取0.53m/s，氣體則為103

22、0m/s。每種流體的適宜流速范圍，可從手冊中查取。表1-1列出了一些流體在管道中流動時(shí)流速的常用范圍，可供參考選用。第三節(jié) 流體動力學(xué)表1-1某些流體在管道中的適宜流速范圍 由于管徑已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以經(jīng)計(jì)算得到管徑后，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)選定?？蓞⒖锤戒洝?通常鋼管的規(guī)格以外徑和壁厚來表示，表以外徑壁厚。第三節(jié) 流體動力學(xué) 二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動 1穩(wěn)定流動 流體在流動時(shí)，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量僅隨位置而改變，不隨時(shí)間而變，這種流動稱為穩(wěn)定流動。如圖1-9所示。 2不穩(wěn)定流動 流體在流動時(shí)，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量不僅隨位置而變，又隨時(shí)間而變，這種流動稱為不穩(wěn)定

23、流動。如圖1-10所示。 在化工生產(chǎn)中，流體輸送操作多屬于穩(wěn)定流動。所以本章只討論穩(wěn)定流動。 第三節(jié) 流體動力學(xué)圖1-9 穩(wěn)定流動 圖1-10 不穩(wěn)定流動 第三節(jié) 流體動力學(xué) 三、流體穩(wěn)定流動時(shí)的物料衡算連續(xù)性方程 當(dāng)流體在密閉管路中作穩(wěn)定流動時(shí)，既不向管中添加流體，也不發(fā)生漏損，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過管路任一截面的流體質(zhì)量流量應(yīng)相等。這種現(xiàn)象稱為流體流動的連續(xù)性。 如圖1-11所示，在管路中任選一段錐形管，流體經(jīng)此錐形管從截面1-1到截面2-2作穩(wěn)定流動。流體完全充滿管路。則物料衡算式為 （1-20） 上式即 為流體流動的連續(xù)性方程式。 若流體是不可壓縮性的液體，則其密度不變，即，則式（1

24、-20）可寫成第三節(jié) 流體動力學(xué)即流速與截面積成反比。 （1-21） 第三節(jié) 流體動力學(xué) 對于圓形截面的管子 式（1-21）可改寫為 （1-22） 即流速與管徑的平方成反比。 連續(xù)性方程式是一個(gè)很重要的基本方程式，可以用來計(jì)算流體的流速或管徑。若管路中有支管存在，則流體仍有連續(xù)性現(xiàn)象，總管內(nèi)流體的質(zhì)量流量應(yīng)該是各支管內(nèi)質(zhì)量流量之和。 2理想流體的柏努利方程 無黏性、流動時(shí)不產(chǎn)生摩擦阻力的流體，稱為理想流體。實(shí)際生產(chǎn)中，理想流體是不存在的，它只是實(shí)際流體的一種抽象“模型”。但任何科學(xué)的抽象都能幫助我們更好的理解和解決實(shí)際問題。 第三節(jié) 流體動力學(xué) 當(dāng)理想流體在一密閉管路中作穩(wěn)定流動時(shí)，由能量守恒

25、定律可知，進(jìn)入管路系統(tǒng)的總能量應(yīng)等于從管路系統(tǒng)帶出的總能量。在無其它形式的能量輸入和輸出的情況下，理想流體進(jìn)行穩(wěn)定流動時(shí)，在管路任一截面的流體總機(jī)械能是一個(gè)常數(shù)。即 （1-23） 如圖1-12所示，也就是將流體由截面1-1輸送到截面2-2時(shí)，兩截面處流體的總機(jī)械能相等。即 （1-24）第三節(jié) 流體動力學(xué) 式（1-23）和式（1-24）稱為柏努利方程，是以單位質(zhì)量的流體為基準(zhǔn)，其各項(xiàng)的單位為J/kg。 由柏努利方程可知，流動的流體在不同截面間各種機(jī)械能的形式 可以互相轉(zhuǎn)化。流體在任一截面上，各種機(jī)械能的總和為常數(shù)。第三節(jié) 流體動力學(xué)3實(shí)際流體的柏努利方程 在化工生產(chǎn)中所處理的流體都是實(shí)際流體。實(shí)

26、際流體在流動時(shí)有摩擦阻力產(chǎn)生，使一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能而無法利用，這部分損失掉的機(jī)械能稱為損失能量（阻力損失）。對于1kg流體而言，從截面1-1輸送到截面2-2時(shí)，克服兩截面間各項(xiàng)阻力所消耗的損失能量為,單位為J/kg。 在實(shí)際輸送流體的系統(tǒng)中，為了補(bǔ)充消耗掉的損失能量，需要使用外加設(shè)備（泵）來供應(yīng)能量。如圖1-13所示，1kg流體從輸送機(jī)械所獲得的機(jī)械能，稱為外加能量。用表示，單位為J/kg。第三節(jié) 流體動力學(xué) 按照能量守恒及轉(zhuǎn)化定律，輸入系統(tǒng)的總機(jī)械能必須等于由系統(tǒng)中輸出的總能量。即 J/kg （1-25） 式（1-25）亦稱為柏努利方程式，它是以單位質(zhì)量為基準(zhǔn)的。 在式（1-25）的各種

