化工原理精講及課后習(xí)題解析

第一 流體的流~、教材基本內(nèi)１．本章的框架結(jié)２．考研大綱分析Ａ．考試內(nèi)容（１）流體靜力學(xué)及壓強(qiáng)測(cè)定（２）流體的流動(dòng)現(xiàn)象（流體的黏性及黏度的概念、邊界層的概念（３）流體流動(dòng)的連續(xù)性方程及其應(yīng)用（４）機(jī)械能守恒及伯努利方程的應(yīng)用（５）流動(dòng)型態(tài)（層流和湍流）及判據(jù)（６）流速分布及流動(dòng)阻力分析計(jì)算（７）因次分析方法（８）管路計(jì)算（簡(jiǎn)單管路、并聯(lián)管路、分支管路）（９）流速和流量的測(cè)定、流量計(jì)（皮托管、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)）。Ｂ．考試要求掌握流體流動(dòng)過程中的基本原理及流動(dòng)規(guī)律，包括流體靜力學(xué)和機(jī)械能守恒方程能夠靈活運(yùn)用流體力學(xué)基本知識(shí)分析和計(jì)算流體流動(dòng)問題，包括流體流動(dòng)阻力計(jì)算和管路計(jì)算。３．重難點(diǎn)講解—、流體靜力學(xué)：主要研究流體在靜止?fàn)顟B(tài)下所受的各種力之間的關(guān)系１．流體的密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)流體的質(zhì)量，其影響因素有溫度和壓力液體的密度：視為不可壓縮流體，密度只隨溫度而變（極高壓力下除外）氣體的密度：視為可壓縮流體，密度與溫度和壓力有關(guān)。在低壓，高溫下可視為理想氣體１１ρ＝ｐＭ或ρ

（０表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) ２２．混合液體的密度若混合前后體積不變，則１＝ｘｗＡ＋ｘｗＢ＋··· 混合氣體的密度若混合前后質(zhì)量不變，則ρｍ＝ρＡｘＶＡ＋ρＢｘＶＢ＋···ρｎｘＶｎ２．流體的作用力作用在流體微元上的力有表面力和質(zhì)量力兩種表面力是指與該流體微元接觸的外界（器壁，或流體微元周圍的其它流體）施加于該流體微元上的力；表面力與作用的表面積成正比。質(zhì)量力是指不與流體接觸而施加于整個(gè)流體上的力；質(zhì)量力與質(zhì)量成正比。３．流體的壓強(qiáng)（１）壓強(qiáng)的單位各表示單位間的換算關(guān)系２１ａｔｍ＝１０．３３ｍＨＯ＝７６０ｍｍＨｇ＝１．０１３３ｂａｒ＝１．０１３３×１０５２（２）壓強(qiáng)的基絕對(duì)壓強(qiáng)：以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓強(qiáng)表壓：以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)的壓強(qiáng)，如表壓值為負(fù)值稱為真空度（３）壓力的特Ａ．在靜止流體內(nèi)部，任一點(diǎn)的靜壓力方向都與作業(yè)面相垂直，并指向該作業(yè)面Ｂ．靜壓力的大小與作業(yè)面的方位無關(guān)，同一點(diǎn)處各個(gè)方向作用的靜壓力相等，即靜壓力是各項(xiàng)同性的，只于所處位置相關(guān)。４．流體靜力學(xué)基本方程ｇｚ＋Ｐ１＝ｇｚ＋Ｐ２或ｇｚ＋ＰＣ或ｐ＝

＋流體靜力學(xué)基本方程式，適用于重力場(chǎng)中靜止的連續(xù)的不可壓縮流體各項(xiàng)的單位均為Ｊ／ｋｇ。其中ｇｚ項(xiàng)是單位質(zhì)量流體所具有的的位能，而ｐ／ρ是單位質(zhì)量流體所具有的靜壓力?？梢姡B續(xù)靜止流體中，流體內(nèi)各點(diǎn)位能或靜壓能可能不相等，但兩者可以相互轉(zhuǎn)化，其總和保持不變。應(yīng)用靜力學(xué)方程時(shí)要注意選取等壓面等壓面是流體中壓力相等的水平面，等壓面必須同時(shí)滿足靜止的、連續(xù)的同一種流體、處于同一個(gè)水平面三個(gè)條件。２２５．壓力測(cè)Ｕ型壓差微差壓差倒Ｕ形壓差原理適用場(chǎng)指示液密度大于被測(cè)流體密度截面間的壓差很小，且量液的密度接近指示液密度小于被測(cè)流體密計(jì)算公Δｐ＝ｐ１＝ｇＲρ０Δｐ＝ｐ１＝ｇＲρＡρＣΔｐ＝ｐ１＝ｇＲρρ０二、流體動(dòng)力學(xué)：研究流體在流動(dòng)時(shí)的規(guī)律性及能量轉(zhuǎn)化規(guī)律１．流量與流體積流量、質(zhì)量流量與平均流速、質(zhì)量流速間的關(guān)Ｖ＝ｕＡ，Ｗ＝Ｖρ＝ｕＡρ，Ｇ＝Ｗ＝ＡＶ－ｍ３／ｓＷ－ｋｇ／ｓｕ－ｍ／ｓＧ－ｋｇ／（ｍ２·由于氣體的體積隨溫度和壓強(qiáng)而變，故氣體流速ｕ也隨Ｔ和Ｐ而變，因此，氣體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，有時(shí)采用不隨氣體狀態(tài)變化的質(zhì)量流速Ｇ進(jìn)行計(jì)算。２．穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流若流動(dòng)系統(tǒng)中，流體的流速、密度、壓力等物理量?jī)H是位置的函數(shù)，不隨時(shí)間而變，則稱此系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)；若上述參數(shù)不僅隨位置而變，而且也隨時(shí)間而變，則為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。３．穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程ｕ１Ａ１ρ１＝ｕ２Ａ２ρ２＝···＝ｕＡρ＝Ｗ＝Ｃ對(duì)于不可壓縮流體有ｕ１Ａ１＝ｕ２Ａ２＝···＝ｕＡ＝Ｖ＝４．伯努利方用于不可壓縮理想（無粘性）流體的伯努利方程為 ｇｚ＋１＋１＝ｇｚ＋２＋２（Ｊ／ 上式可知：（１）不可壓縮流體的理想流體在外界無能量交換的穩(wěn)態(tài)流體系統(tǒng)中，機(jī)械能守恒，且可以相互轉(zhuǎn)換。３３（２）伯努利方程中的各項(xiàng)皆為機(jī)械能，但用不同單位表示機(jī)械能時(shí)，其形式也不同。５．實(shí)際流體流動(dòng)的機(jī)械能衡算式實(shí)際流體在流動(dòng)時(shí)存在流動(dòng)阻力，為了克服流動(dòng)阻力，系統(tǒng)必須消耗掉一部分機(jī)械能。機(jī)械能衡算式有多種導(dǎo)出形式：ｇｚ

