流體輸送學(xué)習(xí)課件(模板)

第一節(jié)流體力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)流體動力學(xué)流體阻力計算流量測量

第一節(jié)流體力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)1基礎(chǔ)知識流體質(zhì)點：由大量分子構(gòu)成的微團，其尺寸遠小于設(shè)備尺寸，但卻遠大于分子自由程。連續(xù)介質(zhì)：質(zhì)點在流體內(nèi)部緊緊相連，彼此間沒有間隙，即流體充滿所占空間。

連續(xù)介質(zhì)假定

1.流動性；2.無固定形狀，隨容器形狀而變化；3.受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運動。

1.

不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓強而變化，受熱時體積膨脹不顯著。

2.

可壓縮性流體：流體的體積隨壓強和溫度發(fā)生顯著變化。

流體主要特征

流體種類

基礎(chǔ)知識流體質(zhì)點：由大量分子構(gòu)成的微團，其尺寸遠小于設(shè)備尺寸2定義：單位體積流體具有的質(zhì)量，表達式為：

（1-1）

ρ——流體的密度，kg/m3；

m——流體的質(zhì)量，kg；

V——流體的體積，m3。對一定的流體，其密度是壓強和溫度的函數(shù)，即

流體靜力學(xué)流體的密度流體靜力學(xué)流體的密度3

通常液體可視為不可壓縮流體，其密度僅隨溫度略有變化（極高壓強除外）。

對于氣體，當(dāng)壓強不太高、溫度不太低時，可按理想氣體狀態(tài)方程計算

或

流體靜力學(xué)

液體的密度氣體的密度通常液體可視為不可壓縮流體，其密度僅隨溫度略4

對于液體混合物，其組成通常用質(zhì)量分率表示。假設(shè)各組分在混合前后其體積不變，以1kg混合液為基準，則有：

式中——液體混合物中各組分的質(zhì)量分率；

——各純組分的密度，kg/m3。

流體靜力學(xué)

液體混合物的密度流體靜力學(xué)液體混合物的密度5

體積分率：現(xiàn)以1m3混合氣體為基準，若各組分在混合前后質(zhì)量不變，混合氣體的平均密度可近似用下式計算：

式中:——氣體混合物中各組分的體積分率。流體靜力學(xué)

氣體混合物的密度流體靜力學(xué)氣體混合物的密度6

氣體混合物的平均密度()：利用混合氣體的平均摩爾質(zhì)量Mm進行計算，即式中：——各純組分的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；

——氣體混合物中各組分的摩爾分率。對于理想氣體，其摩爾分率y與體積分率Φ相同。

流體靜力學(xué)

流體靜力學(xué)7he=0，u2=0流體在管內(nèi)流動時的阻力流體在管內(nèi)流動時的阻力流體在直管內(nèi)流動時的摩擦阻力（d）生產(chǎn)能力：小型（10m3／min以下）；強調(diào)：泵在銘牌上所標明的都是最高效率點下的流量，壓頭和功率。容積損失是由于泵的泄漏造成的。查得水在20℃時密度為ρ＝998kg/m3，則04m，液體流鍋蓋系統(tǒng)的能量損失可按Σhf=40u2公式計算，式中u為流體在管內(nèi)的流速。ρAudu＝－Adp－gρAdz(1-26)工作流體：蒸氣（蒸氣噴射泵）、水（水噴射泵）或其它流體。查附錄中管道規(guī)格，確定選用φ89×4（外徑89mm，壁厚4mm）的管子，則其內(nèi)徑為兩者均可以改變泵的工作點，以調(diào)節(jié)流量。對于氣體，若管道兩截面間壓力差很小，如p1－p2≤0.ρ1A1u1＝ρ2A2u2(1-20)特點：流量越小，軸功越大；注：當(dāng)被輸送液體的密度與水不同時，不能使用該泵所提供的Ｎ－Ｑ曲線，而應(yīng)按（2-4a）及（2-5）重新計算。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、沒有活門、經(jīng)久耐用；●流體的速度和流量測定是一個重要的測量參數(shù)；中型（10～30m3／min）；流體垂直作用在單位面積上的力（壓應(yīng)力）定義式：點壓強：流體靜力學(xué)

流體的靜壓強壓強的定義he=0，u2=0流體垂直作用在單位面積上的力（壓應(yīng)力）流體81.流體靜壓力的方向總是和所作用的面垂直，并指向所考慮的那部分流體的內(nèi)部即沿著作用面的內(nèi)法線方向。2.靜止流體內(nèi)部任何一點處的流體的壓力，在各個方向上都是相等的。流體靜力學(xué)

靜壓力的特征1.流體靜壓力的方向總是和所作用的面垂直，并指向所考慮的那9

在SI制單位中壓強的單位是N/m2，稱為帕斯卡，以Pa表示。

注意：用液柱高度表示壓強時，必須指明流體的種類。標準大氣壓有如下?lián)Q算關(guān)系：

1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O=1.033kg/cm2=1.013bar1at=9.807×104Pa=735.6mmHg=10mH2O=1kg/cm2=0.9807bar

流體靜力學(xué)

流體靜壓強的單位在SI制單位中壓強的單位是N/m2，稱為帕斯10

絕對壓強：以絕對真空為基準測得的壓強，是流體的真實壓強。表壓（真空度）：以大氣壓為基準測得的壓強。表壓=絕對壓強-當(dāng)?shù)赝饨绱髿鈮簭娬婵斩?當(dāng)?shù)赝饨绱髿鈮簭?絕對壓強流體靜力學(xué)

壓強的表示方法流體靜力學(xué)壓強的表示方法11流體靜力學(xué)基本方程式:

流體靜力學(xué)基本方程式適用于在重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮流體，如液體。而對于氣體來說，密度隨壓強和溫度變化，因此也隨它所在容器內(nèi)的位置高低而變化，但在化工容器內(nèi)這種變化一般可以忽略。因此也適用于氣體。流體靜力學(xué)

流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)基本方程式12流體靜力學(xué)方程式的討論：

1.在靜止的、連續(xù)的同種流體內(nèi)，處于同一水平面上各點的壓強處處相等。壓強相等的面稱為等壓面。2.壓強具有傳遞性：當(dāng)作用于流體面上方壓強變化時，流體內(nèi)部各點的壓強也將發(fā)生同樣的變化。3.流體靜力學(xué)方程式可改寫成：說明壓強或壓強差可用液柱高度表示，此為前面介紹壓強的單位可用液柱高度表示的依據(jù)。但需注明液體的種類。

流體靜力學(xué)

流體靜力學(xué)方程式的討論：流體靜力學(xué)13

A－指示液

B－被測液體流體靜力學(xué)

流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用壓強及壓強差的測量U管壓差計流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用壓強及壓強差的測量U管壓14

A－指示液

B－被測液體流體靜力學(xué)

倒U形壓差計流體靜力學(xué)倒U形壓差計15斜管壓差計與

的關(guān)系為

當(dāng)所測量的流體壓強差較小時，可將壓差計傾斜放置，即為斜管壓差計，用以放大讀數(shù)，提高測量精度。

流體靜力學(xué)

式中α為傾斜角，其值越小，則讀數(shù)放大倍數(shù)越大。斜管壓差計與的關(guān)系為當(dāng)所測量的16

式中ρa、ρb——分別表示重、輕兩種指示液的密度，kg/m3。按靜力學(xué)基本方程式可推出:

