化工原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)重要

1、第一章流體1.1 教學(xué)基本要求：（14 學(xué)時(shí)，包括緒論）概述 流體的作用力和機(jī)械能；粘性定律。靜力學(xué)守恒原理流體受力平衡的研究方法；壓強(qiáng)和勢(shì)能的分布；靜力學(xué)原理的工程應(yīng)用。流體的機(jī)械能守恒（方程）；壓頭；機(jī)械能守恒原理的應(yīng)用。流體的結(jié)構(gòu) 層流和湍流的基本特征；定態(tài)和穩(wěn)態(tài)的概念管流剪應(yīng)力分布和速度分布。邊界層的概念；流體的機(jī)械能損失 沿程阻力損失；因次論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法；當(dāng)量直徑；局部阻力損失；當(dāng)量長(zhǎng)度。管路計(jì)算 管路設(shè)計(jì)型計(jì)算的特點(diǎn)、計(jì)算方法（參數(shù)的選擇和優(yōu)化，常用流速）；阻力損失對(duì)的影響；簡(jiǎn)單管路的計(jì)算。流量和流速的測(cè)量 畢托管、流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理和計(jì)算方法。1.2 基本概念：質(zhì)點(diǎn)

2、多。分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但比起分子程卻要大得連續(xù)性假定 假定流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的、彼此間沒有間隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。日法 選定一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn), 對(duì)其觀察，描述其運(yùn)動(dòng)參數(shù)( 如位移、速度等)與時(shí)間的關(guān)系。法 在固定空間位置上觀察流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，如空間各點(diǎn)的速度、壓強(qiáng)、密度等，即直接描述各有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)在空間各點(diǎn)的分布情況和隨時(shí)間的變化。流場(chǎng)中各點(diǎn)流體的速度u 、壓強(qiáng) p 不隨時(shí)間而變化。定態(tài)軌線與流線 軌線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)間的位置連線，是日法的結(jié)果。流線是同一瞬間不同質(zhì)點(diǎn)在速度方向上的連線，是法的結(jié)果。系統(tǒng)與控制體 系統(tǒng)是采用日法流體的?？刂企w是采用法流體的。

3、理想流體與實(shí)際流體的區(qū)別 理想流體粘度為零，而實(shí)際流體粘度不為零。粘性的物理本質(zhì) 分子間的引力和分子的熱運(yùn)動(dòng)。通常液體的粘度隨溫度增加而減小，因?yàn)橐后w分子間距離較小，以分子間的引力為主。氣體的粘度隨溫度上升而增大，因?yàn)闅怏w分子間距離較大，以分子的熱運(yùn)動(dòng)為主?？倓?shì)能 流體的壓強(qiáng)能與位能之和?？蓧嚎s流體與不可壓縮流體的區(qū)別 流體的密度是否與壓強(qiáng)有關(guān)。有關(guān)的稱為可壓縮流體，無關(guān)的稱為不可壓縮流體。流體與非流體的區(qū)別流體行為是否符合粘性定律dudy1-1符合的為流體，不符合的為非方程的物理意義 流體流體。中的位能、壓強(qiáng)能、動(dòng)能之和保持不變。平均流速 流體的平均流速是以體積流量相同為原則的。動(dòng)能校正因子

4、 實(shí)際動(dòng)能之平均值與平均速度之動(dòng)能的比值。均勻分布 同一橫截面上流體速度相同。1均勻流段 各流線都是平行的直線并與截面垂直, 在定態(tài)沒有加速度, 故沿該截面勢(shì)能分布應(yīng)服從靜力學(xué)原理。層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別 是否存在流體速度 u、壓強(qiáng) p 的脈動(dòng)性，即是否存在流體質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)性。穩(wěn)定性與定態(tài)性 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)的反應(yīng)。定態(tài)性是指有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化情況。條件下該截面上的流體邊界層流體受固體壁面阻滯而造成速度梯度的區(qū)域。邊界層分離現(xiàn)象 在逆壓強(qiáng)梯度下，因外層流體的動(dòng)量來不及傳給邊界層，而形成邊界層脫體的現(xiàn)象。因次 因次就是量綱。雷諾數(shù)的物理意義 雷諾數(shù)是慣性力與粘性力之比。因次分析實(shí)驗(yàn)研究

5、方法的主要步驟 經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)列出影響過程的主要；無因次化減少變量數(shù)并規(guī)劃實(shí)驗(yàn)；通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸確定參數(shù)及變量適用范圍，確定函數(shù)形式。摩擦系數(shù) 層流區(qū), 與Re 成反比，而與相對(duì)粗糙度無關(guān)；一般湍流區(qū)，隨Re 增加而遞減，同時(shí)隨相對(duì)粗糙度增大而增大；充分湍流區(qū)，與Re 無關(guān)，隨相對(duì)粗糙度增大而增大。完全湍流粗糙管 當(dāng)壁面凸出物低于層流內(nèi)層厚度，體現(xiàn)不出粗糙度過對(duì)阻力損失的影響時(shí)，稱為水力光滑管。Re 很大，與Re 無關(guān)的區(qū)域，稱為完全湍流粗糙管。同一根實(shí)際管子在不同的Re 下，既可以是水力光滑管，又可以是完全湍流粗糙管。局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度 把局部阻力損失看作相當(dāng)于某個(gè)長(zhǎng)度的直管，該長(zhǎng)度即為局部阻力當(dāng)

6、量長(zhǎng)度。駐點(diǎn)壓強(qiáng) 在駐點(diǎn)處，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓強(qiáng)( 稱為動(dòng)壓強(qiáng)) ，所以駐點(diǎn)壓強(qiáng)是靜壓強(qiáng)與動(dòng)壓強(qiáng)之和。畢托管特點(diǎn) 畢托管測(cè)量的是流速，通過換算才能獲得流量。流量計(jì)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)恒截面，變壓差。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，阻力損失較大。恒流速，恒壓差，變截面。塑性：只有當(dāng)施加的剪應(yīng)力大于屈服應(yīng)力之后流體才開始非流體的特性。假塑性與漲塑性：隨剪切率增高, 表觀粘度下降的為假塑性。隨剪切率增高, 表觀粘度上升的為漲塑性。觸變性與震凝性：隨剪應(yīng)力 作用時(shí)間的延續(xù)，流體表觀粘度變小，當(dāng)一定的剪應(yīng)力 所作用的時(shí)間足夠長(zhǎng)后，粘度達(dá)到定態(tài)的平衡值，這一行為稱為觸變性。反之，粘度隨剪切力作用時(shí)間延長(zhǎng)而增大的行為則稱為

7、震凝性。粘彈性：不但有粘性，而且的彈性。具體表現(xiàn)如：爬桿效應(yīng)、擠出脹大、無管虹吸。1.3 基本內(nèi)容：明顯本章主要有關(guān)流體的基本原理，流體的基本規(guī)律。流體的計(jì)算是物料、力平衡、能量的綜合應(yīng)用。一、流體靜力學(xué)1流體密度流體密度是指體積 V 內(nèi)流體的質(zhì)量 m。對(duì)于氣體來說，密度與溫度、壓力都有關(guān)。由物理化學(xué)知識(shí)可知m nRT RT1-2M其中 R 為通用氣體常數(shù)，其值為 8314 J/kmolK；M 為氣體平均分子量。由密度定義2 m Mp1-3VRT當(dāng)已知一種狀態(tài)的氣體密度，求另一種狀態(tài)的氣體密度時(shí)，可用下式進(jìn)行換算T1 p2 1-421 Tp2 1在計(jì)算氣體的體積流量時(shí)，因溫度、壓力的不同而引起