27、實(shí)際應(yīng)用中，為了計(jì)算方便，?？刹捎貌煌暮馑慊鶞?zhǔn)，得到如下不同形式的衡算方程。 （1）以單位重量（1N）流體為衡算基準(zhǔn) 將式（1-25）中各項(xiàng)除以g，則得 m流體柱 （1-26） 第三節(jié) 流體動力學(xué) 式中各項(xiàng)單位為： ，其物理意義為：每牛頓重量的流體所具有的能量，通常將其稱為壓頭。 ，位壓頭； ，動壓頭； ，靜壓頭； ,外加壓頭； ，損失壓頭。（2）以單位體積流體為衡算基準(zhǔn) 將式（1-25）中各項(xiàng)乘以 ，得 Pa（1-27） 式中各項(xiàng)單位為： 即單位體積不可壓縮流體所具有的能量。 第三節(jié) 流體動力學(xué) 柏努力方程是流體動力學(xué)中最主要的方程式，可以用來確定各項(xiàng)壓頭的轉(zhuǎn)換關(guān)系；計(jì)算流體的流速；以及管

28、路輸送系統(tǒng)中所需的外加壓頭等問題。當(dāng)時(shí)， 由式（1-26）可看出，在無外加壓頭的情況下，流體在管路中流動時(shí)，只能從高壓頭處自動流向低壓頭處，反之就必須外加能量。換句話說，兩截面間的總壓頭差就是流體流動的推動力。 五、柏努力方程的應(yīng)用 應(yīng)用柏努利方程時(shí)應(yīng)注意以下各點(diǎn)： 1截面選?。合纫ǔ龉苈返纳嫌谓孛?-1和下游截面2-2，以明確所討論的流動系統(tǒng)的范圍。兩截面應(yīng)與流體流動的方向垂直（此條件下的流體流動速度為），并且流體在兩截面之間是連續(xù)的。所求的物理量應(yīng)當(dāng)在兩截面之一反映出來，其余物理量應(yīng)是已知或通過其他關(guān)系計(jì)算出來。第三節(jié) 流體動力學(xué) 2基準(zhǔn)面：基準(zhǔn)面必須是水平面，原則上可以任意選定。通常把

29、基準(zhǔn)面選在低截面處，使該截面處值為零，另一個(gè)值等于兩截面間的垂直距離，使計(jì)算簡化。 3柏努利方程中各項(xiàng)物理量的單位必須一致。流體的壓力可以都用絕壓或都用表壓，但要統(tǒng)一。 4如果兩個(gè)橫截面積相差很大，如大截面容器和小管子，則可取大截面處的流速為零。 5不同基準(zhǔn)柏努利方程式的選用：通常依據(jù)習(xí)題中損失能量或損失壓頭的單位，選用相同基準(zhǔn)的柏努利方程。 第三節(jié) 流體動力學(xué) 6.柏努利方程是依據(jù)不可壓縮流體的能量平衡而得出的， 故只適用于液體。對于氣體，當(dāng)所取系統(tǒng)兩截面之間的絕 對壓力變化小與原來壓力的20% 時(shí)，仍可使 用式（1-25）（1-26）（1-27）進(jìn)行計(jì)算。式中的流體密度應(yīng)以兩截面之間流體的

30、平均密度 代替。這種處理方法帶來的誤差在工程計(jì)算中是可以允許的。第四節(jié) 流體阻力 一、流體的黏度 1流體阻力的表現(xiàn)和來源 可以做一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)來觀測流體阻力的表現(xiàn)。圖1-14所示，在一水槽的底部接出一段直徑均勻的水平管，在截面1-1、2-2兩處安裝兩根直立的玻璃管，用來觀測當(dāng)水流經(jīng)管道時(shí)兩截面處的靜壓力。 若把水平管的出口閥打開，水以流速 流動時(shí)，兩直立玻璃管內(nèi)的液柱高度將出現(xiàn)圖示現(xiàn)象。由兩截面間的柏努利方程式可得第四節(jié) 流體阻力 由上式可見，存在流體阻力致使靜壓能下降。阻力越大，靜壓能下降就越多。這種壓力降就是流體阻力的表現(xiàn)。 應(yīng)當(dāng)說明的是，上式只適用于流體在等徑的水平管中流動的情況。 圖1

31、-14 流體阻力的觀察第四節(jié) 流體阻力 為了更好地了解流體流動時(shí)產(chǎn)生的阻力，可以用河道的水流現(xiàn)象來說明。流體流經(jīng)固體壁面時(shí)，由于流體對壁面有附著力作用，因此在壁面上粘附著一層靜止的流體，同時(shí)在流體內(nèi)部分子間是有吸引力的，所以，當(dāng)流體流過壁面時(shí)，壁面上靜止的流體層對與其相鄰的流體層的流動有約束作用，使該層流體流速變慢，離開壁面越遠(yuǎn)其約束作用越弱，這種流速的差異造成了流體內(nèi)部各層之間的相對運(yùn)動。 由于流體層與流體層之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，流得快的流體層對與其相鄰流得慢的流體層產(chǎn)生一種牽引力，而流得慢的流體層對與其相鄰流得快的流體層則產(chǎn)生一種阻礙力。上述這兩種力是大小相等而方向相反的。因此，流體流動時(shí)，流