P1－P2＝ΔP＝Rg（ρa－ρb）構(gòu)造如圖所示：指示液：兩種指示液密度不同、互不相容；擴張室：擴張室的截面積遠大于U型管截面積，當(dāng)讀數(shù)R變化時，兩擴張室中液面不致有明顯的變化。

對于一定的壓差，（Pa－Pb）愈小則讀數(shù)R愈大，所以應(yīng)該使用兩種密度接近的指示液。微差壓差計流體靜力學(xué)

式中ρa、ρb——分別表示重、輕兩種指示液的密度，kg/17液封高度的計算

（1）當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓強超過規(guī)定值時，氣體則從水封管排出，以確保設(shè)備操作的安全。（2）防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。

在化工生產(chǎn)中，為了控制設(shè)備內(nèi)氣體壓強不超過規(guī)定的數(shù)值，常常使用安全液封（或稱水封）裝置，如圖1-9所示。液封作用為：

液封高度可根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式計算。流體靜力學(xué)

液封高度的計算（1）當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓強超過規(guī)定值時，氣體則18Hs’=Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.807×104Pa=735.①結(jié)構(gòu):泵缸、活塞、閥門?？偰芰坎粫兴鰷p，即三項之和為一常數(shù)；安裝高度Hg的計算方法一般有兩種：例２-１某離心泵以20℃水進行性能實驗，測得體積流量為720m3/h，泵出口壓力表讀數(shù)為3.所以壓縮機的軸功率為:泵的軸功率隨液體密度而改變。由附錄查得該泵性能為：流量90m3/h；影響壓縮所需軸功Ws和排氣溫度T2的主要因素：濃度對離心泵特性曲線的影響，同樣反映在粘度和密度上。類型：離心式、往復(fù)式流體在管內(nèi)流動時的阻力式(1-31)及(1-32)均為實際流體機械能衡算式，習(xí)慣上也稱它們?yōu)榘嘏匠淌健＠狠斔?00C空氣，管路需要HT′qV′選型上式中p0為液面上方的壓力，若為敞口液面則p0=pa。不適用：腐蝕性介質(zhì)或含有固體顆粒的流體。例題：用泵把20℃的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為300l/min。單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速。9，則實際操作狀態(tài)下空氣的密度為離心泵在運轉(zhuǎn)過程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口。工業(yè)生產(chǎn)中流體大多是沿密閉的管道流動。因此研究管內(nèi)流體流動的規(guī)律是十分必要的。反映管內(nèi)流體流動規(guī)律的基本方程式有：連續(xù)性方程柏努利方程本節(jié)主要圍繞這兩個方程式進行討論。

流體動力學(xué)Hs’=Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.流體動力學(xué)192.質(zhì)量流量

(massflowrate)G,kg/s

單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量，以G表示，其單位為kg/s。體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為：

G=ρV

（1-14）體積流量（volumetricflowrate）V,m3/s

單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，稱為體積流量，以V表示，其單位為m3/s。一、流量2.質(zhì)量流量(massflowrate)G,kg/20

實驗證明，流體在管道內(nèi)流動時，由于流體具有粘性，管道橫截面上流體質(zhì)點速度是沿半徑變化的。管道中心流速最大，愈靠管壁速度愈小，在緊靠管壁處，由于液體質(zhì)點粘附在管壁上，其速度等于零。質(zhì)點的流速：單位時間內(nèi)流體質(zhì)點在流動方向上所流經(jīng)的距離。二、流速

1平均流速(averagevelocity)u,m/s

實驗證明，流體在管道內(nèi)流動時，由于流體具有粘性，21

平均速度:一般以管道截面積除體積流量所得的值，來表示流體在管道中的速度。此種速度稱為平均速度，簡稱流速。

u＝V/A(1-15)流量與流速關(guān)系為：

G=ρV=ρAu(1-16)

式中A——管道的截面積，m2平均速度:一般以管道截面積除體積流量所得的值，來表示22單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速。它與流速及流量的關(guān)系為：

ω＝G/A=ρAu/A=ρu

（1-17）

由于氣體的體積與溫度、壓力有關(guān)，顯然，當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時，氣體的體積流量與其相應(yīng)的流速也將之改變，但其質(zhì)量流量不變。此時，采用質(zhì)量流速比較方便。

2質(zhì)量流速(massvelocity)ω單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面積的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速。它與流速23

流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，而合理的流速則應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟權(quán)衡決定，一般液體流速為0.5～3m/s。氣體為10～30m/s。某些流體在管道中的常用流速范圍，可參閱有關(guān)手冊。若以d表示管內(nèi)徑，則式u＝V/A

可寫成3管道直徑的估算

流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，而合理的流速則應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟權(quán)衡24例1-6以內(nèi)徑105mm的鋼管輸送壓力為2atm、溫度為120℃的空氣。已知空氣在標準狀態(tài)下的體積流量為630m3/h，試求此空氣在管內(nèi)的流速和質(zhì)量流速。解:依題意空氣在標準狀態(tài)下的流量應(yīng)換算為操作狀態(tài)下的流量。因壓力不高，可應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程計算如下：例1-6以內(nèi)徑105mm的鋼管輸送壓力為2atm、溫25

取空氣的平均分子量為Mm=28.9，則實際操作狀態(tài)下空氣的密度為

平均流速依式（1-17），得質(zhì)量流速取空氣的平均分子量為Mm=28.9，則實際操作狀態(tài)下空26例1-7某廠要求安裝一根輸水量為30m3/h的管道，試選擇合適的管徑。解：依式（1-18）管內(nèi)徑為

選取水在管內(nèi)的流速u＝1.8m/s(自來水1-1.5,水及低粘度液體1.5-3.0)例1-7某廠要求安裝一根輸水量為30m3/h的管道，試選27

查附錄中管道規(guī)格，確定選用φ89×4（外徑89mm，壁厚4mm）的管子，則其內(nèi)徑為

d=89-(4×2)＝81mm＝0.081m因此，水在輸送管內(nèi)的實際操作流速為：查附錄中管道規(guī)格，確定選用φ89×4（外徑89mm，壁厚28（1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭(2)各截面流速比例保持不變，流量增至8L/s時，流量增為原來的2倍，則各段流速亦增加至2倍，即流體垂直作用在單位面積上的力（壓應(yīng)力）解：依題意，繪出流程示意圖。變化趨勢：開始η隨Q的增大而增大，達到最大值后，又隨Q的增大而下降。如果氣泡在金屬表面破裂凝結(jié)，則會以較大的力打擊金屬表面，時其遭到破壞，并產(chǎn)生震動，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕現(xiàn)象”。式中H―外加壓頭，m。例1-10從高位槽向塔內(nèi)加料。所輸送的空氣溫度為25℃，試估計其體積流量。二、柏努利方程式的物理意義