8、密度、體積變化，也需要進(jìn)行換算。當(dāng)已知一種狀態(tài)的氣體流量求另一種狀態(tài)的氣體時(shí)，可用下式進(jìn)行換算。T2 p11-5V 1 T p 1 2例 1 試計(jì)算常壓下，20空氣的密度。解：方法 1：空氣的平均分子量為 29，由式 1-3 29 1.013 105 1.206kg / m38314 293方法 2：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下(0,1.013105)空氣的密度為 29 / 22 .4，由式 1-4M T0 p29 273 1.206kg / m3 22.4 Tp022.4293液體密度通?？梢曌鞑豢蓧嚎s流體，認(rèn)為它只與溫度有關(guān)。液體密度可查2壓強(qiáng)換算換算：壓力可以用流體柱高度來表示，它們的換算可以用下式p gh

9、附錄。1-6除(=N/m2 ) 外，有 kgf /cm2，a tm，等等。要掌握它們之間的換算關(guān)系。此外，壓力的基準(zhǔn)換算：壓力分為絕壓、表壓、真空度。壓力表讀數(shù)就是表壓，即絕對(duì)壓力比大氣壓高出多少；真空表讀數(shù)就是真空度，即絕對(duì)壓力比大氣壓低多少。真空度實(shí)際上就是負(fù)表壓。例 22M (表壓)壓力等于幾公斤壓力，相當(dāng)于水柱。解：絕對(duì)壓力為p 2 106 1.013 105 2.101106(絕壓)1 公斤力等于 9.81，所以2.101106p 21.42kgf / cm (絕壓)29.81104水的密度為 1000kg /m3，所以2.101106p 214.2mH 2O (絕壓)9.81103

10、1 大氣壓等于 1 .033kg f/ cm2 或 10 .33mH2O，所以用表壓表示為p 21.42 1.033 20.38kgf / cm2 (表壓)3p 214.2 10.33 203.8mH 2O (表壓)3基本公式及應(yīng)用p1p2z g z g1-7靜力學(xué)方程12靜力學(xué)方程應(yīng)用條件：同種流體且不可壓縮（氣體高差不大時(shí)仍可用）；（或等速直線運(yùn)動(dòng)的流體橫截面-均勻流）；重力場(chǎng)；單連通。例 3如圖 1.1 所示，測(cè)量 A 處的壓力圖 1.1 測(cè)壓示意圖已知：R=180mm, h=500mm求： =? (絕壓)，(表壓)解：由靜力學(xué)方程應(yīng)用條件可知，在 U 形管的 B 平面上，符合“等高等壓

11、”的條件，即左邊壓力與右邊壓力相等。左邊右邊兩邊相等=+ gR+水 gh= +gR-水gh=1.0131059.810.18-10009.810.5=1.204105(絕壓)=1.204105-1.013105=1.91104(表壓)或例 4如圖 1.2 所示，設(shè)備中壓力要保持，液體要排出，須用液封。求液封的高度 h 應(yīng)為多少。圖 1.2 液封解：根據(jù)靜力學(xué)方程4p pa gh10 1031000 9.81 1.02ma所以二、機(jī)械能守恒1流量和流速v 。它是一種瞬時(shí)的特性, 不是某段時(shí)間質(zhì)量流量等于體積流量乘以密度，即內(nèi)累計(jì)流過的量。當(dāng)流體作定態(tài)計(jì)算的，即時(shí), 流量不隨時(shí)間而變。平均速度是按

12、流量相等為原則u qVA對(duì)于氣體，流速隨密度的變化而變化，但是，速度與密度的乘積卻不變，所以有時(shí)用質(zhì)量流速來表示比較方便。G u qmA在滿流、定態(tài)的條件下，水平直管中的液體流速并不會(huì)因阻力而沿程；垂直直管向2動(dòng)中的液體也不會(huì)因重力而沿程加速。這是由質(zhì)量守恒方程所限定的。方程及其應(yīng)用方程方程的導(dǎo)出是在流場(chǎng)中取微分控制體作力結(jié)合定態(tài)過程有遷移加速度的特點(diǎn)，建立微分方程并解。具體形式為u 2u 2ppz g 1 2 zg 2 2 11-8122上述取控制體進(jìn)行分析的方法，不僅對(duì)于動(dòng)量傳遞過程是常用的分析方法，而且對(duì)于熱量傳遞、質(zhì)量傳遞過程也是常用的。所以，在掌握便舉一反三。力方程的同時(shí)，要掌握這一

13、分析方法，以方程的物理意義是流體中的位能、壓強(qiáng)能、動(dòng)能之和保持常數(shù)。方程的幾何意義是流體中以流體柱高度表示的位頭、壓頭、速度頭之和保持不變。方程的應(yīng)用條件是：1）重力場(chǎng)，定態(tài)，不可壓縮的理想流體沿軌線；2）無外加機(jī)械能或機(jī)械能輸出。在實(shí)際過程中，如果距離較短、阻力損失較小，可以忽略時(shí)，就可以考慮使用方程解決實(shí)際流體的問題，如重力射流、壓力射流、虹吸等等過程。例 5，用U 形壓差計(jì)測(cè)量風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。5圖 1 .3 風(fēng)量的測(cè)定已知指示劑為水，R 為 20mm，風(fēng)機(jī)吸入管直徑為 300mm，空氣密度為 1 .2kg/ m 3，求風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。解：先取圖 1 .3 中所示的 1-1 和 2-2 截面，注意

14、截面選取在垂直于方向，且在均勻流段、已知數(shù)最多。1-1 截面為大截面，可視作速度為零。由 1-1 至 2-2 排2方程p2 2pa p2 i gR壓差計(jì)：2gR i 2 9.81 0.02 1000 18.1m / s2( pa p2 )： u 由此21.2q A u 0.785 0.32 18.1 1.28m3 / s流量V2 2三、阻力損失1流體類型流體存在兩種不同的類型，即層流和湍流。圓直管內(nèi)流體的層流和湍流在很多方面存在著區(qū)別，如速度分布、流體質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)性。阻力、傳熱傳質(zhì)速率等方面，但是本質(zhì)區(qū)別在于是否存在流體類型的判據(jù)是雷諾數(shù)Re du dG1對(duì)于液體，計(jì)算 Re 數(shù)時(shí)采用 du/

15、比較多，而對(duì)于氣體，采用 dG/更為方便。流體類型通?？捎萌齾^(qū)兩類型概括。當(dāng) Re4000時(shí)，為穩(wěn)定的湍流區(qū)；當(dāng) 2000Re4000 時(shí)，為過渡區(qū)，有時(shí)為層流，有時(shí)為湍流。雷諾數(shù)對(duì)于后續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容很重要，時(shí)常會(huì)遇到，它的物理意義可以分析如下：duu 2Re ud上式分子u2 與流體的慣性力成正比；分母與式 1-1 比較，可表征為粘性力。因此，雷諾數(shù)的物理意義是流體的慣性力與粘性力之比。2邊界層流體受固體壁面阻滯而造成速度梯度的區(qū)域稱為邊界層。研究邊界層主要是要弄清流體阻力的形成機(jī)理，實(shí)際流體有速度梯度就會(huì)形成內(nèi)摩擦，有內(nèi)摩擦就會(huì)造成阻力損6失。邊界層脫體的條件是逆壓強(qiáng)梯度；外層流體動(dòng)量來不及