32、體內(nèi)部相鄰兩層之間必然有上述相互作用的剪應(yīng)力存在，這種力稱為內(nèi)摩擦力。內(nèi)摩擦是產(chǎn)生流體阻力的根本原因。 第四節(jié) 流體阻力 此外，當(dāng)流體流動激烈呈紊亂狀態(tài)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)流速的大小與方向發(fā)生急劇的變化，質(zhì)點(diǎn)之間相互激烈的交換位置。這種運(yùn)動的結(jié)果，也會損耗流體的機(jī)械能，而使阻力增大?？梢哉f，流體流動狀況是產(chǎn)生流體阻力的第二位原因。 所以，流體具有內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生流體阻力的內(nèi)因，流體流動時(shí)受流動條件的影響是流體阻力產(chǎn)生的外因。另外，管壁粗糙程度和管子的長度、直徑均對流體阻力的大小有影響。 2流體的黏度 流體流動時(shí)流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種特性，稱為黏性。黏性大的流體不易流動，從桶底把一桶油放完比一桶水放完

33、要慢得多。其原因是油的黏性比水大，即流動時(shí)內(nèi)摩擦力較大，因而流體阻力較大，流速較小。 第四節(jié) 流體阻力 衡量流體黏性大小的物理量，稱為黏性系數(shù)或動力黏度，簡稱黏度，用符號 表示。 （1）黏度的單位 流體的黏度可由實(shí)驗(yàn)測定或從手冊上查到。在物理單位制中黏度的單位為（dyns/cm2），專用名稱為（泊）用符號P表示。由于泊的單位太大，一般常用的是厘泊（cP）。1P100cP 在SI制中黏度的單位為（Ns/m2）或（Pas）。 物理單位制中黏度的單位與SI制中黏度單位的換算關(guān)系如下： 1 Pas = 10P =1000 cP =1000mPas 或者1 cP =1 mPas 第四節(jié) 流體阻力 流體的

34、黏度隨溫度而變化。液體的黏度隨溫度的升高而降低；氣體則相反，黏度隨溫度的升高而增大。 壓力對液體黏度的影響可忽略不計(jì)；氣體的黏度只有在極高或極低的壓力下才有變化，一般情況下可以忽略。 混合物的黏度在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可選用經(jīng)驗(yàn)公式估算。 （2）混合液體的黏度（對于分子不締合的液體混合物） （1-28） 第四節(jié) 流體阻力式中 混合液的黏度，Pas； 混合液中組分的摩爾分?jǐn)?shù)； 混合液中組分的黏度，Pas。 （3）對于低壓下的混合氣體 （1-29）式中 混合氣體的黏度，Pas； 混合氣體中組分的黏度，Pas； 混合氣體中組分的摩爾分?jǐn)?shù)； 混合氣體中組分的分子量，即千摩爾質(zhì)量， kg/kmol。 第四節(jié)

35、 流體阻力 二、流體流動的類型 在流體阻力產(chǎn)生的原因及其影響因素的討論中，我們知道，流體的阻力與流體流動的狀況有關(guān)。下面討論流動類型和如何判定流動類型。 圖1-16 雷諾實(shí)驗(yàn)中染色線的變化情況 1雷諾實(shí)驗(yàn)圖1-15 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖第四節(jié) 流體阻力 圖1-15是雷諾實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。清水從恒位槽穩(wěn)定地流入玻璃管，玻璃管進(jìn)口中心處插有聯(lián)接紅墨水的針形細(xì)管，分別用閥A、B調(diào)節(jié)清水與紅墨水的流量。雷諾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速較小時(shí)，紅墨水在管中心呈明顯的細(xì)直線，沿玻璃管的軸線通過全管。第四節(jié) 流體阻力 如圖1-16（a）所示。隨著逐漸增大水的流速，作直線流動的紅色細(xì)線開始抖動、彎曲、呈波

36、浪形，如圖1-16（b）所示。速度再增大，紅色細(xì)線斷裂、沖散，全管內(nèi)水的顏色均勻一致，如圖1-16（c）所示。圖1-16 雷諾實(shí)驗(yàn)中染色線的變化情況第四節(jié) 流體阻力 2流動類型及其判定 雷諾實(shí)驗(yàn)揭示了重要的流體流動機(jī)理，即流體有兩種截然不同的流動類型。當(dāng)流速較小時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)沿管軸做規(guī)則的平行直線運(yùn)動，與其周圍的流體質(zhì)點(diǎn)間互不干擾及相混，即分層流動。這種流動型態(tài)稱作層流或滯流。流體流速增大到某一值時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)除流動方向上的運(yùn)動之外，還向其他方向做隨機(jī)運(yùn)動，即存在流體質(zhì)點(diǎn)的不規(guī)則脈動，彼此混合。這種流動型態(tài)稱作湍流或紊流。 第四節(jié) 流體阻力 雷諾進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究還表明，流體的流動狀況不僅與流體的流速