ε一定，壓縮機達到的最高壓力是有限制的。在測壓口處（截面1）與管出口處（截面2）列機械能衡算式：對于套管環(huán)隙，當(dāng)內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為d2時，泵允許吸上真空高度的換算0133×105Pa，但隨著進氣壓力逐漸趨于真空，壓縮比將要變得很高。2質(zhì)量流速(massvelocity)ω在食品的生產(chǎn)加工中，常常需要將流體4m/s已夠正確，據(jù)此計算體積流量為qVmin—壓縮機的排氣量，m3／min。p1/ρg與p2/ρg；（1-26）流體在直管內(nèi)流動時的摩擦阻力代入式（1），進行積分。(4)適用場合流體在管內(nèi)流動時的阻力剪應(yīng)力τ:單位面積上的剪力，單位為Pa。9，則實際操作狀態(tài)下空氣的密度為m——流體的質(zhì)量，kg；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、沒有活門、經(jīng)久耐用；式中：pM—壓力表讀出壓力（表壓），N/m2；柏努利方程是流體流動的基本方程式，它的應(yīng)用范圍很廣。愈大，達到阻力平方區(qū)的Re值愈低。式中ρa、ρb——分別表示重、輕兩種指示液的密度，kg/m3。2質(zhì)量流速(massvelocity)ω吸入和排出閥更加靈巧中型（10～30m3／min）；流體在管內(nèi)流動時的阻力3管道直徑的估算上式稱為連續(xù)性方程式。式中稱為管件或閥門的當(dāng)量長度，單位m。該值與所設(shè)的λ值相差甚微，可認為所求得的u1=13.穩(wěn)定流動(steadyflow)

：流體在管道中流動時，在任一點上的流速、壓力等有關(guān)物理參數(shù)都不隨時間而改變。

不穩(wěn)定流動(unsteadyflow)

：若流動的流體中，任一點上的物理參數(shù)，有部分或全部隨時間而改變。穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動（1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭流體在直管內(nèi)流動時的摩擦阻力穩(wěn)29211′2′G1G2

若在管道兩截面之間無流體漏損，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從截面1-1進入的流體質(zhì)量流量G1應(yīng)等于從截面2-2流出的流體質(zhì)量流量G2。

設(shè)流體在如圖所示的管道中:

作連續(xù)穩(wěn)定流動;

從截面1-1流入，從截面2-2流出；

連續(xù)性方程(equationofcontinuity)

211′2′G1G2若在管道兩截面之間無流體漏損，根據(jù)30即:G1＝G2

（1-19）

若流體不可壓縮，ρ＝常數(shù)，則上式可簡化為

Au＝常數(shù)

(1-22)

ρ1A1u1＝ρ2A2u2(1-20)此關(guān)系可推廣到管道的任一截面，即ρAu＝常數(shù)

(1-21)上式稱為連續(xù)性方程式。即:若流體不可壓縮，ρ＝常數(shù)，則上式可簡化為ρ1A1u1＝31

由此可知，在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動中，流體流速與管道的截面積成反比。截面積愈大之處流速愈小，反之亦然。

式中d1及d2分別為管道上截面1和截面2處的管內(nèi)徑。上式說明不可壓縮流體在管道中的流速與管道內(nèi)徑的平方成反比?；?qū)τ趫A形管道，有

由此可知，在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動中，32例1-8如附圖所示的輸水管道，管內(nèi)徑為：d1=2.5cm；d2=10cm；d3=5cm。（1）當(dāng)流量為4L/s時，各管段的平均流速為若干？（2）當(dāng)流量增至8L/s或減至2L/s時，平均流速如何變化？

d1

d2

d3例1-8如附圖所示的輸水管道，管內(nèi)徑為：d1=2.5cm；33

(2)各截面流速比例保持不變，流量增至8L/s時，流量增為原來的2倍，則各段流速亦增加至2倍，即

u1＝16.3m/s，u2=1.02m/s，u3=4.08m/s解(1)根據(jù)式(1-15)，則

流量減小至2L/s時，即流量減小1/2，各段流速亦為原值的1/2，即

u1＝4.08m/s，u2=0.26m/s，u3=1.02m/s(2)各截面流速比例保持不變，流量增至8L34柏努利方程式是管內(nèi)流體流動機械能衡算式。

一、柏努利方程式的推導(dǎo)假設(shè)：流體無粘性：在流動過程中無摩擦損失；流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動；在管截面上液體質(zhì)點的速度分布是均勻的；流體的壓力、密度都取在管截面上的平均值；流體質(zhì)量流量為G，管截面積為A。柏努利方程式(Bernoulli′sequation)柏努利方程式是管內(nèi)流體流動機械能衡算式。一、柏努利方程式的35圖柏努利方程式的推導(dǎo)

在管道中取一微管段dx，段中的流體質(zhì)量為dm。作用此微管段的力有：(1)

作用于兩端的總壓力分別為pA和－(p+dp)A；(2)

作用于重心的重力為gdm；圖柏努利方程式的推導(dǎo)在管道中取一微管段d36由于dm=ρAdx,

sinθdx＝dz故作用于重心的重力沿x方向的分力為

gsinθdm=gρAsinθdx

=gρAdz

作用于微管段流體上的各力沿x方程方向的分力之和為:pA－(p+dp)A－gρAdz＝－Adp－gρAdz(1-24)由于dm=ρAdx,sinθdx＝dz故作用于37流體流進微管段的流速為u，流出的流速為（u＋du）。由式(1-24)與式(1-25)得:ρAudu＝－Adp－gρAdz(1-26)流體動量的變化速率為

Gdu＝ρAudu(1-25)動量原理：作用于微管段流體上的力的合力等于液體的動量變化的速率。流體流進微管段的流速為u，流出的流速為（u＋du）。由式(138對不可壓縮流體，ρ為常數(shù)，對上式積分得(1-27)(1-28)

ρAudu＝－Adp－gρAdz(1-26)

上式稱為柏努利方程式，它適用于不可壓縮非粘性的流體。通常把非粘性的液體稱為理想液體，故又稱上式為理想液體柏努利方程式。對不可壓縮流體，ρ為常數(shù)，對上式積分得(1-27)(1-2839

對于氣體，若管道兩截面間壓力差很小，如p1－p2≤0.2p1，密度ρ變化也很小，此時柏努利方程式仍可適用。計算時密度可采用兩截面的平均值，可以作為不可壓縮流體處理。當(dāng)氣體在兩截面間的壓力差較大時，應(yīng)考慮流體壓縮性的影響，必須根據(jù)過程的性質(zhì)（等溫或絕熱）按熱力學(xué)方法處理，在此不再作進一步討論。柏努利方程式應(yīng)用于氣體時如何處理？對于氣體，若管道兩截面間壓力差很小，如p1－p2≤0.2p40gz為單位質(zhì)量流體所具有的位能；

由此知，式(1-28)中的每一項都是質(zhì)量流體的能量。位能、靜壓能及動能均屬于機械能，三者之和稱為總機械能或總能量。

p/ρ為單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能；u2/2為單位質(zhì)量流體所具有的動能(kineticenergy)。因質(zhì)量為m、速度為u的流體所具有的動能為mu2/2

。二、柏努利方程式的物理意義

gz為單位質(zhì)量流體所具有的位能；由此知，式(1-241上式表明：三種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換；總能量不會有所增減，即三項之和為一常數(shù)；單位質(zhì)量流體能量守恒方程式。上式表明：42柏努利方程式的其他形式若將式(1-28)各項均除以重力加速度g，則得上式為單位重量流體能量守恒方程式。z為位壓頭；p/ρg為靜壓頭；u2/2g稱為動壓頭（dynamichead）或速度壓頭(velocityhead)。z