16、傳入邊界層。邊界層脫體的是產(chǎn)生大量旋渦；造成較大的能量損失。阻力形成的原因。3阻力損失邊界層脫體主要是說明流體局部阻力損失的根本原因是流體存在粘性。直管阻力與局部阻力的劃分只是根據(jù)的外部條件來分的。阻力損失的測(cè)量是根據(jù)機(jī)械能式u 2u 2ppz g 1 2 z g 2 h 11-10122f2來確定的。對(duì)于水平直管，u1=u2，z1=z2，阻力損失表現(xiàn)為壓差損失。通過對(duì)圓直管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述，獲得了計(jì)算圓直管內(nèi)流體層流時(shí)的阻力損失的公式，即葉方程 P 32ulh1-11fd 2葉方程的應(yīng)用條件是流體；層流狀態(tài)；圓直管速度分布穩(wěn)定段。對(duì)于湍流直管阻力，采用阻力損失計(jì)算通式u 2lh f d1

17、-122摩擦系數(shù) 與雷諾數(shù)Re、相對(duì)粗糙度 / d 有關(guān)，可查中的，即圖 1-34。對(duì)照式 1-11 和 1-1264，層流時(shí) 1-13Re在阻力損失的學(xué)習(xí)中，要從數(shù)學(xué)表達(dá)式中弄清阻力損失 hf 的影響，尤其是速度 u、流量qV、管徑d 等的影響。不難推出，層流時(shí)u qVh1-14fd 2d 4u 2q 2h V 充分湍流時(shí)1-15fd 5d對(duì)于非圓形管道，可采用當(dāng)量直徑 4 Ad1-16e式中A 為管道截面積，為浸潤(rùn)周邊。但是當(dāng)量直徑de 僅用于ud G u 2d lh Re e e和fd2eqV以及相對(duì)粗糙度/ d 。速度 u 為實(shí)際平均速度。絕對(duì)不成立u 。ed 2e4例 6 有一方形截

18、面的直管管道，方形邊長(zhǎng)為 100mm，輸送流量為0.1m3 / s、密度為 1 .2kg/m3、720的空氣，已知管道的粗糙度=0 . 2mm，試求每米的損失壓降為多少？解：查 20的空氣的粘度為 1 .81 10-5s，管道的當(dāng)量直徑為 4 0.1 0.1 0.1mde4 0.10.2 103 0.002相對(duì)粗糙度de0.1u qV 0.1 10m / s速度A0.1 0.1deuRe 6.63 104雷諾數(shù)5查摩擦系數(shù)=0 . 026，每米阻力損失壓降為l u 211.2 102P 0.026 15.6de20.12由管件、閥件所引起的局部阻力損失可按u 22h f 計(jì)算。也可按當(dāng)量長(zhǎng)度

19、le 的方法計(jì)算。lu 2 ehfd 2應(yīng)當(dāng)注意的是，兩種方法并不一致，都有近似。4阻力損失的有三種：損失壓降；損失能量 J/ kg；損失壓頭 m(=J / N)。損失壓降 P 、阻力損失的損失能量 h f 、損失壓頭 H f 三者之間的換算關(guān)系為： hf PHfgg四、管路計(jì)算1阻力損失壓差- 管路狀況- 流量三者關(guān)系如圖 1.4 所示管路，當(dāng)槽 1 的總勢(shì)能大于槽 2 的總勢(shì)能時(shí)，流體方向?yàn)椴?1 向槽 2。圖 1.4管路計(jì)算8對(duì)此，可以列出如下計(jì)算式qv 4 d u2質(zhì)量守恒式PPlu 2 1 2 機(jī)械能式d 2 du ,摩擦系數(shù)計(jì)算式d 從而，可以導(dǎo)出如下的阻力損失壓差- 管路狀況-

20、流量三者關(guān)系 l8P u 2lq2 dh f 1-20 dv2 4d2由上式可以得出如下結(jié)論：管路狀況一定，流量增加 qV，阻力損失增加 hf；hf(P)一定, 閥門，流量減小 qV；流量 qV 一定, 閥門，阻力損失 hf。例 7 如圖 1 .5 所示管路，當(dāng)閥門什么？時(shí)，則變量 hfAB、 、 將發(fā)生如何變化，為圖 1.5例 7 附圖時(shí)，上升，管路流量減小。因管路段 1-A 狀況沒有變化，流量減小，壓解：當(dāng)閥門差減小，1 處壓強(qiáng)不變，A 處壓強(qiáng)必然上升。管路段 B-2 狀況也沒有變化，流量減小，壓差減小，2 處壓強(qiáng)不變，B 處壓強(qiáng)必然下降。所以hfAB 上升；上升； 下降。由例 7 可以得

21、出一般結(jié)論：閥門，上游壓強(qiáng)上升，下游壓強(qiáng)下降，壓差增大：閥門開大，上游壓強(qiáng)下降，下游壓強(qiáng)上升，壓差減小。例 8 如圖 1 .6 所示管路，原先 1、2、3 閥均為半開。當(dāng)閥門 1qV3，將發(fā)生如何變化，為什么？時(shí)，變量 qV、qV1、qV2、圖 1.6例 8 附圖時(shí)，1 上升，總流量 qV、流量 qV1 均下降。1 閥兩端壓差上升，而 2 閥、3解：當(dāng) 1 閥9閥狀況沒有變化，所以流量 qV2、qV3 上升。2簡(jiǎn)單管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路計(jì)算包括串聯(lián)管路。它可以由多項(xiàng)沿程阻力與局部阻力組成，但是，沒有分支管路。串聯(lián)管路如圖 1 .7 所示圖 1.7串聯(lián)管路 hf 總=hf1+hf2+hf3 qV=qV

22、1=qV2=qV3串聯(lián)管路計(jì)算的特點(diǎn)是：11在計(jì)算中，注意各段阻力計(jì)算的 u、l、d、的不同。簡(jiǎn)單管路的阻力損失可用下式計(jì)算l8( )d 2H q1-f 2d 4 gV如果是兩個(gè)容器之間的定態(tài)3并聯(lián)管路計(jì)算，則阻力損失等于兩個(gè)容器之間的總勢(shì)能差。當(dāng)并聯(lián)管路不是太短時(shí)，分流和匯合處的阻力損失與管路的阻力損失相比可以忽略不計(jì)。如圖 1 .8 所示為并聯(lián)管路圖 1.8并聯(lián)管路PA PB h h1并聯(lián)管路的方程特點(diǎn)：f 1f 2qV 總=qV1+qV2在計(jì)算中，注意 hf 不要重復(fù)計(jì)算，只要計(jì)算其中的一個(gè)就可知道另一個(gè)。例 9 如圖 1 .9 所示，由一槽向攪拌反應(yīng)器送料，料液性質(zhì)同 20的水，流量

23、1.3l/s，鍍鋅鐵管423mm，p=10k(表壓)。10m，90彎頭 4 個(gè)，閘閥(全開)1 個(gè)。攪拌反應(yīng)器內(nèi)壓強(qiáng)圖 1.9例 9 附圖試求：Z 應(yīng)為多少 m。1034q解：計(jì)算管內(nèi)流速 u v 1.28m / sd 22du0.036 1.281000計(jì)算雷諾數(shù)Re 4.611040.001查 90標(biāo)準(zhǔn)彎頭=0.75，閘閥全開=0.17，出口=1，取=0.2mm，/d=0.0056，查由槽液面至反應(yīng)器液面作機(jī)械能得=0.033， u 2plZ g d 2g104103 9.81 1.2822 9.8110 0.033 4 0.75 0.17 1 2.13m0.036例 10原有一長(zhǎng)輸油管路