37、有關(guān)，而且與流體的密度、黏度和管徑有關(guān)。雷諾將這些因素組合成一個(gè)數(shù)群，用以判斷流體的流動類型。這一數(shù)群就稱作雷諾數(shù)，用表示： （1-30） 雷諾數(shù)是沒有單位的。由幾個(gè)物理量按照沒有單位的條件組合的數(shù)群，稱為特征數(shù)或準(zhǔn)數(shù)。這種組合一般都是在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對影響某一現(xiàn)象或過程的各種因素有了一定認(rèn)識之后，利用物理分析或數(shù)學(xué)推導(dǎo)或兩者相結(jié)合的方法產(chǎn)生的。它既反映所包含的各物理量的內(nèi)在關(guān)系，并能說明某一現(xiàn)象或過程的一些本質(zhì)。雷諾數(shù)即是反映了上述四個(gè)因素對流體流動類型的影響，因此Re數(shù)值的大小，可以作為判別流體流動類型的標(biāo)準(zhǔn)。 第四節(jié) 流體阻力 雷諾數(shù)是沒有單位的。由幾個(gè)物理量按照沒有單位的條件組合的

38、數(shù)群，稱為特征數(shù)或準(zhǔn)數(shù)。這種組合一般都是在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對影響某一現(xiàn)象或過程的各種因素有了一定認(rèn)識之后，利用物理分析或數(shù)學(xué)推導(dǎo)或兩者相結(jié)合的方法產(chǎn)生的。它既反映所包含的各物理量的內(nèi)在關(guān)系，并能說明某一現(xiàn)象或過程的一些本質(zhì)。雷諾數(shù)即是反映了上述四個(gè)因素對流體流動類型的影響，因此Re數(shù)值的大小，可以作為判別流體流動類型的標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)Re2000時(shí)，流體的流動類型屬于層流，稱為層流區(qū)；當(dāng)Re4000時(shí)，流體的流動類型屬于湍流，稱為湍流區(qū)；當(dāng)Re數(shù)值在2000與4000之間時(shí)，流動狀態(tài)是不穩(wěn)定的，稱為過渡區(qū)。這種流動受外界條件的影響，易促成湍流的發(fā)生，所以過渡區(qū)的阻力計(jì)算，應(yīng)按湍流流動處理

39、。 需要指出的是，流動雖分為層流區(qū)、湍流區(qū)和過渡區(qū)，但流動類型只有層流和湍流。在實(shí)際生產(chǎn)中，流體的流動類型多屬于湍流。 第四節(jié) 流體阻力 3當(dāng)量直徑 如果管路的截面不是圓形，Re計(jì)算式中的 應(yīng)用當(dāng)量直徑代替。 按下式計(jì)算 按下式計(jì)算 （1-31） 對于邊長為a和b的長方形管路，則 （1-32） 對于套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑，若外管的內(nèi)徑為 ，內(nèi)管的外徑為 ，如圖1-17所示，則第四節(jié) 流體阻力 （1-33） 當(dāng)量直徑的計(jì)算方法，完全是經(jīng)驗(yàn)性的。只能用于非圓形管路，不能把當(dāng)作直徑d來計(jì)算其截面積。三、圓管內(nèi)流體的速度分布 由于流體流動時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)之間和流體與管壁之間都有摩擦阻力。因此，靠近管壁附近處的

40、流層流速較小，附在管壁上的流層流速為零，離管壁越遠(yuǎn)流速越大，在管中心線上流速最大。在流量方程式中流體的流速是指平均流速。但層流與湍流時(shí)在管道截面上的流速分布并不一樣，第四節(jié) 流體阻力所以流體的平均流速與最大流速的關(guān)系也不相同。見圖1-18 圖1-18 速度分布曲線第四節(jié) 流體阻力 1層流時(shí)的速度分布 2湍流時(shí)的速度分布 應(yīng)當(dāng)指出，在湍流時(shí)無論流體主體湍動的程度如何劇烈，在靠近管壁處總粘附著一層作層流流動的流體薄層，稱為流體邊界層。其厚度雖然很小，但對流體傳熱、傳質(zhì)等方面影響很大。層流邊界層的厚度與Re有關(guān)，Re值越大，厚度越??；反之越大。 第四節(jié) 流體阻力 四、流體阻力的計(jì)算 流體在管路中流動