＋１＋Ｗｅ＝ｇｚ

＋２＋∑Ｊ／

ｚ＋１＋

＋Ｈｅ＝ｚ＋

＋２＋ ｈ（ｍ）ρｇｚ＋ｐ

＋ρＷｅ＝ρｇｚ＋ｐ ２＋

Ｒ（Ｎ／ｍ２

式中：Ｗｅ、Ｈｅ、ρＷｅ分別是流體輸送機(jī)械對(duì)１ｋｇ質(zhì)量流體、每牛頓流體、每ｍ３流體所做的功消耗的機(jī)械能分別表示為阻力∑ｋｇ）、壓頭損失∑ｈｆ（ｍ）、壓力降損失ｐ（Ｐａ）等形式。６．機(jī)械能衡算式的應(yīng)用實(shí)際流體流動(dòng)的機(jī)械能衡算式（有時(shí)與連續(xù)性方程連用）可用于計(jì)算輸送設(shè)備的有效功率、管道中流體的流量、管道中流體的壓力及設(shè)備間的相對(duì)位置等。公式應(yīng)用條件第一，穩(wěn)定、連續(xù)不可壓縮的流動(dòng)系統(tǒng)第二，在選定的兩截面間，系統(tǒng)與周圍無質(zhì)量交換，滿足連續(xù)性方程。應(yīng)用時(shí)的注意點(diǎn)：（１）選定的兩個(gè)界面必須垂直于流體的流動(dòng)方向（２）截面應(yīng)該選擇在數(shù)據(jù)多（ｐ，ｕ，ｚ），計(jì)算方便處（３）截面上的物理量均取該界面上的平均值（４）位頭的基準(zhǔn)面必須是水平面，基準(zhǔn)面的位置對(duì)結(jié)果無影響（５）兩截面壓力的基準(zhǔn)必須一致，即同為絕壓或表壓值三、流體流動(dòng)阻１．流體的粘性與牛頓粘性定牛頓粘性定律表明流體在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法相速度梯度之間的關(guān)系，表達(dá)式如為τ＝μ式中的比例系數(shù)稱為粘度，其單位為ａ粘度是度量流體粘性大小的物理量，其影響因素有溫度和壓力—般來說，液體的粘度隨著溫度升高而減小，壓力對(duì)它的影響可忽略；氣體的粘度隨溫度升而增大，壓力升高時(shí)粘度略有增加。４４運(yùn)動(dòng)粘度ν：粘度μ與密度ρ之比，單位為ｍ２／ｓ．牛頓型流體和非牛頓型流體服從牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體，如氣體和大多數(shù)液體。不遵循牛頓粘性定律的流體，稱為非牛頓型流體２．流體的流動(dòng)類流體的流動(dòng)分為層流和湍流兩種類型。流動(dòng)的類型可用雷諾數(shù)Ｒｅ判斷。Ｒｅ＝ρｕｄ／μ當(dāng)流體在圓形直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)（１）Ｒｅ２０００時(shí)為穩(wěn)定的層（２）Ｒｅ４０００時(shí)為穩(wěn)定的湍（３）２０００＜Ｒｅ＜４０００時(shí)為過渡流，流型的具體情況依環(huán)境而定。在計(jì)算Ｒｅ時(shí)，所有量的單位必須是統(tǒng)一的。３．直圓管內(nèi)流體的流（１）層流時(shí)管內(nèi)流體速度分流體速度沿管徑呈拋物線形狀分布。管中心處速度最大，管壁處速度為零。截面上的平均速度ｕ與最大速度ｕｍａｘ關(guān)系為：ｕ＝０．５ｕｍａｘ（２）湍流時(shí)管內(nèi)流體速度分５５管中心區(qū)速度最大，管壁處速度為零。從管壁到管中心可將流體分為三個(gè)區(qū)域：層流內(nèi)層、過渡層、湍流主體。管內(nèi)平均速度ｕ與管中心最大速度ｕｍａｘ關(guān)系為：ｕ＝（０．８～０．８２）ｕｍａｘ４．邊界層的概（１）邊界層的形流體流動(dòng)過程中，緊靠固體壁面處必存在一薄層邊界層（其速度小于流體的主體速度），其形成的原因一是由于流體具有粘性，而是由于有固體壁面的約束作用。邊界層的厚度等于由壁面至速度達(dá)到主流速度９９％的點(diǎn)之間的距離由于邊界層的形成，把沿壁面的流動(dòng)簡(jiǎn)化成兩個(gè)區(qū)域，即邊界層區(qū)與主流區(qū)。在邊界層區(qū)內(nèi)，垂直于流動(dòng)方向上存在著顯著的速度梯度，即使粘度很小，摩擦應(yīng)力仍然相當(dāng)大，不可忽視。在主流區(qū)內(nèi)，摩擦應(yīng)力可忽略不計(jì)，此區(qū)域流體可視為理想流體。（２）邊界層的發(fā)如果流體流過的壁面足夠長(zhǎng)，流體在流經(jīng)一段長(zhǎng)為ｘ０的距離后，將由穩(wěn)定的層流發(fā)展成為穩(wěn)定的湍流。同樣的如果流體在圓管內(nèi)流動(dòng)，也存在邊界層的形成與發(fā)展。不同的是邊界層充分發(fā)展后，邊界層的厚度即為管的半徑。（３）邊界層的分流體流經(jīng)具有較大曲率的曲面時(shí)，由于存在逆壓梯度和壁面附近的粘性摩擦，將可能發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象。邊界層分離使流體質(zhì)點(diǎn)碰撞激烈，而消耗能量６６５．流體流動(dòng)阻力的計(jì)（１）圓形直管內(nèi)的流動(dòng)阻ｌ計(jì)算采用范寧公式Δｐｆ＝λｄ２，式中：λ是摩擦系數(shù)，層流時(shí)λ＝６４／Ｒｅ，湍流是λ＝ｆ（Ｒｅ，ε／（２）非圓形直管內(nèi)的流動(dòng)阻計(jì)算仍采用范寧公式，但式中的ｄ及Ｒｅ中的ｄ皆應(yīng)用當(dāng)量直徑ｄｅ代ｄｅ＝４流體流過截面流體潤(rùn)濕周（３）局部阻力的計(jì)流體流經(jīng)管路的進(jìn)口、出口、各種管件、閥門、擴(kuò)大、縮小及各種流量計(jì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部阻力。計(jì)算局部阻力的方法有：Ａ．阻力系數(shù)法：將克服局部阻力所消耗的能量表示成流體動(dòng)能的倍數(shù)。局部阻力系Δｐｆ＝ξ·２，ＰａＢ．當(dāng)量長(zhǎng)度法：將克服局部阻力所消耗的能量折合成同管徑直管的長(zhǎng)度ｌｅ。當(dāng)量長(zhǎng)Δｐｆ＝

，Ｐａｄ 四、管路計(jì)１．簡(jiǎn)單管路：管徑相同且無分支的管路。計(jì)算公式：

＋ｐ１＝

＋ｐ２＋λ·

＋∑ξ ２ ２*＝ｆｄｕρ，μ若ｕ或ｄ未知，則不能計(jì)算Ｒｅ，也無法計(jì)算λ，此時(shí)需要試差法求解２．復(fù)雜管路：（１）串聯(lián)管路：由若干段管徑不同的簡(jiǎn)單管路串聯(lián)而成全管路的總阻力等于各段簡(jiǎn)單管路阻力之和；而各段簡(jiǎn)單管路內(nèi)的質(zhì)量流量均等于總流量（若為不可壓縮流體，即體積流量不變）。（２）并聯(lián)管路：幾條簡(jiǎn)單管路或串聯(lián)管路的入口端與出口端都是匯合在一起的。每條分支管路的阻力相等，而各分支管路的質(zhì)量流量之和等于總管路的流量。（３）分支管路：若幾條簡(jiǎn)單管路或分支管路僅于入口端匯合７７五、流速與流量的測(cè)１．測(cè)速管（畢托管）２ｇＲρ０－流體的點(diǎn)流２ｇＲρ０－２．孔板流量計(jì)２ｇＲρ０－體積流量 Ｖｓ＝Ｃ０Ａ０槡 Ｃ０為孔流系數(shù)，Ａ０為孔口截面積３．文丘２ｇＲρ０－２ｇＲρ０－體積流量 Ｖｓ＝ＣＶＡ０槡 ＣＶ為文氏流量系數(shù)４．轉(zhuǎn)２ｇＲρ０－體積流