+

p/ρg+u2/2g為總壓頭。柏努利方程式的其他形式若將式(1-28)各項均除以重力加速度43③出口閥不能完全關(guān)閉；壓縮機的運動部件的摩擦，還要消耗能量。它表示在特定的管路中，壓頭隨流量的變化關(guān)系。圖1-15平板間液體速度變化兩者之差，即為實際流體在這段直管中流動時的能量損失。中型（10～30m3／min）；氣體為10～30m/s。式中∑Hf——壓頭損失，m。啟動離心泵時，為了減小啟動功率，應(yīng)將出口閥關(guān)閉。解(1)根據(jù)式(1-15)，則注：測速管測得的是流體的點速度。而對于氣體來說，密度隨壓強和溫度變化，因此也隨它所在容器內(nèi)的位置高低而變化，但在化工容器內(nèi)這種變化一般可以忽略。式中：pM—壓力表讀出壓力（表壓），N/m2；屬于氣體輸送設(shè)備。改變閥門開度以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)是用開大或關(guān)小閥門的方法來改變管路特性曲線。層流時的流動阻力或摩擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)，只與Re有關(guān)。例1-10從高位槽向塔內(nèi)加料。若將式(1-28)各項均除以重力加速度g，則得查附錄中管道規(guī)格，確定選用φ89×4（外徑89mm，壁厚4mm）的管子，則其內(nèi)徑為影響壓縮所需軸功Ws和排氣溫度T2的主要因素：流體在管內(nèi)流動時的阻力

實際流體由于有粘性，管截面上流體質(zhì)點的速度分布是不均勻的從而引起能量的損失。簡單實驗觀察流體在等直徑的直管中流動時的能量損失。三、實際流體機械能衡算式

③出口閥不能完全關(guān)閉；實際流體由于有粘性，44

兩截面處的靜壓頭分別為p1/ρg與p2/ρg；

z1＝z2；

u22/2g＝u12/2g

；

1截面處的機械能之和大于2截面處的機械能之和。兩者之差，即為實際流體在這段直管中流動時的能量損失。兩截面處的靜壓頭分別為45因此實際流體在機械能衡算時必須加入能量損失項。

由此方程式可知，只有當(dāng)1-1截面處總能量大于2-2截面處總能量時，流體就能克服阻力流至2-2截面。式中

∑Hf

——

壓頭損失，m。因此實際流體在機械能衡算時必須加入能量損失項。由此方46流體機械能衡算式在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

（1-31）式中H―外加壓頭，m。（1-32）式中∑hf＝g∑Hf，為單位質(zhì)量流體的能量損失，J/kg。

W＝gH，為單位質(zhì)量流體的外加能量，J/kg。

式(1-31)及(1-32)均為實際流體機械能衡算式，習(xí)慣上也稱它們?yōu)榘嘏匠淌?。流體機械能衡算式在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用（1-31）式中H47分析和解決流體輸送有關(guān)的問題；

柏努利方程是流體流動的基本方程式，它的應(yīng)用范圍很廣。調(diào)節(jié)閥流通能力的計算等。液體流動過程中流量的測定；四、柏努利方程式的應(yīng)用分析和解決流體輸送有關(guān)的問題；柏努利方程是流體流48例1-9用泵將貯槽(通大氣)中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進行濃縮，如附圖所示。泵的進口管為φ89×3.5mm的鋼管，堿液在進口管的流速為1.5m/s，泵的出口管為φ76×2.5mm的鋼管。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m，堿液經(jīng)管路系統(tǒng)的能量損失為40J/kg，蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在0.2kgf/cm2（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。試計算所需的外加能量。例1-9用泵將貯槽(通大氣)中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進行濃縮49基準基準50式中，z1=0，z2=7；p1=(表壓)，p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u10,u2=u1(d2/d1)2=1.5((89-2×3.5)/(76-2×2.5))2=2.0m/s代入上式，得W=128.41J/kg解：解題要求規(guī)范化式中，z1=0，z2=7；p1=(表壓)，p2=0.2kg51(1)選取截面連續(xù)流體；兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直。用柏努利方程式解題時的注意事項：(2)確定基準面

基準面是用以衡量位能大小的基準。強調(diào)：只要在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個截面均可選用。不過，為了計算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點和終點的相應(yīng)截面，因為起點和終點的已知條件多。(1)選取截面用柏努利方程式解題時的注意事項：(2)確定基準52(3)壓力

柏努利方程式中的壓力p1與p2只能同時使用表壓或絕對壓力，不能混合使用。(4)外加能量

外加能量W在上游一側(cè)為正，能量損失在下游一側(cè)為正。應(yīng)用式(1-32)計算所求得的外加能量W是對每kg流體而言的。若要計算的軸功率，需將W乘以質(zhì)量流量，再除以效率。(3)壓力(4)外加能量53例1-10從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以0.5m/s的速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？110022例1-10從高位槽向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓54解：選取高位槽的液面作為1-1截面，選在管出口處內(nèi)側(cè)為2-2截面，以0-0截面為基準面，在兩截面間列柏努利方程，則有式中p1=p2=0（表壓）

u1=0（高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以忽略不計）u2=1.5m/sΣhf=1.2mz1-z2=xx=1.2m

計算結(jié)果表明，動能項數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。解：選取高位槽的液面作為1-1截面，選在管出口處內(nèi)側(cè)為255流體阻力計算產(chǎn)生流動阻力的原因——內(nèi)摩擦流體的粘度流體阻力計算產(chǎn)生流動阻力的原因——內(nèi)摩擦流體的粘度56

剪應(yīng)力τ:單位面積上的剪力，單位為Pa。式（1-24）、（1-24a）稱為牛頓粘性定律，表明流體層間的內(nèi)摩擦力或剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比。（1-24）

（1-24a）

內(nèi)摩擦力F：流體在管內(nèi)流動時的阻力式中：F——內(nèi)摩擦力（又稱剪力），N；

——法向速度梯度，即在與流體流動方向相垂直的y方向流體速度的變化率，1/s；

μ——比例系數(shù)，稱為流體的粘度或動力粘度，Pa·s牛頓粘性定律剪應(yīng)力τ:單位面積上的剪力，單位為Pa。（1-57圖1-16實際流體在管內(nèi)的速度分布圖1-15平板間液體速度變化

平行平板間的流體，流速分布為直線，而流體在圓管內(nèi)流動時，速度分布呈拋物線形，如圖1-16所示。流體在管內(nèi)流動時的阻力圖1-16實際流體在管內(nèi)的速度分布圖1-15平板間液體速58

粘度的物理意義：促使流體流動產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。粘度也是流體的物性之一，其值由實驗測定。液體的粘度，隨溫度的升高而降低，壓強對其影響可忽略不計。氣體的粘度，隨溫度的升高而增大，一般情況下也可忽略壓強的影響，但在極高或極低的壓強條件下需考慮其影響。流體的粘度流體在管內(nèi)流動時的阻力粘度的物理意義：促使流體流動產(chǎn)生單位速度59