24、，直徑 d1=1m，流量為 qV1，現(xiàn)為了增加輸油量的 50%，在原來的長(zhǎng)管旁并接一根直徑為 d2 的長(zhǎng)管。已知油在原管道中為層流。求 d2=?解：先作示意圖圖 1.10例 10 解附圖由于hf1=hf232uld 2hf 而且根據(jù) qV2qV1，則 d2d1，u1u2,du而雷諾數(shù)Re 所以 Re2P = exp -Mgh/RT u = 11.0m/s ;G = 261.9kg/m2s qm = 2.27kg/sR = 340mm，R 不變qv = 2284m3/h= 1466sHf = 0.26J/N細(xì)管最上端；會(huì)汽化1213141516)17A2 )21)A2 )21F = 4.0210

25、3N略u(píng)2 = 3.62m/s ; R = 0.41m F = 151Nv = 5.510-6m2/s1819202122u23=0.817， = 1.06umax略2425262728293031323334P（真）= 95k；P（真）變大Z = 12.4mP（表）= 0.30M（表）qv = 3.39m3/h； P1 變小； P2 變大qv = 1.81m3/hH = 43.8m；煙外；H 增大，P1 降低，抽吸量增加 = 2104sHe = 38 .1J/Nqv =0.052m3/s=186m3/hqv1 = 9.70m3/h ; qv2 = 4.31m3/h qv3 = 5.39m3/

26、h ; q, = 5.39m3/hv3qvB/qvC = 1.31 ; qvB/qvC =1.05 ;能量損失 P1（絕）=5.35105u = 13.0m/s35363714qv = 7.9m3/hqVCO2（上限）=3248l/hdu = 500 l/s ; =3104dy383940= 3102N； P = 150w= 60 .3J/ kgFhe414243y = 18 .84 ； = 4.55 sy= 39.744 略1.5思考題解：1假定流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成的、彼此間沒有間隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。質(zhì)點(diǎn)是多。分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸，但比起分子程卻要大得前者描述同一

27、質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的狀態(tài)；后者描述空間任意定點(diǎn)的狀態(tài)。分子間的引力和分子的熱運(yùn)動(dòng)。通常氣體的粘度隨溫度上升而增大，因?yàn)闅怏w分子間距離較大，以分子的熱運(yùn)動(dòng)為主；溫度上升，熱運(yùn)動(dòng)加劇，粘度上升。液體的粘度隨溫度增加而減小，因?yàn)橐后w分子間距離較小，以分子間的引力為主，溫度上升，分子間的引力下降，粘度下降。4 靜壓強(qiáng)的特性： 流體中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的壓力；作用于任意點(diǎn)所有不同方位的靜壓強(qiáng)在數(shù)值上相等；壓強(qiáng)各向傳遞。51）圖略，受力箭頭垂直于壁面、上小下大。2）壓強(qiáng)p=gh=10009.810 .5=4 .91k ；外部壓強(qiáng)p=F/A=10 /0 .008=1.25k 因?yàn)槿?/p>

28、器內(nèi)壁給了流體向下的力，使壓強(qiáng) 4 .91k 。壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)。6容器A 的液體勢(shì)能下降，使它與容器 B 的液體勢(shì)能差減小，從而 R2 減小。R1 不變，因?yàn)樵揢形管兩邊同時(shí)降低，勢(shì)能差不變。7由靜力學(xué)方程可以導(dǎo)出( 冷- 熱)g，所以H 增加，壓差增加，拔風(fēng)量大。8前者指速度分布大小均勻；后者指速度方向平行、無遷移加速度。9重力場(chǎng)下、不可壓縮、理想流體作定態(tài)時(shí)，同一流線上的流體間能量的關(guān)系。，流體微元與其它微元或環(huán)境沒有能量交換R=R，因?yàn)閁 形管指示的是總勢(shì)能差，與水平放還是垂直放沒有關(guān)系。選（1） 0時(shí)，密度增加，管路特性曲線下移。當(dāng)p0 時(shí)，密度增加，管路特性曲線上移。當(dāng)p=0 時(shí)，

29、密圖2 . 2管路特性度增加，管路特性曲線不變。阻力損失部分中有管徑 d、或相對(duì)粗糙度/ d，比如當(dāng)管路閥門l 、l e 或、時(shí)，增加，式 2-2 中的 K 值隨之增加，如圖 2 .3所示，管路特性曲線就會(huì)變得更陡。二、離心泵離心泵的主要葉輪：其作用是將電機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能( 主要是靜壓能)。蝸殼( 泵殼)：其作用不僅是匯集由葉輪甩出的液體，而且能將液體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成靜壓能。離心泵的工作原理圖 2 .3閥門開度的影響葉輪在電機(jī)的帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，葉片間的液體也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力場(chǎng)的作用下，18在葉輪中心形成低壓；在葉輪外緣形成高壓。葉輪中心吸入低勢(shì)能、低動(dòng)能的液

30、體，在葉輪外緣輸出高勢(shì)能、高動(dòng)能的液體。在蝸殼中，由于流道的逐漸擴(kuò)大，液體逐漸部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓強(qiáng)能。然后，液體以較高的壓強(qiáng)排入出口管道。，又將大為了獲得較高的泵效率，葉片采用后彎的形式。后彎葉片的葉輪邊緣產(chǎn)生的液體動(dòng)能較小，而靜壓能較大，動(dòng)能在轉(zhuǎn)化成壓強(qiáng)能的過程中損失較小，從而泵的效率較高。3離心泵的特性離心泵的主要性能參數(shù)有流量 qV、壓頭(揚(yáng)程) He、軸功率qV，qV 曲線稱為離心泵特性曲線。、效率。通常，將 HeqV，流量是泵的送液能力，通常，將泵在最高效率點(diǎn)流量稱為額定流量。壓頭(揚(yáng)程)是泵對(duì)重量流體所加入的能量 J/N(=m)。HeqV 曲線在額定流量附近是單調(diào)下降的。這種特點(diǎn)，使

31、輸送管路工作點(diǎn)穩(wěn)定，也是采用后彎葉片的另一個(gè)原因。軸功率是時(shí)間泵所需要的機(jī)械能。液體流過泵實(shí)際得到的功率稱為泵的有效功率，即Pe gqV He而泵的有效功率與軸功率之比為泵的效率。軸功率曲線qV 通常是單調(diào)上升的，當(dāng)流量為零時(shí)，軸功率最小，這就是離心泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥的原因。泵效率定義為Pe Pa 泵的效率曲線qV 存在著極大值，即最高效率點(diǎn)。例 1 泵的特性曲線測(cè)定離心泵的特性曲線測(cè)定裝置如圖2 .4 所示。已知管路 d 吸=38mm，d 出=25mm，測(cè)得水流量qV=510-4m3 / s，p =0 . 2M ，p =27k壓真求：He=?。解：由泵列機(jī)械能方程u2 u 21 21 2g