＝ＣＲ

２ｇＲρｆ－ 轉(zhuǎn)子流量系數(shù)，與轉(zhuǎn)子形狀及環(huán)隙雷諾數(shù)相二、課后典型習(xí)題解 例１：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)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為Ф７６×２．５ｍｍ在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為２４．６６×１０３Ｐａ， 流經(jīng)吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失可分別 ＝２ｕ２ ＝１０ｕ２計(jì)算，由于管ｆ， ｆ，不變，故式中ｕ為吸入或排出管的流速ｍ／ｓ。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為９８．０７×１０３Ｐａ（表壓）。試求泵的有效功率。分析已知條件所求量已知與所求之間的關(guān)泵的有效功率Ｎｅ＝Ｗｅ８８Ｗｅ→外功或有效功→伯努利方程（１－１和塔頂間）→ｐ，ｕ，ｚ，∑ｆ→ｕ？→伯努利方程（吸入口和１－１）→ｐ，ｕ，ｚ∑ｗ→ｕＡρ【解 在吸入截面與真空表處取截面列伯努利方程 ， ，ｚｇ＋ｕ２／２＋Ｐ／ρ＝ｚｇ＋ｕ２／２＋Ｐ／ρ＋∑（Ｐ－Ｐ）／ ， ，得：ｕ＝２ｍ／進(jìn)而得：ｗｓ＝ｕＡρ＝７．９ｋｇ／，在真空表與排水管－噴頭連接處截面間列伯努利方程ｚ１ｇ＋ｕ２／２＋Ｐ１／ρ＋Ｗｅ＝ｚ２ｇ＋ｕ２／２＋Ｐ２／ρ＋∑，， Ｗｅ＝ｚ２ｇ＋ｕ２／２＋Ｐ２／ρ＋∑ （ｚｇ＋ｕ２／２＋， ＝２８５．９７Ｊ／Ｎｅ＝Ｗｅｗｓ＝２８５．９７×７．９＝２．例２：本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑Ｄ為２ｍ，槽底與內(nèi)徑ｄ０為３３ｍｍ的鋼管相連，槽內(nèi)無液體補(bǔ)充，∑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 ｈ＝∑ 公式來計(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所需的時(shí)間分析已知條件 所求量 已知與所求之間的關(guān)系時(shí)間→ｔ＝Ｖ／ｕＶ或ｔ＝Ｗ／ｕＷｕ→伯努利方程（１－１和２－２）→ｐ，ｕ，ｚ，∑ｆ→ｕ＝ｆ（ｈ）ｕ非定值→列微分方程→槽內(nèi)與管內(nèi)的物料衡算→任意時(shí)刻：槽內(nèi)流失的體積流 ＝管內(nèi)流出的體積流 【解】 在槽面處和出口管處取截面１－１，２－２列柏努力方程ｈｇ＝ｕ２／２＋∑ｈ＝ｕ２／２＋ 得：ｕ＝（０．４８ｈ）１／２＝０．７ｈ在任意時(shí)刻，對(duì)槽內(nèi)與管內(nèi)的液體作物料衡算：因槽面下降ｄｈ，管內(nèi)流出ｕｄｔ的液體９９得：ｄｈ＝ｕＡ 帶入ｕ的表達(dá)式：Ａｄｈ＝ｕＡｄｔ＝０．７ｈｄｔｄｔ＝Ａｄｈ（Ａ 積分上式：ｔ＝１．２８４ｆ， ｆ， ｆ，例３：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，兩槽的液位恒定。管路直徑均為ф６０×３．５ｍ其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為∑ｆ， ｆ， ｆ，＝１．１８ｕ２。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)Ｐ１為若干（２）Ｕ管差壓計(jì)讀數(shù)Ｒ２為多少分析已知條件所求量已知與所求之間的關(guān)系求ｐ和Ｒｐ→伯努利方程→ｕ，ｚ∑ｆ管壓力計(jì)等壓靜止、連續(xù)（同一流體）、等高（同一水平面【解】 （１）首先對(duì)上下兩槽取截面列柏努力方程０＋０＋Ｐ１／ρ＝Ｚｇ＋０＋Ｐ２／ρ＋∑ｈ∑ｈｆ＝∑ｈｆ，ＡＢ＋∑ｈｆ，ＣＤ＋∑ｈｆ，得：Ｐ１＝Ｚｇρ＋０＋Ｐ２＋∑ｈ＝１０７．９１×１０３＋３４９８ｕ２在壓強(qiáng)管的Ｂ，Ｃ處去取截面，由流體靜力學(xué)方程得ＰＢ＋ρｇ（ｘ＋）＝Ｐｃ＋ρｇ（ｈＢＣ＋ｘ）＋ρ水銀 Ｐ－Ｐ＝５．９５×１０４ 在Ｂ，Ｃ處取截面列柏努力方 ０＋ｕ２／２＋ＰＢ／ρ＝Ｚｇ＋ｕ２／２＋ＰＣ／ρ＋∑ｈ因Ｂ、Ｃ間管徑不變，得ｕｂ＝ ｆ，ＰＢ－ＰＣ＝ρ（Ｚｇ＋∑ｈ ）＝５．９５×１０４Ｐａｕ＝４．２７ｍｆ，所以壓縮槽內(nèi)表壓Ｐ１＝１．２３×（２）在Ｂ，Ｄ處取截面作柏努力方