粘度的單位

在法定單位制中，其單位為

在一些工程手冊中，粘度的單位常常用物理單位制的cP（厘泊）表示，它們的換算關(guān)系為1cP＝10-3Pa·s

運動粘度ν：流體的粘性還可用粘度μ與密度ρ的比值

法定單位制中運動粘度的單位為m2/s，cgs制中運動粘度的單位為cm2/s，稱為斯托克斯，以st（沲）表示

1st=100cst（厘沲）=1×10-4m2/s。

流體在管內(nèi)流動時的阻力粘度的單位運動粘度ν：60層流：圖1-17層流示意圖流體的流動型態(tài)兩種流型—層流和湍流流體在管內(nèi)流動時的阻力圖1-17層流示意圖流體的流動型態(tài)兩種流型—層流和湍流流61湍流：圖1-18湍流示意圖流體在管內(nèi)流動時的阻力湍流：圖1-18湍流示意圖流體在管內(nèi)流動時的阻力62

流體的流動類型可用雷諾數(shù)Re判斷。

（1-26）

Re準數(shù)是一個無因次的數(shù)群。流體在圓形直管內(nèi)流動時：（1）

當(dāng)Re≤2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；（2）

當(dāng)Re≥4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；（3）當(dāng)2000<Re<4000

時，流動可能是層流，也可能是湍流，與外界干擾有關(guān)，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。在生產(chǎn)操作中，常將Re>2000（有的資料中為3000）的情況按湍流來處理。

流型判據(jù)—雷諾準數(shù)流體在管內(nèi)流動時的阻力流型判據(jù)—雷諾準數(shù)流體在管內(nèi)流動時的阻力63

Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，表示流體流動的湍動程度。其值愈大，流體的湍動愈劇烈，內(nèi)摩擦力也愈大。

雷諾準數(shù)的物理意義

流體在管內(nèi)流動時的阻力雷諾準數(shù)的物理意義流體在管內(nèi)流動時的阻力64流體在圓管內(nèi)的速度分布

層流時的速度分布

圖1-19層流時的速度分布

層流時，流體層間的剪應(yīng)力服從牛頓粘性定律，平均速度與管中心最大速度之比u/umax等于0.5。

流體在管內(nèi)流動時的阻力流體在圓管內(nèi)的速度分布層流時的速度分布圖1-19層流時65將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為的直管所產(chǎn)生的阻力即u/umax值隨Re或Remax值變化如圖1-20所示。一般地，壓縮比>8時，應(yīng)采用多級壓縮.中型（10～30m3／min）；ω＝G/A=ρAu/A=ρu（1-17）基本特征是出現(xiàn)了徑向脈動速度，使得動量振流量大5%~10%的范圍內(nèi)操作。層流時的流動阻力或摩擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)，只與Re有關(guān)。u1=0（高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以忽略不計）本節(jié)主要圍繞這兩個方程式進行討論。流體在圓形直管內(nèi)流動時：解：依題意，繪出流程示意圖。若以HM及HV分別表示壓力表真空表上的讀數(shù)，以米液柱（表壓）計?；S中常用的幾種有：往復(fù)真空泵、旋轉(zhuǎn)真空泵、噴射泵。圖1-19層流時的速度分布(1)實際吸氣量比實際排氣量大，凡吸入的氣體都經(jīng)過壓縮，多消耗了能量；流體在管內(nèi)流動時的阻力沖程：活塞在兩端點間移動的距離。流體在圓管內(nèi)的速度分布離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。湍流時的速度分布

基本特征是出現(xiàn)了徑向脈動速度，使得動量傳遞較之層流大得多。此時剪應(yīng)力不服從牛頓粘性定律表示，但可寫成相仿的形式：

湍流時的速度分布流體在管內(nèi)流動時的阻力將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為66

由于質(zhì)點作強烈的旋渦運動，速度分布曲線在管中心部分較平坦，而在近管壁處很陡。u/umax值隨Re或Remax值變化如圖1-20所示。

式中e稱為渦流粘度，單位與μ相同。但二者本質(zhì)上不同：粘度μ是流體的物性，反映了分子運動造成的動量傳遞；而渦流粘度e不再是流體的物性，是人為地仿照牛頓粘性定律類比出的虛擬物理量，是說明湍動程度的系數(shù)。

流體在管內(nèi)流動時的阻力由于質(zhì)點作強烈的旋渦運動，速度分布曲線在管中心67流體在管內(nèi)流動時的阻力流體在管內(nèi)流動時的阻力68流體在直管內(nèi)流動時的摩擦阻力

直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；直管阻力又稱沿程阻力，以hf表示。

局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。局部阻力又稱形體阻力，以hf'表示。所以流體在圓管內(nèi)流動時的總阻力為：流體在管內(nèi)流動時的阻力流體在直管內(nèi)流動時的摩擦阻力直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的69

阻力的表現(xiàn)形式－壓強降圖1－21直管阻力

對于直徑相同的水平管：

流體在管內(nèi)流動時的阻力阻力的表現(xiàn)形式－壓強降圖1－21直管阻力對于直徑相同的70直管阻力的通式

阻力通式：

壓頭損失：

壓強降：（范寧公式）

為無因次系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)，與流體流動的Re及管壁狀況有關(guān)。

流體在管內(nèi)流動時的阻力直管阻力的通式阻力通式：壓頭損失：（范寧公式）71層流時的摩擦系數(shù)

哈根-泊謖葉（Hagen-Poiseuille）方程：

層流時摩擦系數(shù)的計算式：

流體在管內(nèi)流動時的阻力層流時的摩擦系數(shù)哈根-泊謖葉（Hagen-Poi721.管壁粗糙度光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相對粗糙度：絕對粗糙度與管徑的比值。

層流時的流動阻力或摩擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)，只與Re有關(guān)。

湍流時的摩擦系數(shù)流體在管內(nèi)流動時的阻力1.管壁粗糙度層流時的流動阻力或摩擦系數(shù)與管73水力光滑管完全湍流粗糙管

流體在管內(nèi)流動時的阻力水力光滑管完全湍流粗糙管流體在管內(nèi)流動時的阻力74

2.因次分析法：利用物理量因次一致的原則和定理，將影響因素中有內(nèi)在聯(lián)系的若干個物理量組成有一定物理意義的無因次數(shù)群。流體在管內(nèi)流動時的阻力2.因次分析法：利用物理量因次一致的原則和定理，將75圖1-22摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度的關(guān)系流體在管內(nèi)流動時的阻力圖1-22摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度的關(guān)系流體在76圖1-22摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度根據(jù)Re不同，圖1-25可分為四個區(qū)域:

（1）層流區(qū)（Re≤2000），λ與無關(guān)，即

（2）過渡區(qū)（2000<Re<4000），在此區(qū)域內(nèi)層流或湍流的λ～Re曲線均可應(yīng)用，對于阻力計算，一般將湍流時的曲線延伸，以查取λ值。（3）湍流區(qū)（Re≥4000以及虛線以下的區(qū)域），此時λ與Re、都有關(guān)。流體在管內(nèi)流動時的阻力圖1-22摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度無關(guān)，即77（4）完全湍流區(qū)：又稱阻力平方區(qū)。此區(qū)域內(nèi)各曲線都趨近于水平線，即λ與Re無關(guān)，只與ε/d