32、u2 u2 21 真即圖 2 .4例1 附圖2g由z2 z15 104q 0.44m / su1 V0.785d 20.785 0.025215 104q 1.02m / su2 V0.785d 20.785 0.0382219u 2u 2 1 0.01m ， 2 0.05m以及代入上式，得2g2gu2 u2真212g2 105 27 103 0.05 0.01 23.2mHe 1000 9.81通過出口閥調(diào)節(jié)，測(cè)定不同流量下的壓頭，即可獲得離心泵的特性曲線。4離心泵特性的影響影響離心泵的特性曲線的主要1）液體密度的影響有液體密度，粘度，轉(zhuǎn)速，葉輪形狀及直徑大小。在推導(dǎo)出的離心泵理論壓頭方程式

33、中，理論壓頭與液體密度無關(guān)。離心泵實(shí)際壓頭HqV 也與液體密度無關(guān)。因此，離心泵有一個(gè)“氣縛現(xiàn)象”?！皻饪`現(xiàn)象”是指離心泵在啟動(dòng)時(shí)，泵內(nèi)沒有充滿液體，泵內(nèi)存在氣體，由于氣體的密度太小，壓頭又與密度無關(guān)，所造成的壓差p=gHe 太小，吸不上液體的現(xiàn)象?？朔皻饪`現(xiàn)象”的方法就是在吸入管路中安裝單向閥(底閥)，啟動(dòng)泵前進(jìn)行灌泵、排氣。液體密度對(duì)效率曲線qV 沒有影響。由于泵的有效功率與液體密度成正比，所以，軸功率也與密度成正比，即對(duì) PqV 曲線有明顯影響。輸送密度比水大的液體必須注意電機(jī)功率是否匹配。粘度的影響粘度對(duì)泵的流量、壓頭、效率、軸功率均有影響。粘度增大，流量變小，壓頭變小，效率降低，軸

34、功率變大。轉(zhuǎn)速的影響當(dāng)泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比時(shí)qV n qVn2-5則有H n 2e 2-6He n n 3P a 2-7Pa n 式 2-5、6、7 稱為比例定律。4）葉輪直徑的影響葉輪直徑對(duì)泵特性的影響與轉(zhuǎn)速相類似，也有比例定律。205離心泵的工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)離心泵管路的流量是由離心泵特性和管路特性共同決定的。因此，兩特性曲線的交點(diǎn)就是離心泵的工作點(diǎn)，如圖 2 .5 所示。離心泵流量調(diào)節(jié)的方法有：1）改變出口閥開度。如圖 2 .5 所示，當(dāng)出口閥關(guān)小時(shí)，管路特性曲線變陡，流量變小。出口閥調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是非常簡(jiǎn)便、靈活；缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)閥增加了機(jī)械能的額外損失。它適合于臨時(shí)性的流量調(diào)節(jié)。圖 2 .52）

35、改變泵的轉(zhuǎn)速。根據(jù)比例定律，降低轉(zhuǎn)速會(huì)使泵的特性曲線下移，如圖 2 .6 所示。此時(shí)，離心泵工作點(diǎn)從 A 點(diǎn)移到 B 點(diǎn)，流量也隨之降低。采用改變泵的轉(zhuǎn)速的方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能量，缺點(diǎn)是不很方便。它適合于季節(jié)性的流量調(diào)節(jié)。出口閥調(diào)節(jié)流量必須的是，兩個(gè)工作點(diǎn)之間并不符合比例定律。符合比例定律的是 B 點(diǎn)和 C 點(diǎn)。由比例定律可知，新老泵特性曲線關(guān)系當(dāng)qV n qVn圖 2 .6轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)2 n 2 qHH V ，由此可以導(dǎo)出 qV 成立時(shí)，有 n H 2V式 2-8 表明，比例點(diǎn)( 等效率點(diǎn)) 是通過原點(diǎn)的拋物線上的兩點(diǎn)，如圖 2 .6 中的C 點(diǎn)和 B 點(diǎn)。6離心泵的組合操作當(dāng)單臺(tái)離心泵不能滿足輸

36、送任務(wù)的要求時(shí)，可以采用幾臺(tái)泵的組合操作。組合方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。圖 2 .7 串聯(lián)組合211）串聯(lián)操作兩臺(tái)相同型號(hào)的離心泵串聯(lián)操作時(shí)，如圖 2 .7 所示。在同樣流量下，兩泵壓頭相加，由此可以組成泵的特性曲線。如果單泵的壓頭表示為 H 單 (qV ) ，則兩泵串聯(lián)的壓頭為H 2(q ) 。例如： H 20 2q2 ，則兩泵串聯(lián) H 40 4q2 。VVV串單串必須注意的是，兩泵串聯(lián)后的工作點(diǎn)的壓頭并不是單泵工作點(diǎn)壓頭的兩倍， 即H 2H 。2）并聯(lián)操作兩臺(tái)相同型號(hào)的離心泵并聯(lián)操作時(shí)，如圖 2 .8 所示。在同樣壓頭下，兩泵流量相加，由此可以組成泵的特性曲線。如果單泵的壓頭表示為 H 單 (

37、qV ) ，則兩泵并聯(lián)的壓頭為H ( qV ) 。例如： H 20 2q2 ，則兩泵并聯(lián) Hq 20 2 () 2V2 20 0.5q 。2VV并單并2圖 2.8并聯(lián)組合必須注意的是，兩泵并聯(lián)后的工作點(diǎn)的流量并不是單泵工作點(diǎn)流量的兩倍， 即qV 2qV 。3)組合方式的選擇p當(dāng)管路的勢(shì)能增加部分z g 大于單泵的最大壓頭 H 單max 時(shí)，必須串聯(lián)組合，才能獲得一定的流量。圖 2 .9 組合方式的選擇22對(duì)于低阻管路( K 值較小)，泵的并聯(lián)組合輸送的流量大于串聯(lián)組合；對(duì)于值較大)，泵的串聯(lián)組合輸送的流量大于并聯(lián)組合。具體如圖 2 .9 所示。管路( K7離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度 Hg

38、 是指離心泵吸時(shí)，離心泵會(huì)發(fā)生“汽蝕現(xiàn)象”。與液源液面間的垂直距離。當(dāng)安裝高度 Hg 太大汽蝕現(xiàn)象是指：葉輪的K 處壓強(qiáng)最低，當(dāng) ( 液體飽和蒸汽壓) 時(shí)，液體汽化，形成汽泡，又在葉輪中因壓強(qiáng)升高而潰滅，造成液體對(duì)泵設(shè)備的沖擊，引起振動(dòng)和腐蝕的現(xiàn)象。為了避免離心泵發(fā)生汽蝕，規(guī)定泵的實(shí)際汽蝕余量必須大于允許汽蝕余量；通過計(jì)算，確定泵的最大允許安裝高度。泵的實(shí)際安裝高度必須低于最大允許安裝高度。最大允許安裝高度為pV0 H(NH ) 0.52-9f 01rgg泵的允許汽蝕余量( N H)r 是泵的特性之一，由泵樣本可以查到( N H)r 數(shù)據(jù)。8離心泵的選用1）離心泵的類型按被輸送的液體性質(zhì)來分，