ｆ，０＋ｕ２／２＋ＰＢ／ρ＝Ｚｇ＋０＋０＋∑

ｆ，

＋∑ｆ，Ｂ ＝（７×９．８１＋１．１８ｕ２＋ｕ２－０．５ｕ２）×１１００＝８．３５×１０４Ｂ由Ｕ型管壓力計(jì)原理得：ＰＢ－ρｇｈ＝ρ水銀ｇ２８．３５×１０４－１１００×９．８１×０．２＝１３．６×１０３×９．８１×Ｒ得：Ｒ２＝６０９．７ｍｍ２例４：每小時(shí)將２×１０３ｋｇ的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽。反應(yīng)器液面上方保持２６．７×ａ的真空讀，高位槽液面上方為大氣壓強(qiáng)。管道為的鋼管，總長(zhǎng)為５０ｍ，管線上有兩個(gè)全開的閘閥，一個(gè)孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為４），５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。若泵效率為０．７，求泵的軸功率。溶液的密度為１０７３ｋｇｍ度為６．３×Ｐａ·ｓ壁絕對(duì)粗糙度可?。常恚矸治鲆阎獥l件 所求量 已知與所求之間的關(guān)系軸功率→Ｎｅ＝ＷｅｗＳＷｅ→伯努利方程→ｐ，ｕ，ｚ，∑ｆ→∑ｆ局部阻力→局部阻力系數(shù)和摩擦系數(shù)ｗＳ→ｗＳ＝ρＡｕ→伯努利方程【解】 流體的質(zhì)量流速 ωｓ＝２×１０４／３６００＝５．５６ｋｇ／ｓ流速ｕ＝ωｓ／（Ａρ）＝１．４３ｍ／ｓ流體的雷偌準(zhǔn)數(shù)Ｒｅ＝ｄｕρ／μ＝１６５１９９＞查附錄得５個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭的當(dāng)量長(zhǎng)度：５×２．１＝１０．５ｍ２個(gè)全開閥的當(dāng)量長(zhǎng)度：２×０．４５＝０．９ｍ所以，局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度∑ιｅ＝１０．５＋０．９＝１１．由于是粗糙管，λ的計(jì)算可用尼庫(kù)拉則和卡門公式（Ｐ５５）假定１／λ１／２＝２ｌｇ（ｄ／ε）＋１．１４＝２ｌｇ（６８／０．３）＋１．１４得：λ＝０．０２９檢驗(yàn)ｄ／（ε×Ｒｅ×λ）＝＞符合假定即λ＝０．０２９全流程阻力損失∑ｈ＝λ×（ι＋∑／ｄ×ｕ２／２＋ζ×ｕ２／＝［０．０２９×（５０＋１１．４）／（６８×１０３）＋４］×１．４３２／＝３０．８６３Ｊ／在反應(yīng)槽和高位槽液面列伯努利方程得Ｐ１／ρ＋Ｗｅ＝Ｚｇ＋Ｐ２／ρ＋∑ｈＷｅ＝Ｚｇ＋（Ｐ１－Ｐ２）／ρ＋∑＝１５×９．８１＋２６．７×１０３／１０７３＋３０．＝２０２．９Ｊ／有效功率Ｎｅ＝Ｗｅ×ωｓ＝２０２．９×５．５６＝１．１２８×軸功 Ｎ＝Ｎｅ／η＝１．１２８×１０３／０．７＝１．６１×１０３Ｗ＝１．例５：如本題附圖所示，貯水槽水位維持不變。槽底與內(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管差壓計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的長(zhǎng)度為２０ｍ。（１）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得Ｒ＝６００ｍｍ，ｈ＝１５００ｍｍ；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，測(cè)的Ｒ＝４００ｍｍ，ｈ＝１４００ｍｍ。摩擦系數(shù)可取管路入口處的局部阻力系數(shù)為。問每小時(shí)從管中水流出若干立方米。（２）當(dāng)閘閥全開時(shí)，Ｕ管壓差計(jì)測(cè)壓處的靜壓強(qiáng)為若干（Ｐａ，表壓）。閘閥全開時(shí)ｌｅ／ｄ≈１５，摩擦系數(shù)仍取０．０２５。分析已知條 所求 已知與所求之間的關(guān)Ｖ＝πｄ２ １２ １２簡(jiǎn)單管路計(jì) ｇｚ１＋ｇρ＝ｇｚ２＋ρｇ＋·λ＝ｆｄｕρ，ε μ

ｄ＋∑ξ【解 ⑴設(shè)槽面到管道的高度為ｘ，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程ρ水ｇ（ｈ＋ｘ）＝ρ水銀１０３×（１．５＋ｘ）＝１３．６×１０３×０．６ｘ＝６．６ｍ部分開啟時(shí)截面處的壓 水 Ｐ＝ρｇＲ－ρｇｈ＝３９．６３×１０３Ｐａ在槽面處和１－１截面處列伯努 水 １Ｚｇ＋０＋ ＝０＋ｕ２／２＋Ｐ／ρ＋∑１ｅ∑ｈ＝［λ（ι＋Σι）／ｄ＋ζ］·ｕ２／２＝２．１２５ｅｓ帶入數(shù)據(jù)有：６．６×９．８１＝ｕ２／２＋３９．６３＋２．１２５ｕ２ 得：ｕ＝３．０９／ｓ所以體積流量ω＝ｕＡρ＝３．０９×π／４×（０．１）２×３６００＝８７．４１ｍ３／ｓ閘閥全開?。玻?，３－３截面列伯努利方Ｚｇ＝ｕ２／２＋０．５ｕ２／２＋０．０２５×（１５＋ι／ｄ）ｕ２／２可得：ｕ＝３．４７ｍ／ｓ取面列伯努利方１Ｐ′／ρ＝ｕ２／２＋０．０２５×（１５＋ι／ｄ）ｕ２／１１∴Ｐ′＝３．７×１０４１例６：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（均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００ｍｍ。通過填料層的能量損失可分別折算為５ｕ２與４ｕ式中ｕ為氣體在管內(nèi)的流速ｍ／ｓ，氣體 ?支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)為０．０２。管路的氣體總流量為０．３ｍ３／ｓ試求?（１）兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量（２）附圖中ＡＢ的能量損失分析已知條 所求 已知與所求之間的關(guān)并聯(lián)管路計(jì)

∑ｈｆ

＝∑

＝∑

＝∑

·ｗＳ＝ｗＳ１＋ｗＳ１＋ｗＳ１··【解 ⑴兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣查附圖１－２９（管件與閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖），得ｄ＝２００ｍｍ時(shí)閥線的當(dāng)量長(zhǎng) ιｅ＝ ∑ｈ＝λ·（ι＋∑／ｄ）·ｕ１２／２＋５ｕ１２ｆ２＝λ·（ι２＋ ιｅ２／ｄ）·ｕ２／ 由于∑ｈ＝∑ 得：ｕ２／ｕ２＝１１．７５／１２．７５ 即ｕ＝０．９６ｕ又因?yàn)椋郑螅剑郑螅保郑螅玻剑酰保粒保? 且Ａ１＝Ａ２＝（０．２）２π／４＝因?yàn)闅怏w總量已知：（０．９６ｕ２＋ｕ２）π＝得：ｕ２＝４．８７５ｍ／ ｕ１＝４．６８ｍ／ 兩塔的通氣量分別為 ＝０．１４７ｍ３／ｓ， ＝０．１５３ｍ３／ ⑵總的能量損失∑ｈｆ＝∑＝∑ｈ＝０．０２×１５５／０．２ｕ／２＋５ｕ＝２７９．２５例７：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８９ｍｈ３，總管直徑為ф１２７×５ｍｍ。原出口壓強(qiáng)為×ａ，容器Ｂ內(nèi)水面上方表壓為ｋＰａ，總管的流動(dòng)阻力可忽略，各設(shè)備間的相對(duì)位置如本題附圖所示。試求：（１）兩支管的壓頭損失ＨｆｏＨｆｏ（２）離心泵的有效壓頭Ｈｅ分析已知條件 所求量 已知與所求之間的關(guān)系壓頭損失→伯努利方程