有關(guān)。對于特定管路ε/d一定，λ為常數(shù)，根據(jù)直管阻力通式可知，

雖然λ為常數(shù)，阻力仍隨Re數(shù)加大而上升，所以此區(qū)域又稱為阻力平方區(qū)。從圖中也可以看出，相對粗糙度

愈大，達到阻力平方區(qū)的Re值愈低。流體在管內(nèi)流動時的阻力（4）完全湍流區(qū)：又稱阻力平方區(qū)。此區(qū)域內(nèi)各曲線都趨近于水78非圓形管道的流動阻力當(dāng)量直徑：對于套管環(huán)隙，當(dāng)內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為d2時，其當(dāng)量直徑為：對于邊長分別為a、b的矩形管，其當(dāng)量直徑為：

流體在管內(nèi)流動時的阻力非圓形管道的流動阻力當(dāng)量直徑：對于套管環(huán)隙，當(dāng)內(nèi)管的外徑為d79阻力系數(shù)法或

ζ：局部阻力系數(shù)，一般由實驗測定，且

進口阻力系數(shù)：

出口阻力系數(shù)：局部阻力局部阻力有兩種計算方法：阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。流體在管內(nèi)流動時的阻力阻力系數(shù)法或ζ：局部阻力系數(shù)，80

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為的直管所產(chǎn)生的阻力即

或

式中稱為管件或閥門的當(dāng)量長度，單位m。當(dāng)量長度法流體在管內(nèi)流動時的阻力當(dāng)量長度法流體在管內(nèi)流動時的阻力81流體在管路中的總阻力流體流經(jīng)管路的總阻力應(yīng)是直管阻力和所有局部阻力之和。

式中、分別為管路中所有局部阻力系數(shù)和當(dāng)量長度之和u是指流體在直管中的流速。而柏努利方程式中動能項中的流速u是指兩個衡算截面上的速度。若管路由若干直徑不同的管段組成時，各段應(yīng)分別計算，再加和。

流體在管內(nèi)流動時的阻力流體在管路中的總阻力流體流經(jīng)管路的總阻力應(yīng)是直管阻力和所有局82簡單管路

1．流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對于不可壓縮流體，則體積流量也不變，即

2．整個管路的總能量損失等于各段能量損失之和，即

特點流體在管內(nèi)流動時的阻力簡單管路特點流體在管內(nèi)流動時的阻力83●以機械能衡算方程為基礎(chǔ)的測定方法，應(yīng)用公式：●流體的速度和流量測定是一個重要的測量參數(shù)；●測量用的方法和流量計的種類很多。流量測量●以機械能衡算方程為基礎(chǔ)的測定方法，應(yīng)用公式：●流體的速84Ru1,p1U2=0p2u3外測壓孔管口1測速管Ru1,p1U2=0u3外測壓孔管口1測速管85

內(nèi)管所測的是靜壓能p1/ρ和動能u12/2之和，合稱為沖壓能，即

外管壁上的測壓小孔與流體流動方向平行，故外管測的時是流體靜壓能p1/ρ。則有

壓差計讀數(shù)反映沖壓能與靜壓能之差，即內(nèi)管所測的是靜壓能p1/ρ和動能u12/2之和，合稱86

若該U型管壓差計的讀數(shù)為R，由指示液的密度及流體的密度，則根據(jù)靜力學(xué)基本方程，可得當(dāng)被測的流體為氣體時，上式可化簡為注：測速管測得的是流體的點速度。若該U型管壓差計的讀數(shù)為R，由指示液的密度及流體的密8721RA1A0A2縮脈：流體截面的最小處。2孔板流量計21RA1A0A2縮脈：流體截面2孔板流量計88流量方程式對圖示的水平管道，在1、2截面間列柏努利方程式，即根據(jù)連續(xù)性方程，有聯(lián)立上兩式，則有則質(zhì)量流量為流量方程式根據(jù)連續(xù)性方程，有聯(lián)立上兩式，則有則質(zhì)量流量為89組成：錐形玻璃管和轉(zhuǎn)子原理：轉(zhuǎn)子上下的壓差與轉(zhuǎn)子的凈重力（重力與浮力之差）相等。注：流體的流動方向。3轉(zhuǎn)子流量計組成：錐形玻璃管和轉(zhuǎn)子注：流體的流動方向。3轉(zhuǎn)子流量計90例題：如圖所示，開口槽液面與排液管出口間的垂直距離h1為9m，貯槽的內(nèi)徑D為3m，排液管的內(nèi)徑d0為0.04m，液體流鍋蓋系統(tǒng)的能量損失可按Σhf=40u2

公式計算，式中u為流體在管內(nèi)的流速。式求4小時后貯槽內(nèi)液面下降的高度。1122hh1例題：如圖所示，開口槽液面與排液管出口間的垂直距離h1為9m911、液體流入量+流出量=0，即：解：2、在1-1和2-2間(瞬間液面與管子出口內(nèi)側(cè)間)列柏努力方程，即：

式中，z1=h,z2=0,u10,u2=uh=5.62m,下降高度為9-5.62=3.38m（1）（2）由式（2）可得代入式（1），進行積分。積分邊界條件為：

θ1=0h1=9mθ2=4×3600sh1=h1、液體流入量+流出量=0，即：解：2、在1-1和2-2間(92第二節(jié)簡單管路與布置簡單管路的計算管路布置和安裝的一般原則

第二節(jié)簡單管路與布置簡單管路的計算93管路計算是連續(xù)性方程：V=Au柏努利方程:摩擦阻力計算式：的具體應(yīng)用。簡單管路的計算管路計算是簡單管路的計算94

后兩種情況存在著共同的問題，即流速u或管徑d為未知，因此不能計算Re，則無法判斷流體的流型，故不能確定摩擦系數(shù)λ。在工程計算中常采用試差法或其它方法來求解。已知管徑d、管長l、流量V以及管件和閥門的設(shè)置，求管路系統(tǒng)的能量損失，以進一步確定所需外功、設(shè)備內(nèi)的壓強或設(shè)備間的相對位置。已知管徑d、管長l、管路系統(tǒng)的能量損失Σhf以及管件和閥門的設(shè)置，求流量V或流速u。已知管長l、流量V、管路系統(tǒng)的能量損失Σhf以及管件和閥門的設(shè)置，求管徑d。相關(guān)問題后兩種情況存在著共同的問題，即流速u或管徑d為未知9511‘22‘h7m例題：用泵把20℃的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為300l/min。高位槽液面比貯罐液面高10m。泵吸入管用

89×4mm的無縫鋼管，直管長為15m，管上裝有一個底閥(可初略地按旋啟式止回閥全開時計算)、一個標準彎頭；泵排出管用

57×3.5mm的無縫鋼管，直管長度為50m，管路上裝有一個全開的截止閥和三個標準彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設(shè)貯罐液面維持恒定。試求泵的功率，設(shè)泵的效率為70%。11‘22‘h7m例題：用泵把20℃的苯從地下貯罐送到高位槽96式中，z1=0,z2=10m,p1=p2,u10,u2