41、時(shí)的阻力可分為直管阻力（或稱沿程阻力）和局部阻力兩部分。 直管阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。 局部阻力：流體流經(jīng)管路中的管件、閥門或突然擴(kuò)大與縮小等局部障礙所引起的阻力。 流體阻力除用損失能量 表示外；也經(jīng)常用損失壓 頭 表示；有時(shí)還用相當(dāng)?shù)膲毫?表示。第四節(jié) 流體阻力1直管阻力的計(jì)算 由實(shí)驗(yàn)可知，流體在圓形直管中流動時(shí)的損失能量 可按下式進(jìn)行計(jì)算。 （1-36） 式中 流體在圓形直管中流動時(shí)的損失能量，J/kg； 管長，m； 管內(nèi)徑，m； 動能，J/kg； 摩擦系數(shù)，無單位。 第四節(jié) 流體阻力 摩擦系數(shù) 與管內(nèi)流體流動時(shí)的雷諾數(shù)Re有關(guān)，也與管道內(nèi)壁的粗糙程

42、度有關(guān)，這種關(guān)系隨流體流動的類型不同而不同。 （1）層流時(shí)的摩擦系數(shù) 流體作層流流動時(shí)，摩擦系數(shù) 只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，而與管壁的粗糙程度無關(guān)。通過理論推導(dǎo)，可以得出 與Re的關(guān)系。 （1-37） 第四節(jié) 流體阻力 （2）湍流時(shí)的摩擦系數(shù) 當(dāng)流體呈湍流時(shí)，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re及管壁粗糙程度都有關(guān)。由于湍流時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的復(fù)雜性，現(xiàn)在還不能從理論上推算 值，通常是通過實(shí)驗(yàn)，將與Re的函數(shù)關(guān)系標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，如圖1-19所示。圖中所指的光滑管一般是玻璃管、有色金屬管、塑料管等；粗糙管是指鑄鐵管、鋼管、水泥管等。這樣粗略地劃分光滑管與粗糙管為應(yīng)用圖1-19提供了方便。 過渡流時(shí)，管內(nèi)流動隨外界條件的

43、影響而出現(xiàn)不同的類型，摩擦系數(shù)也因之出現(xiàn)波動。工程計(jì)算中一般按湍流處理，將相應(yīng)湍流時(shí)的曲線延伸，以便查取 值。第四節(jié) 流體阻力圖1-19 摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系第四節(jié) 流體阻力 （3）非圓形管的直管阻力 當(dāng)流體流經(jīng)非圓形管道時(shí)，仍可用式（1-36）計(jì)算直管阻力。但式中的項(xiàng)及Re中的值，均應(yīng)以當(dāng)量直徑代替。 2局部阻力的計(jì)算 局部阻力的計(jì)算，通常采用兩種方法：當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。 （1）當(dāng)量長度法 將某一局部阻力折合成相當(dāng)于同直徑一定長度直管所產(chǎn)生的阻力，此折合的直管長度稱為當(dāng)量長度，用符號 表示。即 （1-38）第四節(jié) 流體阻力 值由實(shí)驗(yàn)測定，列于表1-2，圖1-20。例如，標(biāo)準(zhǔn)彎頭的值

44、為15，如這種彎頭配置在1084mm的管路上，則它的當(dāng)量直徑15(108-24)1500mm1.5 m。 （2）阻力系數(shù)法 阻力地認(rèn)為 阻力系數(shù)法近似地認(rèn)為局部阻力損失服從速度平方定律，即 區(qū)性 （1-39） 式中為局部阻力系數(shù)，簡稱阻力系數(shù)。其值由實(shí)驗(yàn)測定，列于表1-3。 第四節(jié) 流體阻力表1-2 各種管件、閥門及流量計(jì)等以管徑計(jì)的當(dāng)量長度 第四節(jié) 流體阻力 3管路總阻力的計(jì)算 管路系統(tǒng)的總阻力包括了所取兩截面間的全部直管阻力和所有局部阻力之和，即柏努利方程中的項(xiàng)。 （1-40） 式(1-38)適用于等徑管路的總阻力計(jì)算。對于不同直徑的管段組成的管路，需分段進(jìn)行計(jì)算。 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)

45、節(jié) 一、孔板流量計(jì) 如圖1-21所示，中央開有銳角圓孔的一薄圓片（孔板）插入水平直管中，當(dāng)管內(nèi)流動的流體通過孔口時(shí)，因流通截面積突然減小，流速驟增，隨著流體動能的增加，勢必造成靜壓能的下降，由于靜壓能下降的程度隨流量的大小而變化，所以測定壓力差則可以知道流量。根據(jù)此原理測定流量的裝置稱為孔板流量計(jì)。因流體慣性的作用，流道截面積最小處是比孔板稍微偏下的下游位置，該處的流道截面積比圓孔的截面積更小，這個(gè)最小的流道截面積稱為縮脈?？s脈處位置隨Re而變化。 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié)圖1-21 孔板流量計(jì) 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 若不考慮通過孔板的阻力損失，在水平管截面1-1和截面2-2之間列出柏努利