＋ρｐ

＋１＋Ｗｅ＝ｇｚ

＋ρｐ

２＋２＋∑ｈｆ（Ｊ／ｋｇ）（２

∑ｚ＋

＋１＋

＝ｚ＋２＋２＋Ｈ（ｍ）［

＝ Ｈ

ｆ］（

ｅ ｅ

ρｇｚ１＋

１＋ρＷｅ＝ρｇｚ２＋

２＋∑（Ｎ／ｍ２）（ （１）式是單位質(zhì)量流體所具有的能量，位能，靜壓能，動(dòng)能，機(jī)械能，能量消耗（２）式是單位重量流體所具有的能量，位壓頭，靜壓頭，動(dòng)壓頭，有效壓頭，壓頭損失（３）式是單位體積流體所具有的能量【解】 （１）離心泵的有效壓頭總管流速 ｕ＝Ｖｓ／Ａ而Ａ＝３６００×π／４×（１１７）２×６ｕ＝２．３ｍｓ在原水槽處與壓強(qiáng)計(jì)管口處去截面列伯努利方Ｚ０ｇ＋Ｗｅ＝ｕ２／２＋Ｐ０／ρｆ∑ｈ因總管流動(dòng)阻力不計(jì)∑ｈｆ０Ｗｅ＝ｕ２／２＋Ｐ／ρ－Ｚ ＝２．３２／２＋１．９３×１０５／９９８．２－２×９．＝１７６．３８Ｊ／得：有效壓頭Ｈｅ＝Ｗｅ／ｇ＝１７．⑵兩支管的壓頭損在貯水槽和ΑΒ表面分別列伯努利方程Ｚ０ｇ＋Ｗｅ＝Ｚ１ｇ＋Ｐ１／ρ＋∑ｈｆ１Ｚ０ｇ＋Ｗｅ＝Ｚ２ｇ＋Ｐ２／ρ∑ｈ得到兩支管的能量損失分別∑ｈ＝Ｚ０ｇ＋Ｗｅ（Ｚ１ｇ＋Ｐ１／ρ）＝３９．０４Ｊ／∑ｈ＝Ｚ０ｇ＋Ｗｅ－（Ｚ２ｇ＋Ｐ２／ρ）＝１９．４Ｊ／得壓頭損 ＝∑ｈ／ｇ＝３．９４ Ｈｆ２＝∑ｈ／ｇ＝１．例８：本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從ＢＣ與ＢＤ兩支管排出，高槽液面與兩支管出口間的距離為１１ｍ，ＡＢ段內(nèi)徑為３８ｍｍ，長(zhǎng)為５８ｍ；ＢＣ支管內(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)均包括管件及閥門全開時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度。ＡＢ與ＢＣ管的摩擦系數(shù)為０．０３。試計(jì)算：（１）當(dāng)ＢＤ支管的閥門關(guān)閉時(shí)，ＢＣ支管的最大排水量為若干ｍ３／（２）當(dāng)所有的閥門全開時(shí)，兩支管的排水量各為若干ｍ３／ＢＤ支管的管壁絕對(duì)粗糙度為０．１５ｍｍ，水的密度為１０００ｋｇ／ｍ粘度為０．００１ａｓ分支管當(dāng)ＢＤ支管的閥門關(guān)閉時(shí)，ＢＣ管的流量就是ＡＢ總管的流量；當(dāng)所有的閥門全開時(shí)，ＡＢ總管的流量應(yīng)為ＢＣ，ＢＤ兩管流量之和。而在高位槽內(nèi)，水流速度可以認(rèn)為忽略不計(jì)。分析已知條 所求 已知與所求之間的關(guān)【解 （１）ＢＤ支管的閥門關(guān)閉ＶＳ，ＡＢ＝ＶＳ， ｕ０Ａ０＝ｕ１有：ｕ０π３８２／４＝ｕ１π３２２／４ 得：ｕ０＝０．７１ｕ１ 分別在槽面與Ｃ－Ｃ截面處列出伯努利方程Ｃ－Ｃ：０＋０＋Ｚ０ｇ＝ｕ１２／２＋０＋０＋∑ 而∑ＡＣ ·（ιＡＢ／ｄ０）·ｕ０２／ ＋λ·（ιＢＣ／ｄ１）·ｕ１２／２＝２２．８９ｕ０２＋５．８６ｕ１得：ｕ１＝２．４６ｍ／ＢＣ支管的排水 ＶＳ，ＢＣ＝ｕ１Ａ１＝７．１ｍ３／⑵當(dāng)所有的閥門全開時(shí)ＶＳ，ＡＢ＝ＶＳ，ＢＣ＋ＶＳ，ＢＤ ｕ０Ａ０＝ｕ１Ａ１＋ｕ２Ａ２ ｕ０π３８２／４＝ｕ１π３２２／４＋ｕ２π２６２／４整理得：ｕ０３８２＝ｕ１３２２＋ 假設(shè)在ＢＤ段滿足１／λ＝２ｌｇ（ｄ／ε）＋１．１４解之得：λＤ＝０．０３１７在槽面與Ｃ－Ｃ，Ｄ－Ｄ截面處列出伯努利方程Ｃ－Ｃ：ｇ＝ｕ＋∑＝ｕ１２／２＋λ·（ιＡＢ／ｄ０）·ｕ０２／ ＋λ·（ιＢＣ／ｄ１）·ｕ１２／ Ｄ－Ｄ：Ｚ０ｇ＝ｕ２２／２＋∑＝ｕ２２／２＋λ·（ιＡＢ／ｄ０）·ｕ０２／ ＋λＤ·（ιＢＤ／ｄ２）·ｕ２２／ 聯(lián)立①②③求解得到 ｕ１＝１．７７６ｍ／ｓ， ｕ２＝１．４９ｍ／ｓ核算Ｒｅ＝ｄｕρ／μ＝２６×１０－３×１．４９×１０３／０．００１＝３８．７４×（ｄ／ε）／Ｒｅλ１／２＝０．０２５＞０．００５所以假設(shè)成立即Ｄ，Ｃ兩點(diǎn)的流速ｕ１＝１．７７６ｍ／ｓ，ｕ２＝１．４９ｍ／ｓ進(jìn)而可計(jì)算ＢＣ段和ＢＤ的流量ＶＳ，ＢＣ＝３２×１０×（π／４）×３６００×１．７７６＝５．１４ｍ３／ｓＶＳ，ＢＤ＝２６×１０×（π／４）×３６００×１．４９＝２．５８ｍ３／第二 流體輸送機(jī)~、教材基本內(nèi)１．本章的框架結(jié)２．考研大綱分析Ａ．考試內(nèi)容（１）主要流體輸送機(jī)械的類型及特點(diǎn)（２）離心泵的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理、性能參數(shù)、特性曲線、流量調(diào)節(jié)、組合操作、安裝和汽蝕現(xiàn)象（３）往復(fù)泵的類型、工作原理、流量調(diào)節(jié)和特性曲線（４）其它主要化工用泵（正位移泵和非正位移泵）、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵的主要特性。Ｂ．考試要求了解各類化工用泵的主要結(jié)構(gòu)、原理和主要用途掌握離心泵的工作原理、特性曲線、流量調(diào)節(jié)和安裝。能夠進(jìn)行涉及泵的基本計(jì)算。３．重難點(diǎn)講解~、離心泵１．離心泵的主要部（１）葉輪：將原動(dòng)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）（２）泵殼：不僅是匯集由葉輪甩出的流體，又能將液體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能（３）泵軸：防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出，或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。２．離心泵的工作原理（１）葉輪被泵軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)位于葉片間的流體做功，流體受離心力的作用，由葉輪中心被拋向外圍。當(dāng)流體到達(dá)葉輪外周時(shí)，流速非常高。（２）泵殼匯集從各葉片間被拋出的液體，這些液體在殼內(nèi)順著蝸殼形通道逐漸擴(kuò)大的方向流動(dòng)使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，減小能量損失。所以泵殼的作用不僅在于匯集液體，它更是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。（３）液體吸上原理：依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)，迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開，從而在葉輪中心形成低壓，低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動(dòng)前殼內(nèi)充滿的是氣體，則啟動(dòng)后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣槽內(nèi)液體便不能被吸上。這一現(xiàn)象稱為氣縛。即：離心泵無自吸能力。為防止氣縛現(xiàn)象的發(fā)生，離心泵啟動(dòng)前要用外來的液體將泵殼內(nèi)空間灌滿。這一步操作稱泵為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；如果泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動(dòng)時(shí)無需灌泵。３．離心泵的主要性能參離心泵的性能參數(shù)是用以描述一臺(tái)離心泵的一組物理量（１）轉(zhuǎn)速ｎ（葉輪）：１０００～３０００ｒｐｍ；２９００ｒｐｍ最常見（２）流量Ｑ：以體積流量來表示的泵的輸液能力，與葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)（３）壓頭（揚(yáng)程）Ｈ：泵向單位重量流體提供的機(jī)械能。與流量、葉輪結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。揚(yáng)程并不代表升舉高度。（４）功率（Ａ）有效功率Ｎｅ：離心泵單位時(shí)間內(nèi)對(duì)流體做的功。Ｎｅ＝ＨＱρｇ＝ＷｅｗＳ（Ｂ）軸功率Ｎ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)由電機(jī)輸入離心泵的能量Ｎ＝Ｎｅ／（５）效率η：由于以下三方面的原因，電機(jī)傳給泵的能量不可能１００％地傳給液體，因此離心泵都有一個(gè)效率的問題，它反映了泵對(duì)外加能量的利用程度η＝Ｎｅ／Ｎ（Ａ）容積損失：由泵的泄露造成（Ｂ）水力損失：液體在泵內(nèi)葉片間的環(huán)流損失、液體在泵內(nèi)的摩擦阻力及沖擊損失造成（Ｃ）機(jī)械損失：泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泵軸與軸承、軸封之間的機(jī)械摩擦而引起。４．離心泵的特性曲線離心泵壓頭Ｈ、軸功率Ｎ及效率η均隨流量Ｑ而變，它們之間的關(guān)系可用泵的特性曲線或離心泵工作性能曲線表示。在離心泵出廠前由泵的制造廠測(cè)定出Ｈ－Ｑ、Ｎ－Ｑ、η－Ｑ等曲線，列入產(chǎn)品樣本或說明書中，供使用部門選泵和操作時(shí)參考。各種型號(hào)的離心泵都有其本身獨(dú)有的特性曲線，且不受管路特性的影響。但它們都具有一些共同的規(guī)律。（１）離心泵的壓頭一般隨流量加大而下降（在流量極小時(shí)可能有例外），這一點(diǎn)和離心泵的基方程式相吻合（２）離心泵的軸功率在流量為零時(shí)為最小，隨流量的增大而上升。故在啟動(dòng)離心泵時(shí)，應(yīng)關(guān)閉泵出口閥門，以減小啟動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī)。停泵時(shí)先關(guān)閉出口閥門主要是為了防止高壓液體倒流損壞葉輪。（３）額定流量下泵的效率最高。該最高效率點(diǎn)稱為泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的值稱為最佳工況參數(shù)。離心泵銘牌上標(biāo)出的性能參數(shù)即是最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的參數(shù)。離心泵一般不大可能恰好在設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行，但應(yīng)盡可能在高效區(qū)（在最高效率的９２％范圍內(nèi)，如圖中波折號(hào)所示的區(qū)域）工作。５．影響離心泵性能的因素分影響離心泵的性能的因素很多，其中包括液體性質(zhì)（密度ρ和粘度μ等）、泵的結(jié)構(gòu)尺寸（如Ｄ２和β２）、泵的轉(zhuǎn)速ｎ等。當(dāng)這些參數(shù)任一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)改變泵的性能，此時(shí)需要對(duì)泵的生產(chǎn)廠家提供的性能參數(shù)或特性曲線進(jìn)行換算。（１）液體物性的影響Ａ．密度的影響離心泵的流量、壓頭均與液體密度無關(guān)，效率也不隨液體密度而改變，因而當(dāng)被輸送液體密度發(fā)生變化時(shí)，Ｈ－Ｑ與η－Ｑ曲線基本不變，但泵的軸功率與液體密度成正比。Ｎｅ＝ＨＱρｇ＝Ｗｅ（Ｂ）粘度的影當(dāng)被輸送液體的粘度大于常溫水的粘度時(shí)，泵內(nèi)液體的能量損失增大，導(dǎo)致泵的流量、壓頭減小，效率下降，但軸功率增加，泵的特性曲線均發(fā)生變化。（Ｃ）離心泵轉(zhuǎn)速的影由離心泵的基本方程式可知，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變時(shí)，泵的流量、壓頭隨之發(fā)生變化，并引起泵 １１效率和功率的相應(yīng)改變。當(dāng)液體的粘度不大，效率變化不明顯，不同轉(zhuǎn)速下泵的流量、壓頭和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可近似表達(dá)成如下各式， １１Ｑ１＝