39、離心泵有以下幾種類型：水泵：用于輸送清水、以及物理、化學(xué)性質(zhì)近似于水的清潔液體；油泵：用于輸送油品；耐腐蝕泵：用于輸送酸、堿等腐蝕性液體；雜質(zhì)泵：用于輸送懸浮液、漿液等。 2）離心泵的選用根據(jù)泵的工作條件，確定泵的類型；根據(jù)管路所需的流量、壓頭，確定泵的型號(hào)。例 2 圖 2 . 10 所示輸水管路，用離心泵將水池中的水輸送到常壓槽。已知吸入lAB=15m，壓出lCD=85m，均包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度，管徑均為603mm，摩擦系數(shù)均為 0.023，z=15m，離心泵特性曲線為 H 32 6 105 q 2 ，式中 H m ，eVeqV m / s 。試求：3（1）管路流量為多少 m3/h；（2）

40、泵的吸空表讀數(shù)？與水池液面垂直距離為 2m，試求真解：1）管路方程2 .10例圖2 附圖8l8 0.023 (15 85)H z q 2 15 2qeVV2d 5 g2 0.0545 9.81 15 4.14 105 q 2V23與泵的特性方程 H 32 6 105 q 2 聯(lián)立，得eV（4. ）qV 4.09 10 m / s 14.74m3 / h52）從水池液面至泵吸排機(jī)械能式，u 2BBB22g4.09 103q V 1.79m / su4B0.785 0.05422dlu 2真空表讀數(shù)為 p p gZ (1 AB ) B aBBd2103 1.79215 103 9.81 2 (1

41、0.023 )0.0542 3.144 104三、往復(fù)泵往復(fù)泵的主要構(gòu)件為泵缸、活塞、活門。工作原理是直接由活塞提供壓強(qiáng)能。往復(fù)泵的流量具有正位移特性。所謂正位移特性就是流量由泵決定，與管路特性無關(guān)。因此，往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)只能采用旁路閥、或改變轉(zhuǎn)速和活塞行程。往復(fù)泵的揚(yáng)程在電機(jī)功率和泵的機(jī)械強(qiáng)度范圍內(nèi)，由管路需要所決定。往復(fù)泵有一定的自吸作用，故不需要灌泵，但是也存在“汽蝕”問題，安裝高度有限制。與離心泵相比，往復(fù)泵適用于壓頭較高、流量不大的場(chǎng)合；而離心泵適用于壓頭不高、流量較大的場(chǎng)合。四、氣體輸送機(jī)械通常，水在管道中的經(jīng)濟(jì)流速為 13m/s，低壓氣體在管道中的經(jīng)濟(jì)流速為 815m/s。同樣質(zhì)

42、量流量下，由于氣體密度幾乎是液體密度的千分之一，所以，氣體輸送的管道比液體輸送的管道大 10 倍左右。氣體輸送機(jī)械按壓縮比分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，生成負(fù)壓的稱為真空泵。離心通風(fēng)機(jī)的工作原理與離心泵完全相同。不同之處有：風(fēng)機(jī)葉輪直徑大，葉片有前彎的，大多為后彎的；風(fēng)壓；動(dòng)能在總機(jī)械能中所占明顯。因此，風(fēng)機(jī)的全壓分為動(dòng)風(fēng)壓 和靜風(fēng)壓 。氣體經(jīng)過風(fēng)機(jī)u21) 2 ps pkp2-102其中靜壓強(qiáng)增加部分為靜風(fēng)壓，動(dòng)能增加部分為動(dòng)風(fēng)壓。風(fēng)機(jī)全壓與離心泵的壓頭有所不同，全壓與密度成正比，壓頭與密度無關(guān)。離心風(fēng)機(jī)的特性曲線是以氣體狀態(tài)為基準(zhǔn)的，出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是：0.1M , 20空氣，24=1 . 2k

43、g/m3。在使用中要注意密度換算 2-11TT在使用中，要注意風(fēng)機(jī)、螺桿風(fēng)機(jī)等具有正位移特性。習(xí)題：2.4He = 15.1+4.36105qV2He = 45.4J/N； Pe = 4.5kWP = 2r2/2=5.48106r2 ;P/g = u2 /2g = 22.4J /NHe = 34.6J/N ; = 64略qV = 0.035m3/s ; Pe = 11.5KW串聯(lián),3qV = 0.178m3/min ; qV = 0.222m /min不能正常操作，會(huì)汽蝕安裝不適宜，泵下移或設(shè)備上移 IS80-65-160 或 IS100-65-315 V = 96.6此風(fēng)機(jī)不適用P = 33

44、 .6kW ; 2T = 101 .01234567891011121314 qV = 87 .5m3 /h ; 選W2思考題解：2.51流體輸送機(jī)械向重量流體所提供的能量(J/N)。離心泵的壓頭與流量，轉(zhuǎn)速，葉片形狀及直徑大小有關(guān)。后彎葉片的葉輪使流體勢(shì)能提高大于動(dòng)能提高，動(dòng)能在蝸殼中轉(zhuǎn)換成勢(shì)能時(shí)損失小，泵的效率高。這是它的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是產(chǎn)生同樣理論壓頭所需泵體體積比前彎葉片的大。因泵內(nèi)流體密度小而產(chǎn)生的壓差小，無法吸上液體的現(xiàn)象。原因是離心泵產(chǎn)生的壓差與密度成正比，密度小，壓差小，吸不上液體。灌泵、排氣。離心泵的特性曲線指 HqV，qV，PqV。影響這些曲線的主要粘度，轉(zhuǎn)速，葉輪形狀及直

45、徑大小。離心泵的工作點(diǎn)是由管路特性方程和泵的特性方程共同決定的。調(diào)節(jié)出口閥，改變泵的轉(zhuǎn)速。有液體密度，隨著江面的上升，管路特性曲線下移，工作點(diǎn)右移，流量變大，泵的壓頭下降，阻力損失增加；隨著江面的上升，管路壓力均上升，所以真空表讀數(shù)減小，壓力表讀數(shù)增加。從型譜圖上看，管路特性曲線應(yīng)該通過 H=3m、qV=0 點(diǎn)和H=13m、qV=3m3 / h 點(diǎn)，顯然，管路特性曲線很陡，屬于管路，應(yīng)當(dāng)采用串聯(lián)方式。9泵的汽蝕是指液體在泵的最低壓強(qiáng)處( 葉輪) 汽化形成氣泡，又在葉輪中因壓強(qiáng)升高而潰滅，造成液體對(duì)泵設(shè)備的沖擊，引起振動(dòng)和腐蝕的現(xiàn)象。規(guī)定泵的實(shí)際汽蝕余量必須大于允許汽蝕余量；通過計(jì)算，確定泵的實(shí)

46、際安裝高度低于允許安裝高度。25流量由泵決定，與管路特性無關(guān)。往復(fù)泵同樣有汽蝕問題。這是由液體汽化壓強(qiáng)所決定的。12這與功率曲線的有關(guān)，離心泵在零流量時(shí)功率負(fù)荷最小，所以在啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉出口閥，使電機(jī)負(fù)荷最?。欢郎u泵在大流量時(shí)功率負(fù)荷最小，所以在啟動(dòng)時(shí)要開啟出口閥，使電機(jī)負(fù)荷最小。13通風(fēng)機(jī)給每立方米氣體加入的能量為全壓，其中動(dòng)能部分為動(dòng)風(fēng)壓。因不同，壓頭為m，全風(fēng)壓為N/m2，按P=可知與無關(guān)時(shí)，P 與成正比。14風(fēng)機(jī)時(shí)，氣體密度大，質(zhì)量流量大，電機(jī)功率負(fù)荷也大；風(fēng)機(jī)在后時(shí)，氣體密度小，質(zhì)量流量小，電機(jī)功率負(fù)荷也小。26第三章液體攪拌3.1 教學(xué)基本要求：（2 學(xué)時(shí)）典型的工業(yè)攪拌問題；攪拌的