0

∴W=9.81×10+∑hf解：

依題意，繪出流程示意圖。選取貯槽液面作為截面1，高位槽液面為截面2，并以截面1作為基準面，如圖所示，在兩截面間列柏努利方程，則有式中，z1=0,z2=10m,p1=p2,u10,97進口段：d=89-2×4=81mm,l=15m查圖，得=0.029進口段：d=89-2×4=81mm,l=15m查圖，得98進口段的局部阻力：底閥：le=6.3m彎頭：le=2.73m進口阻力系數(shù)：=0.5進口段的局部阻力：99出口段：d=57-2×3.5=50mm,l=50m查圖，得=0.0313出口段：d=57-2×3.5=50mm,l=50m查圖，100出口段的局部阻力：全開閘閥：le=0.33m全開截止閥：le=17m標準彎頭(3)：le=1.6×3=4.8m出口阻力系數(shù)：=1.0總阻力：出口段的局部阻力：總阻力：101有效功率：軸功率：苯的質(zhì)量流量：泵提供的有用功為：有效功率：軸功率：苯的質(zhì)量流量：泵提供的有用功為：102例在風(fēng)機出口后的輸氣管壁上開一測壓孔，用U型管測得該處靜壓力為186mmH2O，測壓孔以后的管路包括80m直管及4個90o彎頭。管出口與設(shè)備相通，設(shè)備內(nèi)的表壓為120mmH2O。輸氣管為鐵管，內(nèi)徑500mm。所輸送的空氣溫度為25℃，試估計其體積流量。解：本題已知風(fēng)機壓頭求氣體流速，在流速未知時無法先計算Re以求λ、Σhf，故采用試差法?？諝獾钠骄鶋毫?（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及0℃時空氣的密度為1.293kg/m3，故154mmH2O（表壓）及25℃時空氣的密度為：例在風(fēng)機出口后的輸氣管壁上開一測壓孔，用U型管測得該處靜10325℃時空氣的粘度：

μ=0.0184cP=1.84×10-5Pa·s在測壓口處（截面1）與管出口處（截面2）列機械能衡算式：式中：z1=z2（輸氣管道中，一般情況下Δz可忽略）

he=0，u2=0p1=186mmH2O=1825Pap2=120mmH2O=1177Pau1為所求(a)25℃時空氣的粘度：式中：z1=z2（輸氣管道中，一般情況下104管路：d=0.5ml=80mle=4×35×0.5=70m(90ole/d=35)將已知值代入式（a）：管路：d=0.5ml=80m將已知值代入105化簡得：設(shè)λ=0.02，代入上式，解出u1=13.4m/s。查圖得：λ=0.0205復(fù)核：

該值與所設(shè)的λ值相差甚微，可認為所求得的u1=13.4m/s已夠正確，據(jù)此計算體積流量為化簡得：設(shè)λ=0.02，代入上式，解出u1=13.4m/s。106管路布置和安裝的一般原則管路布置原則(1)在工藝條件允許的前提下，應(yīng)使管路盡可能短，管件閥件應(yīng)盡可能少，以減少投資，使流體阻力減到最低。(2)應(yīng)合理安排管路，使管路與墻壁、柱子、場面、其他管路等之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，以便于安裝、操作、巡查與檢修。如管路最突出的部分距墻壁或柱邊的凈空不小于lOOmm等。(3)管路排列時通常使熱的在上面，冷的在下；無腐蝕的在上，有腐蝕的在下，輸氣的在上，輸液的在下；不經(jīng)常檢修的在上，經(jīng)常檢修的在下；高壓的在上，低壓的在下，保溫的在上，不保溫的在下，金屬的在上，非金屬的在下；在水平方向上，通常使常溫管路、大管路、振動大的管路及不經(jīng)常檢修的管路靠近墻或柱子。

管路布置和安裝的一般原則管路布置原則(1)在工藝條件允許的107管路布置原則(4)管子、管件與閥門應(yīng)盡量采用標準件，以便于安裝與維修。(5)對于溫度變化較大的管路就采取熱補償措施，有凝液的管路要安排凝液排出裝置，有氣體積聚的管路要設(shè)置氣體排放裝置。(6)管路通過人行道時高度不得低于2m，通過公路時不得小于4．5m，與鐵軌的凈距離不得小于6m，通過工廠主要交通干線一般為5m。(7)一般地，化工管路采用明線安裝，但上下水管及廢水管采用埋地鋪設(shè)，埋地安裝深度應(yīng)當(dāng)在當(dāng)?shù)乇鶅鼍€以下。在布置化工管路時，應(yīng)參閱有關(guān)資料，依據(jù)上述原則制訂方案，確保管路的布置科學(xué)、經(jīng)濟、合理、安全。管路布置原則(4)管子、管件與閥門應(yīng)盡量采用標準件，以便于安108管路安裝原則(1)化工管路的連接：主要有4種，即螺紋連接、法蘭連接、承插式連接及焊接。(2)化工管路的熱補償：主要有兩種：一是依靠彎管(管路轉(zhuǎn)角不大于150°)自然補償；二是利用補償器進行補償，主要有方形、波形及填料3種補償器。(3)化工管路的試壓與吹掃：試壓主要采用液壓試驗。少數(shù)特殊也可以采用氣壓試驗。管路吹洗根據(jù)被輸送介質(zhì)不同，有水沖洗，空氣吹掃、蒸汽吹洗、酸洗、油清洗和脫脂等。(4)化工管路的保溫與涂色：保溫的方法是在管道外包上一層或多層保溫材料。管路的涂色有兩種方法，其一是整個管路均涂上一種顏色(涂單色)，其二是在底色上每間隔2m涂上一個50—100mm的色圈。如給水管為綠色，飽和蒸汽為紅色。(5)化工管路的防靜電措施：主要是靜電接地和控制流體的流速。管路安裝原則(1)化工管路的連接：主要有4種，即螺紋連接、法109第三節(jié)流體輸送機械離心泵往復(fù)泵其它泵通風(fēng)機

第三節(jié)流體輸送機械離心泵110為流體提供能量的機械稱為流體輸送機械。

在食品的生產(chǎn)加工中，常常需要將流體從低處輸送到高處；從低壓送至高壓；沿管道送至較遠的地方。為達到此目的，必須對流體加入外功，以克服流體阻力及補充輸送流體時所不足的能量。概述

為流體提供能量的機械稱為流體輸送機械。在食品的生產(chǎn)加111泵；輸送液體風(fēng)機;壓縮機；真空泵。輸送氣體常用的流體輸送機械輸送氣體常用的流體輸送機械112泵的分類1按工作原理分葉片式泵有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪。如離心泵、軸流泵、渦流泵。往復(fù)泵靠往復(fù)運動的活塞排擠液體。如活塞泵、柱塞泵等。旋轉(zhuǎn)式泵靠旋轉(zhuǎn)運動的部件推擠液體。如齒輪泵、螺桿泵等。泵的分類1按工作原理分葉片式泵113清水泵適用于粘度與水相近的、無腐蝕性、不含雜質(zhì)的流體，如離心泵。油泵適用于高粘度的流體。如齒輪泵、旋轉(zhuǎn)泵等。耐腐蝕泵雜質(zhì)泵：2按用途分清水泵2按用途分114離心泵（centrifugalpump）的特點：結(jié)構(gòu)簡單；流量大而且均勻；操作方便。

離心泵離心泵（centrifugalpump）的特點：離心泵1151結(jié)構(gòu)2工作原理

葉輪軸

6~12片葉片機殼等。蝸牛形通道；葉輪偏心放；可減少能耗，有利于動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪機殼底閥(防止“氣縛”)濾網(wǎng)(阻攔固體雜質(zhì))