46、方程，則 整理得 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 在孔板流量計(jì)上安裝U型管液柱壓差計(jì) ，是為了求得式中的壓差。但測壓口并不是開在1-1和2-2截面處，而一般都在緊靠孔口的前后，所以實(shí)際測得的壓差并非 。以孔口前后的壓差代替式中的 時(shí)，上式必須校正。設(shè)U型管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)為R，指示液的密度為 ，管中流體的密度為 ，則孔口前后的壓差為 。同時(shí)，由于縮脈處的截面積 難以知道，而小孔的截面積 是可以計(jì)算的，所以可用小孔處的流速 來代替 。此外，流體流經(jīng)孔板時(shí)還產(chǎn)生一定的損失能量。綜合考慮上述三方面的影響，引入校正系數(shù)C，將 、實(shí)測壓差帶入 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié)根據(jù)連續(xù)性方程式帶入上式，整理得并令 稱為

47、孔流系數(shù) 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 則得 （1-41） 管道中的流量 為 （1-42） 孔流系數(shù)的數(shù)值一般由實(shí)驗(yàn)測定。，當(dāng)Re數(shù)超過某個(gè)限定值之后，亦趨于定值。流量計(jì)所測定的流量范圍一般應(yīng)取在為定值的區(qū)域，其值約為0.60.7。 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 孔板流量計(jì)因構(gòu)造簡單，準(zhǔn)確度高，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用。其缺點(diǎn)是流體流經(jīng)孔口時(shí)的能量損失較大，大部分的壓降無法恢復(fù)而損失掉。 圖1-22 文丘里流量計(jì) 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 二、文氏管流量計(jì) 孔板流量計(jì)由于銳孔結(jié)構(gòu)將引起過多的能量消耗。為了減少能量的損失，把銳孔結(jié)構(gòu)改制成漸縮減擴(kuò)管，這樣構(gòu)成的流量計(jì)，稱為文氏管流量計(jì)。其構(gòu)造如圖1-22所

48、示。一般收縮角 ，擴(kuò)大角 。 利用文氏管流量計(jì)測定管道流量仍可采用式（1-40），而以文氏管的孔流系數(shù) 代替 ，因而管道中的流量為 （1-43） 式中 值一般為0.980.99； 為喉頸處的截面積，m2。 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 文氏管流量計(jì)的阻力較小，大多數(shù)用于低壓氣體輸送中的測量。但文氏管流量計(jì)加工精度要求高，造價(jià)較高。 三、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 孔板流量計(jì)是利用截面積一定的孔口產(chǎn)生節(jié)流，由孔板前后的壓力差測定流量的流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)是流體流經(jīng)節(jié)流部分的前后壓力差保持恒定，通過變動節(jié)流部分的截面積來測定流量的流量計(jì)。圖123是表示轉(zhuǎn)子流量計(jì)構(gòu)造的示意圖。第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 圖1-23 轉(zhuǎn)子流

49、量計(jì) 第五節(jié) 流量的測量與調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)是在自下而上逐漸擴(kuò)大的垂直玻璃管內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子或稱浮子，當(dāng)流體自下而上流過時(shí)，轉(zhuǎn)子向上浮動直到作用于轉(zhuǎn)子的重力與浮力之差正好與轉(zhuǎn)子上下的壓力差相等時(shí)，轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)，即停留在一定的位置上。這時(shí)讀取轉(zhuǎn)子停留位置玻璃管上的刻度，則可得知流量。有些轉(zhuǎn)子頂部邊緣刻有若干個(gè)斜槽，這是為了使轉(zhuǎn)子不上下左右的擺動，邊穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，邊停留在穩(wěn)定位置上。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子位置與流量的關(guān)系需要預(yù)先校正。 轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要用于低壓下小流量的測定，因其測定方法簡單，測量精度較高，阻力損失較小，廣泛應(yīng)用于制藥、化工生產(chǎn)中?；ぴ淼诙?液體輸送機(jī)械 第一節(jié) 概 述 一、液體輸送機(jī)械的作

50、用 在化工生產(chǎn)過程中，常常需要將液體物料從一個(gè)設(shè)備輸送至另一個(gè)設(shè)備；從一個(gè)位置輸送到另一個(gè)位置。當(dāng)液體從低能位向高能位輸送時(shí)，必須使用液體輸送機(jī)械，對物料加入外功以克服沿程的運(yùn)動阻力及提供輸送過程所需的能量。為輸送物料提供能量的機(jī)械裝置稱為輸送機(jī)械，其中輸送液體的機(jī)械稱為泵。泵是一種通用的機(jī)械，在國民經(jīng)濟(jì)各部門中，廣泛使用著各種類型的泵。 二、液體輸送機(jī)械的分類 由于被輸送液體的性質(zhì),如黏性、腐蝕性、混懸液的顆粒等都有較大差別，溫度、壓力、流量也有較大的不同，因此，需要用到各種類型的泵。根據(jù)施加給液體機(jī)械能的手段和工作原理的不同，大致可分為四大類，如表2-1所示。 第一節(jié) 概 述表2-1液體輸