47、目的和方法；攪拌裝置，常用攪拌漿的型式，擋板及其它構(gòu)件；混合效果的度量（均勻性的標(biāo)準(zhǔn)偏差、分隔尺度）；混合機(jī)理；攪拌功率；攪拌器經(jīng)驗(yàn)放大時(shí)需要解決。3.2 基本概念：攪拌目的 均相液體的混合，多相物體( 液液，氣液，液固)的分散和接觸，強(qiáng)化傳熱。攪拌器按工作原理分類 攪拌器按工作原理可分為旋槳式，渦輪式兩大類。旋槳式大流量，低壓頭；渦輪式小流量，高壓頭?；旌闲Ч暧^混合合。微觀混合攪拌器的混合效果可以用調(diào)勻度、分隔尺度來度量?？傮w是大尺度的宏觀混合湍動(dòng)或強(qiáng)剪切力場(chǎng)是小尺度的宏觀混只有分子擴(kuò)散才能達(dá)到微觀混合。總體和強(qiáng)剪切力場(chǎng)雖然本身不是微觀混合，但是可以促進(jìn)微觀混合，縮短分子擴(kuò)散的時(shí)間。攪拌器

48、的兩個(gè)功能 產(chǎn)生總體；同時(shí)形成湍動(dòng)或強(qiáng)剪切力場(chǎng)。改善攪拌效果的工程措施 改善攪拌效果可采取增加攪拌轉(zhuǎn)速、加擋板、偏心安裝攪拌器、裝導(dǎo)流筒等措施。3.3 基本內(nèi)容：一、攪拌器攪拌器分類攪拌器類型按工作原理可分兩大類：旋漿式：旋漿、螺帶式、錨式、框式渦輪式：渦輪、平直葉漿混合效果的度量混合效果可以用調(diào)勻度、分隔尺度來度量1）調(diào)勻度VA體積分率 CC，局部取樣分析測(cè)得體積分率A0AV VABCA調(diào)勻度I 當(dāng)C C，3-1AA0CA0I 1 CA當(dāng)C C3-2，1 CAA0A0n1n i平均調(diào)勻度 I In 個(gè)取樣分析之后，3-3i12）分隔尺度27由于調(diào)勻度與取樣尺寸大小有關(guān)，度量混合效果不夠全面，

49、因此，引入分隔尺度的概念。對(duì)于多相物系，用氣泡直3宏觀混合與微觀混合滴直徑、顆粒直徑及分布來表征分隔尺度。設(shè)備尺度的混合、旋渦尺度的混合都是宏觀混合；只有分子尺度混合（依賴于分子擴(kuò)散）才是微觀混合。二、混合機(jī)理1攪拌器的兩個(gè)功能1）總體將流體輸送到攪拌釜內(nèi)各處。大尺度宏觀混合。2）強(qiáng)剪切或高度湍動(dòng)產(chǎn)生旋渦，小尺度宏觀混合。促進(jìn)微觀混合。值得注意的是：流體不是靠漿葉直接打碎的，而是靠高剪切力場(chǎng)撕碎的。2均相液體的混合機(jī)理1）低粘度液體的混合- 總體+高度湍動(dòng)最小液團(tuán)尺寸為10m 量級(jí)。2）高粘度及非。流體的混合-大多處于層流狀態(tài)，混合機(jī)理主要依賴于充分的總體非均相物系的混合機(jī)理液滴或氣泡的分散界

50、面張力是抗力，大不易分散。液滴( 或氣泡) 在剪切力的作用下，變形、破裂。液滴達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，液滴破碎與合并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。由于葉片附近剪切強(qiáng)度大，液滴較小；邊角處剪切強(qiáng)度小，液滴較大。要克服液滴大小分布不均，可采取的措施：盡量使釜內(nèi)湍動(dòng)程度均勻；加少量保護(hù)膠或表面活性劑，使液滴難以合并。固體顆粒的分散對(duì)于細(xì)顆粒，攪拌要能打散顆粒團(tuán)聚體；對(duì)于粗顆粒，要使全部顆粒離底懸浮，操作轉(zhuǎn)速應(yīng)大于懸浮臨界轉(zhuǎn)速。三、攪拌器性能1旋漿式攪拌器旋漿式攪拌器產(chǎn)生的流量 qV 大，壓頭 H 小，適合于低粘度液體( 10 s) 的攪拌。 2渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器產(chǎn)生的流量 qV 小，壓頭 H 大，適合于中等粘度液體( 5

51、0 s) 的攪拌。 3大葉片低轉(zhuǎn)速攪拌器有錨式、框式、螺帶式攪拌器，適合于高粘度液體、顆粒懸浮液的攪拌，能防止器壁沉積現(xiàn)象。4強(qiáng)化過程的工程措施采取一定的工程措施，可以抑制不利，調(diào)動(dòng)有利。不利有：打旋、流體走短路、阻力。提高轉(zhuǎn)速提高流量 qV、壓頭H加擋板消除打旋，增加阻力加四塊擋板被稱為全擋板。偏心安裝破壞循環(huán)回路的對(duì)稱性。裝導(dǎo)流筒避免短路及死區(qū)。四、攪拌功率1混合效果與功率消耗功率消耗 P gHqV28增加功率的目的是改善混合效果，但有一個(gè)能量合理有效利用，這與漿形、尺寸選擇有關(guān)。要提高總體，就要提高流量；要加強(qiáng)液團(tuán)破碎度，就要提高壓頭。2功率曲線攪拌功率與影響的無因次化結(jié)果為 d 2n

52、h DPn3d 5 ,3-5d dh D幾何相似條件下，對(duì)應(yīng)邊成同一比例， ,都相同，此時(shí)，d d d 2n Pn3d 5 3-6d 2nP K 為功率準(zhǔn)數(shù)， Ren 為攪拌雷諾數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)后，獲得功率準(zhǔn)數(shù)K 與式中n3d 5攪拌雷諾數(shù)ReM的關(guān)系曲線，即功率曲線。n3d 5攪拌功率3-73攪拌功率的分配當(dāng)攪拌功率為一定值時(shí)，由式 3-4 和 qV nd 、 H n d 、式 3-732 2qV HqV18 d 3和3-88Hn5由式 3-8 可以得出，小直徑，高轉(zhuǎn)速，適合于產(chǎn)生強(qiáng)剪切力場(chǎng)；大直徑，低轉(zhuǎn)速適合于產(chǎn)生大流量。根據(jù)人為要求可調(diào)整轉(zhuǎn)速與直徑，以改變功率的分配。五、攪拌器的放大放大過程（

53、設(shè)計(jì)）小試中試工業(yè)設(shè)計(jì)，逐級(jí)放大。放大準(zhǔn)則nd 222不變，即 n1d1 n2d2 ；1）按雷諾數(shù) ReM =P體積能耗不變， P n3d 5 , V d 3 ，n 3d 2 n 3d2 ；2）按01 122V03）按葉片端部切向速度不變， n1d1 n2d2 ；4）按 qV 不變，即 d1 d2。Hn1n2習(xí)題：3.429123略P = 38.7W ; P = 36.8Wd/d1 = 4.64 ; n/n1 = 0.359 ; N/N1 = 100思考題解：3.5混合( 均相) ，分散(液液，氣液，液固) ，強(qiáng)化傳熱。因調(diào)勻度與取樣尺度有關(guān)，引入混合尺度反映更全面。3產(chǎn)生強(qiáng)大的總體，產(chǎn)生湍動(dòng)