ｎ

ｎ

離心泵的比例定＝＝ ＝＝適用條件是離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大于２０％（Ｄ）離心泵葉輪直徑的影當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，泵的基本方程式表明，其流量、壓頭與葉輪直徑有關(guān)。對(duì)于同一型號(hào)泵，可換用直徑較小的葉輪（除葉輪出口其寬度稍有變化外，其它尺寸不變），此時(shí)泵的流量、壓頭和功率與葉輪直徑的近似關(guān)系為′ Ｑ′＝Ｄ２ Ｈ′＝Ｄ′２ 離心泵的切割定其適用條件是固定轉(zhuǎn)速下，葉輪直徑的車削不大于±５％Ｄ２。６．管路特性曲線和離心泵的工作點(diǎn)當(dāng)離心泵安裝在特定管路系統(tǒng)操作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量，不僅遵循特性曲線上二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且還受管路特性所制約。（Ａ）管路特性方程式和特性曲當(dāng)離心泵安裝到特定的管路系統(tǒng)中操作時(shí)，若貯槽與受液槽兩液面保持恒定，則泵對(duì)單位重（１Ｎ）流體所做的凈功２Ｈ＝Δ＋Δｐ＋２

２ｇ＋∑上式中： 輸送機(jī)械對(duì)１Ｎ流體做的靜功，Ｊ／Ｎ或 下游與上游截面間的位壓頭差，Δｐ／ 下游與上游截面間的靜壓頭差，Δｕ２／ 下游與上游截面間的動(dòng)壓頭差，∑ 兩截面之間壓頭損失，ｍ在特定的管路系統(tǒng)中，于一定條件下操作，上式中一項(xiàng)Δｕ２／２ｇ常可忽略，ΔΔｐρｇ均為定值，令Ｋ＝Δ＋Δｐ對(duì)于直徑均一的管路系統(tǒng)，壓頭