51、送機(jī)械的分類 其中離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單、流量大而且均勻、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)中的使用最為廣泛。本章重點(diǎn)講述離心泵、往復(fù)泵，對其它類型的泵作一般介紹。第二節(jié) 離心泵 一、 離心泵的工作原理與構(gòu)造 1離心泵的工作原理 圖2-1是一臺安裝在管路中的離心泵裝置示意圖，主要部件為葉輪1，葉輪上有6-8片向后彎曲的葉片，葉輪緊固于泵殼2內(nèi)的泵軸3上，泵的吸入口4與吸入管5相連。液體經(jīng)底閥6和吸入管5進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口8與排出管9連接,泵軸3用電機(jī)或其它動力裝置帶動。 圖2-1離心泵裝置示意圖1-葉輪；2-泵殼；3-泵軸；4-吸入口；5-吸入管；6-底閥；7-濾網(wǎng)；8-排出口；9-排出管；10

52、-調(diào)節(jié)閥第二節(jié) 離心泵 泵在啟動前,首先向泵內(nèi)灌滿被輸送的液體，這種操作稱為灌泵。同時(shí)關(guān)閉排出管路上的流量調(diào)節(jié)閥，待電動機(jī)啟動后，再打開出口閥。離心泵啟動后高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動葉片間的液體作高速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，液體便從葉輪中心被拋向葉輪的周邊，并獲得了機(jī)械能，同時(shí)也增大了流速，一般可達(dá)1525m/s,其動能也提高了。當(dāng)液體離開葉片進(jìn)入泵殼內(nèi)，由于泵殼的流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低而壓強(qiáng)逐漸增大，最終以較高的壓強(qiáng)沿泵殼的切向從泵的排出口進(jìn)入排出管排出，輸送到所需場所，完成泵的排液過程。 第二節(jié) 離心泵 當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向葉輪外緣時(shí)，在葉輪中心處形成低壓區(qū)，這樣就造成了吸入管貯槽液

53、面與葉輪中心處的壓強(qiáng)差，液體就在這個(gè)靜壓差作用下，沿著吸入管連續(xù)不斷地進(jìn)入葉輪中心，以補(bǔ)充被排出的液體，完成離心泵的吸液過程。只要葉輪不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，液體就會連續(xù)不斷地被吸入和排出。 若泵啟動前未充滿被輸送液體，則泵內(nèi)存有空氣，由于空氣密度比液體的密度小得多，泵內(nèi)產(chǎn)生離心力很小，因而在吸入口處的真空度很小，貯槽液面和泵入口處的靜壓頭差很小，不能推動液體進(jìn)入泵內(nèi)，啟動泵后而不能輸送液體的現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。表示離心泵無自吸能力。離心泵吸入管底部安裝的帶吸濾網(wǎng)的底閥為止逆閥，為啟動前灌泵所配置的。 第二節(jié) 離心泵 2離心泵的主要部件 離心泵的主要部件為葉輪、泵殼和軸封裝置。(1)葉輪葉輪是離心泵的關(guān)鍵部

54、件,其作用是將原動機(jī)的機(jī)械能傳給液體，使通過離心泵的液體靜壓能和動能均有所提高。葉輪有6-8片的后彎葉片組成。按其機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為以下三種，如圖2-2所示。開式葉輪僅有葉片和輪轂，兩側(cè)均無蓋板，制造簡單,清洗方便，如圖2-2(a)所示；半閉式葉輪,沒有前蓋板而有后蓋板的葉輪，如圖2-2(b)所示；閉式葉輪兩側(cè)分別有前、后蓋板,流道是封閉的，如圖2-2(c)所示,這種葉輪液體流動摩擦阻力損失小,適用于高揚(yáng)程、潔凈液體的輸送。 第二節(jié) 離心泵 （a） （b） （c）圖2-2 離心泵的葉輪（a）開式 （b）半閉式 （c）閉式第二節(jié) 離心泵 一般離心泵大多采用閉式葉輪。開式和半閉式葉輪由于流道不易堵塞，

55、適用于漿液、粘度大的液體或含有固體顆粒的懸浮物液體的輸送。但由于開式或半閉式葉輪沒有或一側(cè)有蓋板，葉輪外周端部沒有很好的密合，部分液體會流回葉輪中心的吸液區(qū)，因而效率較低。 開式或半閉式葉輪在運(yùn)行時(shí),部分高壓液體漏人葉輪后側(cè),使葉輪后蓋板所受壓力高于吸人口側(cè),對葉輪產(chǎn)生軸向推力。軸向推力會使葉輪與泵殼接觸而產(chǎn)生摩擦,嚴(yán)重時(shí)會引起泵的震動。為了減小軸向推力,可在后蓋板上鉆一些小孔,稱為平衡孔如圖2-3(a)中1,使部分高壓液體漏至低壓區(qū),以減小葉輪兩側(cè)的壓力差。平衡孔可以有效地減小軸向推力,但同時(shí)也降低了泵的效率。 第二節(jié) 離心泵 葉輪按其吸液方式的不同可分為單吸式和雙吸式兩種，如圖2-3所示。