54、或強(qiáng)剪切力場(chǎng)。4旋槳式適用于宏觀調(diào)勻，而不適用于固體顆粒懸浮液；渦輪式適用于小尺度均勻，而不適用于固體顆粒懸浮液；大葉片低轉(zhuǎn)速攪拌器適用于高粘度液體或固體顆粒懸浮液，而不適合于低粘度液體混合。提高轉(zhuǎn)速。除死區(qū)。只要幾何相似就可以使用同一根功率曲線，因?yàn)闊o因次化之后，使用了這一條件。混合效果與小試相符。液體圓周運(yùn)動(dòng)，加擋板，破壞對(duì)稱性。裝導(dǎo)流筒，消除短路、消30第四章流體通過顆粒層的4.1 教學(xué)基本要求：（6 學(xué)時(shí)）固定床 顆粒和床層的基本特性；影響壓降的主要；數(shù)學(xué)模型法。過濾 過濾方法及常用過濾機(jī)的構(gòu)造；過濾過程數(shù)學(xué)描述（物算和過濾速率方程），過濾速率、推動(dòng)力和阻力的概念；恒速過濾；恒壓過濾；

55、洗滌時(shí)間；過濾機(jī)的生產(chǎn)能力。4.2 基本概念：非球形顆粒的當(dāng)量直徑 球形顆粒與實(shí)際非球形顆粒在某一方面相等，該球形的直徑為非球形顆粒的當(dāng)量直徑，如體積當(dāng)量直徑、面積當(dāng)量直徑、比表面積當(dāng)量直徑等。形狀系數(shù)分布函數(shù)頻率函數(shù)等體積球形的表面積與非球形顆粒的表面積之比。小于某一直徑的顆粒占總量的分率。某一粒徑范圍內(nèi)的顆粒占總量的分率與粒徑范圍之比。顆粒群平均直徑的基準(zhǔn) 顆粒群的平均直徑以比表面積相等為基準(zhǔn)。因?yàn)轭w粒層內(nèi)流體為爬流，阻要與顆粒表面積的大小有關(guān)。床層體積內(nèi)的顆粒表面積。床層體積內(nèi)的空隙體積。床層比表面床層空隙率數(shù)學(xué)模型法的主要步驟 數(shù)學(xué)模型法的主要步驟有簡(jiǎn)化物理模型建立數(shù)學(xué)模型模型檢驗(yàn)，實(shí)

56、驗(yàn)確定模型參數(shù)。架橋現(xiàn)象 盡管顆粒比網(wǎng)孔小，因相互擁擠而通不過網(wǎng)孔的現(xiàn)象。過濾常數(shù)是指K、qe。K 與壓差、懸浮液濃度、濾餅比阻、濾液過濾常數(shù)及影響粘度有關(guān)；qe 與過濾介質(zhì)阻力有關(guān)。它們?cè)诤銐合虏艦槌?shù)。過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 濾液量與總時(shí)間( 過濾時(shí)間和輔助時(shí)間)之比。最優(yōu)過濾時(shí)間 使生產(chǎn)能力達(dá)到最大的過濾時(shí)間。加快過濾速率的途徑 改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)；改變顆粒4.3 基本內(nèi)容：狀態(tài)；動(dòng)態(tài)過濾。本章敘述了顆粒床層的壓降的影響，并應(yīng)用于對(duì)過濾分離操作的描述。講敘了過濾的物算，過濾速率方程，過濾過程的計(jì)算，常用的過濾設(shè)備。一、顆粒與顆粒床層的特性1單顆粒特性最理想的顆粒是大小均一的球形顆粒，只需一個(gè)參數(shù)dp

57、 即可描述顆粒特性。此時(shí)，4-1體積表面積4-2a S 64-3比表面實(shí)際顆粒遇到兩個(gè)問題：非球形；大小不一(分布)。對(duì)于非球形問題，可以定當(dāng)量直徑，但是目標(biāo)不同結(jié)果不同。, 即V d3定球形與實(shí)際顆粒體積相等，得體積當(dāng)量直徑d4-4evev631，即 S 2d ；定球形與實(shí)際顆粒表面積相等，得面積當(dāng)量直徑 d4-5eses6dea定球形與實(shí)際顆粒比表面相等，得比表面當(dāng)量直徑 dea , 即a 4-6三個(gè)當(dāng)量直徑中，只有兩個(gè)是獨(dú)立的，常用體積當(dāng)量直徑 dev 和球形度(形狀系數(shù)) 。球形度定義為 與非球形顆粒體積相等的球的表面積4-7非球形顆粒的表面積任何顆粒的1。由此dev ,des ,de

58、a 三者關(guān)系為 dev des1 5dea顯然，有 deadevdes 成立。例 1 邊長(zhǎng)為 L=4mm的正方體顆粒求：dev ,des , dea , ,a解： 體積 V L d33ev66 L3 4 1.24 5mmdeV體積當(dāng)量直徑S 6L2 d 2表面積eS6 L 4 1.38 5.5mmdeS面積當(dāng)量直徑S6L26a Vd比表面L3ea比表面當(dāng)量直徑dea L 4mm6dea6a 1500m2 / m3比表面0.004d 252 0.81eV球形度d 25.52eS2顆粒群的特性顆粒大小不一，對(duì)其進(jìn)行篩分分析，篩過量( 小于某一直徑的顆粒) 占總量的質(zhì)量分率，就是分布函數(shù) F(dp)

59、 。分布函數(shù)的特點(diǎn)：dpmax 處 F=1，dpmi n 處 F=0。某一粒徑范圍內(nèi)的顆粒占總量的分率與粒徑范圍之比，就是頻率函數(shù)，即i1i32對(duì)分布函數(shù)求導(dǎo)，即可獲得頻率函數(shù)dF (d p )f 4-8d (d p )dpF (d ) p )4-9反之p0頻率函數(shù)的特點(diǎn)：某粒級(jí)范圍的顆粒質(zhì)量分率等于該范圍曲線下的面積，曲線下的面積和等于 1。顆粒群的平均直徑dm 是按照比表面相等的原則確定的，因?yàn)樵谶^濾過程中，較慢時(shí)，阻力以表面剪切力為主，表面積對(duì)阻力影響大。( mi a )iSa i p xa i iVm / ip66由a d dai，mi1 xid 4-10mdi3顆粒床層的壓降1）床層

60、特性V床 VpV空空隙率 V床4-11V床Vp (1 )V床或SS (1 )aB V a(1 )4-12床層比表面V床p2）流體通過固定床的壓降本章采用數(shù)學(xué)模型方法解決固定床的壓降問題。數(shù)學(xué)模型方法的主要步驟為：原型- 抓住特征，合理簡(jiǎn)化- 建立簡(jiǎn)化的物理模型物理模型數(shù)學(xué)描述，解建立數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，測(cè)定模型參數(shù)a 2 (1 )2 3PLa(1 )u 0.29u 4.172最終獲得4-133PL(1 ) 2(1 ) 150 3 (du 1.75 3du2歐根方程：4-14) 2evevu qV式中表觀速度4-15A33歐根方程右邊的第一項(xiàng)為粘性項(xiàng)，第二項(xiàng)為慣性項(xiàng)。當(dāng)Re 3 時(shí)，可忽略慣性