由于離心力的作用，泵的進出口出產(chǎn)生壓力差，從而使流體流動。一、

離心泵的工作原理1結(jié)構(gòu)2工作原理葉輪蝸牛形通道；葉輪機1163工作過程啟動后，葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動液體旋轉(zhuǎn)。液體在離心力的作用下，沿葉片向邊緣拋出，獲得能量，液體以較高的靜壓能及流速流入機殼(沿葉片方向，u,P靜

)。由于渦流通道的截面逐漸增大，P動

P靜。液體以較高的壓力排出泵體，流到所需的場地。葉片不斷轉(zhuǎn)動，液體不斷被吸入、排出，形成連續(xù)流動。

由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一定的真空度，泵外流體的壓力較高，在壓力差的作用下被吸入泵口，填補拋出液體的空間。啟動前，前段機殼須灌滿被輸送的液體，以防止氣縛。3工作過程啟動后，葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動液體旋轉(zhuǎn)117

離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)。雖啟動離心泵，但不能輸送液體。此現(xiàn)象稱為“氣縛”。

“氣縛”（airbinding）

為便于使泵內(nèi)充滿液體，在吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的底閥，底閥為止逆閥，濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進入泵內(nèi)，損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣118離心泵實際安裝示意圖離心泵實際安裝示意圖119敞開式半開式封閉式泵殼：蝸牛殼形通道。有利于將葉輪拋出液體的動能轉(zhuǎn)變成靜壓能；有利于減少能耗。

葉輪：二、離心泵的主要工作部件敞開式半開式封閉式泵殼：蝸牛殼形通道。葉輪：二120

離心泵壓頭的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況等）、轉(zhuǎn)速及流量。三、離心泵的主要性能參數(shù)

離心泵的主要性能參數(shù)有流量、揚程、功率和效率。

１流量Q

，Ｌ/ｓ或m3/ｈ

泵的流量（又稱送液能力）是指單位時間內(nèi)泵所輸送的液體體積。

２揚程Ｈ，米液柱

泵的揚程（又稱泵的壓頭）是指單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量。

離心泵壓頭的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪直徑的大小，葉片121

如右圖所示，在泵的進出口處分別安裝真空表和壓力表，在真空表與壓力表之間列柏努得方程式，即實驗：泵壓頭的測定真空計壓強表離心泵儲槽式中：pM—壓力表讀出壓力（表壓），N/m2；

pV—真空表讀出的真空度，N/m2；

u1、u2—吸入管、壓出管中液體的流速，m/s；

ΣHf—兩截面間的壓頭損失，m。（2-1）如右圖所示，在泵的進出口處分別安裝真空表和壓力表，在真空表122兩截面之間管路很短，其壓頭損失∑Hf可忽略不計(2-2)簡化式（2-1）若以HM及HV分別表示壓力表真空表上的讀數(shù)，以米液柱（表壓）計。（2-1）兩截面之間管路很短，其壓頭損失∑Hf可忽略不計(2-2)簡化123例２-１某離心泵以20℃水進行性能實驗，測得體積流量為720m3/h，泵出口壓力表讀數(shù)為3.82kgf/cm2，吸入口真空表讀數(shù)為210mmHg，壓力表和真空表間垂直距離為410mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為350mm及300mm。試求泵的壓頭。解：根據(jù)泵壓頭的計算公式，則有例２-１某離心泵以20℃水進行性能實驗，測得體積流量為72124查得水在20℃時密度為ρ＝998kg/m3，則

HM=3.82×10.0=38.2mH2O

HV=0.210×13.6=2.86ｍH2O計算進出口的平均流速將已知數(shù)據(jù)代入，則

查得水在20℃時密度為ρ＝998kg/m3，則計算進出口的125泵內(nèi)部損失主要有三種：容積損失水力損失機械損失3效率泵內(nèi)部損失主要有三種：容積損失3效率126

容積損失是由于泵的泄漏造成的。離心泵在運轉(zhuǎn)過程中，有一部分獲得能量的高壓液體，通過葉輪與泵殼之間的間隙流回吸入口。

從泵排出的實際流量要比理論排出流量為低，其比值稱為容積效率η1。容積損失容積損失是由于泵的泄漏造成的。離心泵在運轉(zhuǎn)過程中，有127

原因：水力損失是由于流體流過葉輪、泵殼時，由于流速大小和方向要改變，且發(fā)生沖擊，而產(chǎn)生的能量損失。

泵的實際壓頭要比泵理論上所能提供的壓頭為低，其比值稱為水力效率η2。水力損失原因：水力損失是由于流體流過葉輪、泵殼時，由于流速大小128

原因：機械損失是泵在運轉(zhuǎn)時，在軸承、軸封裝置等機械部件接觸處由于機械磨擦而消耗部分能量。

泵的軸功率大于泵的理論功率（即理論壓頭與理論流量所對應(yīng)的功率）。理論功率與軸功率之比稱為機械效率η3。機械損失原因：機械損失是泵在運轉(zhuǎn)時，在軸承、軸封裝置等機械部件129泵的有效功率Ne：流體所獲得的功率。

式中Ne—泵的有效功率，W；

Q—泵的流量，m3/s；

H—泵的壓頭，m；

—液體的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2。Ne＝QHg(2-4)

已知g=9.81m/s2；1kW=1000W，則式（2-4）可用kW單位表示，即(2-4a)4功率泵的有效功率Ne：流體所獲得的功率。130泵在運轉(zhuǎn)時可能發(fā)生超負荷，所配電動機的功率應(yīng)比泵的軸功率大。在機電產(chǎn)品樣本中所列出的泵的軸功率，除非特殊說明以外，均系指輸送清水時的數(shù)值。(2-5)

軸功率指泵軸所獲得的功率。由于有容積損失、水力損失與機械損失，故泵的軸功率要大于液體實際得到的有效功率，即

注意：5軸功率N泵在運轉(zhuǎn)時可能發(fā)生超負荷，所配電動機的功率應(yīng)比泵的軸功率大。131特性曲線（characteristiccurves）：在固定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的基本性能參數(shù)（流量、壓頭、功率和效率）之間的關(guān)系曲線。強調(diào)：特性曲線是在固定轉(zhuǎn)速下測出的，只適用于該轉(zhuǎn)速，故特性曲線圖上都注明轉(zhuǎn)速n的數(shù)值。圖上繪有三種曲線Ｈ－Q曲線Ｎ－Q曲線η－Q曲線四、離心泵的特性曲線特性曲線（characteristiccurves）：在固13204812162024283202040608010012010121416182022242602468010203040506070804B20n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s離心泵的特性曲線048121620242832020406080100120133

變化趨勢：離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)是隨流量增大而減小的。不同型號的離心泵，Ｈ－Q曲線的形狀有所不同。較平坦的曲線，適用于壓頭變化不大而流量變化較大的場合；較陡峭的曲線，適用于壓頭變化范圍大而不允許流量變化太大的場合。1Ｈ－Q曲線變化趨勢：離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)是隨流量增大而134

變化趨勢：Ｎ－Q曲線表示泵的流量Q和軸功率Ｎ的關(guān)系，Ｎ隨Q的增大而增大。顯然，當(dāng)Q=0時，泵軸消耗的功率最小。