失可表∑＝

ｌ＋∑

ｌ＋∑

２２２／ ＋∑ξ２ｇ

＋ π／４對(duì)特定的管路，若忽略λ隨Ｒｅ的變化，且ｄ、ｌ、ｌｅ、ξ均為常數(shù)，于是可Ｇ＝

ｌ＋∑ ∑ ＋λ＋則得：

ｅ＝ｅ

π２ｄ４進(jìn)而得：Ｈｅ＝Ｋ＋上式表明管路流體的壓頭與流量之間的關(guān)系，稱為管路特性方程式。Ｈｅ與Ｑｅ的關(guān)系曲線，稱為管路特性曲線。此曲線的形狀由管路布局和流量等條件來確定，與泵的性能無關(guān)。（Ｂ）離心泵的工作離心泵在管路中正常運(yùn)行時(shí)，泵所提供的流量和壓頭應(yīng)與管路系統(tǒng)所要求的數(shù)值一致。此時(shí)，安裝于管路中的離心泵必須同時(shí)滿足管路特性方程與泵的特性方程，即：管路特性方程 Ｈｅ＝Ｋ＋ＧＱｅ２泵的特性方程 聯(lián)解上述兩方程所得到兩特性曲線的交點(diǎn)，即離心泵的工作點(diǎn)對(duì)所選定的泵以一定轉(zhuǎn)速在此管路系統(tǒng)操作時(shí)，只能在此點(diǎn)工作。在此點(diǎn)，Ｈ＝ＨｅＱ＝Ｑｅ７．離心泵的流量調(diào)節(jié)通常，所選擇離心泵的流量和壓頭可能會(huì)和管路中要求的不完全一致，或生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化，此時(shí)都需要對(duì)泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上是改變泵的工作點(diǎn)。由于工作點(diǎn)是由泵及管路特性共同決定的，因此，改變?nèi)我粭l特性曲線均可達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。（１）改變管路特性曲線 改變泵出口閥開度改變離心泵出口管路上閥門開度，便可改變管路特性方程式中的Ｇ值。從而使管路特性曲線發(fā)生變化。例如關(guān)小閥門，使Ｇ值變大，流量變小，曲線變陡。閥門調(diào)節(jié)快捷方便，流量可連續(xù)變化，但能耗加大，泵的效率下降，不夠經(jīng)濟(jì)。（２）改變泵的特性曲（Ａ）改變泵的轉(zhuǎn) Ｈｅ的變化符合離心泵的比例定律（ｎ的變化小于２０％）（Ｂ）改變?nèi)~輪直徑 Ｈｅ的變化符合離心泵的切割定律（切割比例不大于５）。８．離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作當(dāng)單臺(tái)泵不能滿足生產(chǎn)任務(wù)要求時(shí)，可采用泵的并聯(lián)或串聯(lián)。下面以兩臺(tái)性能相同的泵為例，討論離心泵的組合操作的特性。（１）離心泵的并設(shè)將兩臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)于管路系統(tǒng)，且各自的吸入管路相同，則兩臺(tái)泵的各自流量和壓頭必定相同。顯然，在同一壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺(tái)泵的兩倍。并聯(lián)泵的工作點(diǎn)由并聯(lián)特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)決定。由于流量加大使管路流動(dòng)阻力加大，因此，并聯(lián)后的總流量必低于單臺(tái)泵流量的兩倍，而并聯(lián)壓頭略高于單臺(tái)泵的壓頭。并聯(lián)泵的總效率與單臺(tái)的效率相同當(dāng)單臺(tái)泵不能滿足生產(chǎn)任務(wù)要求時(shí)，可采用泵的并聯(lián)或串聯(lián)。下面以兩臺(tái)性能相同的泵為例，討論離心泵的組合操作的特性。（２）離心泵的串兩臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)操作時(shí)，每臺(tái)泵的流量和壓頭也各自相同。因此，在同一流量下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺(tái)泵壓頭的兩倍。同樣，串聯(lián)泵的工作點(diǎn)由合成特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)決定。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，流量大于單臺(tái)泵的。串聯(lián)泵的效率為Ｑ串下單臺(tái)泵的效率。當(dāng)單臺(tái)泵不能滿足生產(chǎn)任務(wù)要求時(shí)，可采用泵的并聯(lián)或串聯(lián)。下面以兩臺(tái)性能相同的泵為例，討論離心泵的組合操作的特性。（３）離心泵組合方式的選生產(chǎn)中采取何種組合方式能夠取得最佳經(jīng)濟(jì)效果，則應(yīng)視管路要求的壓頭和特性曲線形狀而定①如果單臺(tái)泵所能提供的最大壓頭小于管路兩端的（Δｚ＋Δｐ）值，則只能采用泵的串聯(lián)操作②對(duì)于管路特性曲線較平坦的低阻型管路，采用并聯(lián)組合方式可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；反之，對(duì)于管路特性曲線較陡的高阻型管路，則宜采用串聯(lián)組合方式。９．離心泵的安裝高離心泵在管路系統(tǒng)中允許安裝位置是否合適，將會(huì)影響泵的運(yùn)行及使用壽命（一）離心泵的汽蝕現(xiàn)Ａ．離心泵的安裝高度的限在右圖的０－０′與１－１′兩截面之間列柏努利方程式，得ｐ－ｐ ｕ２Ｈ＝ １－１－Ｈ ｆ０－ 泵的允許安裝高度， 泵入口處可允許的最低壓力，Ｈｆ流體流經(jīng)吸入管路的壓頭損失，Ｐ０貯槽液面上的壓力，Ｐａ；若貯槽上方與大氣相通，則為大氣壓離心泵的安裝高度受吸入口附近最低允許壓力的限制，其極限值為操作條件下液體的蒸汽壓ｐｖ。Ｂ．汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生原因：泵吸入口附近壓力等于或低于ｐｖ汽蝕現(xiàn)象：當(dāng)葉片入口附近的最低壓力等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將在此處汽化或者是溶解在液體中的氣體析出并形成氣泡。含氣泡的液體進(jìn)入葉輪高壓區(qū)后，氣泡在高壓作用下急劇地縮小而破滅，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空間，造成沖擊和振動(dòng)。在巨大沖擊力反復(fù)作用下，使葉片表面材質(zhì)疲勞，從開始點(diǎn)蝕到形成裂縫，導(dǎo)致葉輪或泵殼破壞。這種現(xiàn)象稱為汽蝕。汽蝕現(xiàn)象的標(biāo)志：泵揚(yáng)程較正常值下降３％為標(biāo)志。汽蝕的危害：１）泵體產(chǎn)生震動(dòng)與噪音；２）泵性能（Ｑ、Ｈ、η）下降３）泵殼及葉輪沖蝕（點(diǎn)蝕到裂縫）。注意區(qū)別氣縛現(xiàn)象與汽蝕現(xiàn)（二）離心泵的抗汽蝕性 汽蝕余 ｕ為了防止汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，在離心泵的入口處液體的靜壓頭與動(dòng)壓頭之和（１＋１）必須大于操作溫 ｕ２ 下液體的飽和蒸汽壓頭（ｐ／ρｇ）某一最小值。此數(shù)值即為離心泵的汽蝕余量，即ＮＳＰＨ＝１＋１－ＶｖＡ．臨界汽蝕余量（ＮＳＰＨ）

泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的臨界條件是葉輪入口附近（取作ｋ－ｋ’截面）的最低壓強(qiáng)等于液體的飽和蒸汽壓ｐｖ，相應(yīng)地泵入口處（取作１－１′截面）的壓強(qiáng)必等于確定的最小值ｐｍｉｎ

－ ｕ ｕ＝１， Ｖ＋１＝ｋ＋ ｆ，１－Ｂ．必需汽蝕余量（ＮＳＰＨ）為了確保離心泵正常操作，將所測(cè)得（ＮＳＰＨ）加上一定的安全量作為必需汽蝕余量（ＮＳＰＨ）ｒＣ．實(shí)際汽蝕余量（ＮＳＰＨ）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，取必需汽蝕余量加大０．５ｍ以上作為實(shí)際汽蝕余量（ＮＳＰＨ），其值隨流量增大而加大。Ｄ．允許吸上真空度為了避免汽蝕現(xiàn)象，泵入口處壓力ｐ１應(yīng)為允許的最低絕對(duì)壓力。若當(dāng)?shù)卮髿鈮簽椋穑?，則泵入口處的最高真空度為ｐ０－ｐ１。若真空度以輸送流體的液體高度來計(jì)量，則此真空度稱為離心泵的允許吸入真空度，以ＨＳ’來表示。Ｈ′＝ｐ０－ （三）離心泵的允許安裝高離心泵的允許安裝高度（允許吸上高度）是指泵的吸入口與吸入貯槽面間可允許達(dá)到的最大垂直距離，以Ｈｇ表示，計(jì)算公式如前所述。ｐ－ ｕＨ＝ １－１–Ｈ ｆ０－若已知離心泵的必須汽蝕余量，則

＝ｐ０－ｐＶ－

–Ｈｆ

０－２若已知離心泵的允許吸入真空度，則 ＝Ｈ′－ｕ１－Ｈ２ ｆ０－１０．離心泵的類型與選擇Ａ．離心泵的類型按泵送液體性質(zhì)和使用條件分為清水泵、油泵、耐腐蝕泵、雜質(zhì)泵、高溫泵、高溫高壓泵、低溫泵液下泵、磁力泵等。Ｂ．離心泵的選離心泵種類齊全，能適應(yīng)各種不同用途，選泵時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)（１）根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件，確定適宜的類型（２）根據(jù)管路系統(tǒng)在最大流量下的流量Ｑｅ和壓頭Ｈｅ確定泵的型號(hào)在選泵的型號(hào)時(shí)，要使所選泵所能提供的流量Ｑ和壓頭Ｈ比管路要求值可稍大一點(diǎn)，選出泵的型號(hào)后，應(yīng)列出泵的有關(guān)性能參數(shù)和轉(zhuǎn)速。（３）當(dāng)單臺(tái)泵不能滿足管路要求時(shí)，要考慮泵的并聯(lián)和串聯(lián)（４）核算泵的軸功率。若輸送液體的密度大于水的密度，則要核算泵的軸功率。另外，要會(huì)利用泵的系列特性曲線。１１．其它類型的泵Ａ．往復(fù)泵（１）主要部件和工作原（２）特點(diǎn)（與離心泵相比往復(fù)泵的流量與壓頭無關(guān)，與泵缸尺寸、活塞沖程及往復(fù)次數(shù)有關(guān)。往復(fù)泵有自吸能力，故啟動(dòng)時(shí)無需灌液。往復(fù)泵要采用旁路管或改變活塞往復(fù)次數(shù)，或改變活塞沖程的方法來進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，而不能用調(diào)出管口路上閥門開度的方法。往復(fù)泵啟動(dòng)前應(yīng)打開出口閥門（３）應(yīng)適用場(chǎng)合：高壓頭、小流量、高粘度的液體不適宜輸送的液體：含固體顆粒的懸浮液或腐蝕液。Ｂ．計(jì)量泵又稱比例泵。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過偏心輪變成柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞的沖程可通過調(diào)整偏心輪的偏心距實(shí)現(xiàn)。適合于要求流量準(zhǔn)確又需調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。Ｃ．轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子泵靠泵內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)吸入和排出液體。適合于要求流量小、揚(yáng)程大的場(chǎng)合。Ｄ．常用的泵還有齒輪泵、螺桿泵等。１２．通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵Ａ．離心通風(fēng)機(jī)（１）結(jié)構(gòu)域與原理：類似于離心泵（２）性能參風(fēng)量Ｑ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)輸送的氣體體積，ｍ３／風(fēng)壓：?jiǎn)挝惑w積的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)所獲得的能量，以ＨＴ表示。全風(fēng)壓ＨＴ包括靜風(fēng)壓和動(dòng)風(fēng)壓兩部分。ρＨ＝ｐ－ｐ＋２ｕ２（Ｊ／ｍ３ρ 軸功率Ｎ：Ｎ＝ＨＴＱ（（３）特性曲在一定轉(zhuǎn)速是測(cè)定的，與離心泵不同的是多了一個(gè)動(dòng)風(fēng)壓曲線（４）選選擇步驟類似于離心泵。Ｂ．往復(fù)式壓縮機(jī)往復(fù)壓縮機(jī)的原理與往復(fù)泵基本相同，結(jié)構(gòu)也相似。區(qū)別是壓縮機(jī)附設(shè)冷卻裝置選擇往復(fù)壓縮機(jī)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)氣體性質(zhì)定壓縮機(jī)的類型，再根據(jù)生產(chǎn)能力和排出壓強(qiáng)進(jìn)行選擇。往復(fù)壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力以吸入常壓空氣測(cè)定，單位為ｍ３／ｍｉｎ。Ｃ．真空泵真空泵就是在負(fù)壓下吸入并加壓排向大氣的壓縮機(jī)。真空泵的主要特性：抽氣速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)真空泵吸入的氣體體積，即真空泵的生產(chǎn)能力，ｍ３／ｈ。殘余壓力或極限真空度：即真空泵所能到達(dá)的最低壓力。１４．“離心泵揚(yáng)程”與“離心泵升揚(yáng)高度”的區(qū)揚(yáng)程是單位質(zhì)量液體經(jīng)泵后所獲得的能量，由式可見ΔｐＨｅ＝Δｚ＋ρｇ＋２ｇ＋揚(yáng)程Ｈｅ可轉(zhuǎn)換為位能Δｚ，靜壓能而升揚(yáng)高度僅指Δｚ一項(xiàng)。

，動(dòng)

２ｇ，及用于克服流體阻力的ｈ１５．“允許安裝高度”與“允許吸上真空度”的區(qū)允許安裝高度［Ｈｇ 允許吸上真空度［ｓ［Ｈｇ］是通過下式計(jì)算得到

ｆ，０－１［ｓ］是制造廠在一定條件下的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值。１６．離心泵的實(shí)際安裝高度離心泵的實(shí)際安裝高度，要小于計(jì)算的允許安裝高度，這是從安全考慮若得到的安裝高度為負(fù)值，說明泵吸入口位置應(yīng)在貯槽液面之下，即倒灌二、課后典型習(xí)題解例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)，試求該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。分析已知條件 所求量 已知與所求之間的關(guān)系泵的性能參數(shù)包括：流量、壓頭（揚(yáng)程）效率