56、單吸式葉輪構(gòu)造簡單，液體從葉輪一側(cè)被吸入；雙吸式葉輪可同時(shí)從葉輪兩側(cè)對稱地吸入液體。顯然，雙吸式葉輪具有較大的吸液能力，并較好地消除軸向推力。故常用于大流量的場合。 (2)泵殼 泵殼是一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的狀似蝸牛殼形的通道稱蝸殼，如圖2-5所示。葉輪在殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn),愈接近液體出口,通道截面積愈大。因此,液體從葉輪外緣以高速被拋出后,沿泵殼的蝸牛形通道而向排出口流動,流速便逐漸降低,減少了能量損失,且使大部分動能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。所以泵殼不僅作為一個(gè)匯集和導(dǎo)出液體的通道，同時(shí)其本身又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。 第二節(jié) 離心泵（a）單吸式 （b）雙吸式 圖2-4 泵殼與導(dǎo)輪 圖2-3

57、吸液方式 1-葉輪；2-導(dǎo)輪；3-泵殼 1-平衡孔；2-后蓋板第二節(jié) 離心泵 (2)泵殼 泵殼是一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的狀似蝸牛殼形的通道稱蝸殼，如圖2-5所示。葉輪在殼內(nèi)順著蝸形通道逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn),愈接近液體出口,通道截面積愈大。因此,液體從葉輪外緣以高速被拋出后,沿泵殼的蝸牛形通道而向排出口流動,流速便逐漸降低,減少了能量損失,且使大部分動能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。所以泵殼不僅作為一個(gè)匯集和導(dǎo)出液體的通道，同時(shí)其本身又是一個(gè)轉(zhuǎn)能裝置。圖2-5流體在泵內(nèi)的流動情況第二節(jié) 離心泵 在較大的泵中,在葉輪與泵殼之間還裝有固定不動的導(dǎo)輪,如圖2-4中的2所示,其目的是為了減少液體直接進(jìn)入蝸殼時(shí)的沖擊。由于

58、導(dǎo)輪具有很多逐漸轉(zhuǎn)向的通道,使高速液體流過時(shí)均勻而緩和地將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能,從而減少了能量損失。 (3)軸封裝置 泵軸與泵殼之間的密封成為軸封。其作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周漏出,或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)的低壓區(qū)。常用的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種，如圖2-6和圖2-7所示。普通離心泵所采用的軸封裝置是填料函，即將泵軸穿過泵殼的環(huán)隙作為密封圈，于其中填入軟填料（例如浸油或涂石墨的石棉繩），以將泵殼內(nèi)、外隔開，而泵軸仍能自由轉(zhuǎn)動。 對于輸送酸、堿以及易燃、易爆、有毒的液體,密封的要求就比較高,既不允許漏入空氣,又力求不讓液體滲出。近年來在制藥生產(chǎn)中離心泵的軸封裝置廣泛采用機(jī)械

59、密封。如圖2-7所示，它是有一個(gè)裝在轉(zhuǎn)軸上的動環(huán)和另一個(gè)固定在泵殼上的靜環(huán)所構(gòu)成，兩環(huán)的端面借彈簧力互相貼緊而做相對運(yùn)動，起到密封作用。 第二節(jié) 離心泵 圖2-6填料密封裝置1-填料函殼；2-軟填料；3-液封圈；4-填料壓蓋；5-內(nèi)襯套圖2-7機(jī)械密封裝置1-螺釘；2-傳動座；3-彈簧；4-椎環(huán)；5-動環(huán)密封圈；6-動環(huán)；7-靜環(huán)；8-靜環(huán)密封圈；9-防轉(zhuǎn)銷第二節(jié) 離心泵 二、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線 1性能參數(shù) 表征離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、軸功率和效率，這些參數(shù)標(biāo)注在離心泵的銘牌上，是評價(jià)離心泵的性能和正確選用離心泵的主要依據(jù)。 （1）流量（送液能力） 指單位時(shí)間內(nèi)泵排到管路系統(tǒng)

60、中的液體體積，用符號表示，其單位為m/h或m/s，其大小主要取決于泵的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速等。第二節(jié) 離心泵 （2）揚(yáng)程（泵的壓頭） 指泵對單位重量（1N）的液體所提供的有效能量。用符號表示，其單位為m液柱。離心泵壓頭取決于泵的結(jié)構(gòu)（葉輪直徑、葉片彎曲情況）轉(zhuǎn)速和流量，也與液體的密度有關(guān)。對于一定的泵在指定的轉(zhuǎn)速下，與 之間存在一定關(guān)系，由于液體在泵內(nèi)的流動情況比較復(fù)雜，與 關(guān)系只能用實(shí)驗(yàn)測定。 (3)功率 泵的有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量，用符號 表示，單位為W或kW。因?yàn)殡x心泵排出的液體質(zhì)量流量為 ,所以泵的有效功率為 （2-1）第二節(jié) 離心泵 泵的軸功率是指泵軸所需的功