液體輸送與液體輸送機械課件

第三章流體輸送與流體輸送機械第三章流體輸送與流體輸送機械1化學工業(yè)是流程工業(yè)，從原料輸入到成品輸出的每一道工序都在一定的流動狀態(tài)下進行，整個工廠的生產(chǎn)設備是由流體輸送管道構成體系。裝置中的傳熱、傳質(zhì)和化學反應情況與流體流動狀態(tài)密切相關，流動參數(shù)的任何改變將迅速波及整個系統(tǒng)，直接影響所有設備的操作狀態(tài)。因此，往往選擇流體的流量、壓強和溫度等參數(shù)作為化工生產(chǎn)系統(tǒng)的主要控制參數(shù)。流體流動與輸送有其共同的規(guī)律。各種流體輸送機械也有共通的原理，所以有通用機械之稱?；どa(chǎn)系統(tǒng)中流體輸送的主要任務是滿足對工藝流體的流量和壓強的要求。流體輸送系統(tǒng)包括：流體輸送管路、流體輸送機械、流動參數(shù)測控裝置。流體輸送計算以描述流體流動基本規(guī)律的傳遞理論為基礎。概述化學工業(yè)是流程工業(yè)，從原料輸入到成品輸出的每一道工序都在一定2流體輸送管路計算的基本方程根據(jù)流體流動的質(zhì)量守恒、動量守恒與能量守恒原理，不可壓縮流體在管路中穩(wěn)定流動時應服從連續(xù)性方程柏努利方程體積平均流速由于流體輸送系統(tǒng)的流速一般不會很低（湍流），因此動能校正系數(shù)

往往接近于1.0。對于流速較低的層流流動，

值與1.0相差較大，但由于動能項在總能量中所占比例很小，也可不加校正。流體輸送管路計算的基本方程根據(jù)流體流動的質(zhì)量守恒、動量守恒3流體輸送管路計算的基本方程輸送單位質(zhì)量流體所需加入的外功，

是決定流體輸送機械的重要數(shù)據(jù)。單位為J/s（或W）對可壓縮流體，若在所取系統(tǒng)兩截面之間流體的絕對壓強變化小于10％，仍可按不可壓縮流體計算，而流體密度以兩截面之間的流體的平均密度

m代替。包括所選截面間全部管路阻力損失若管路輸送的流體的質(zhì)量流量為w（kg/s），則輸送流體所需供給的功率（即流體輸送機械的有效功率）為：如果流體輸送機械的效率為

，則實際消耗的功率即流體輸送機械的軸功率為：注意單位！流體輸送管路計算的基本方程輸送單位質(zhì)量流體所需加入的外功，4管路計算的類型給定流體輸送任務（質(zhì)量流量w或體積流量V、輸送距離l、輸送目標點的靜壓強p2和垂直高差z2）和流體的初始狀態(tài)（靜壓強p1、垂直高差z1）設計型：依據(jù)連續(xù)性方程和柏努利方程對流體輸送系統(tǒng)進行設計或者優(yōu)化操作計算，結合管路的實際條件，合理地確定流速u和管徑d。如果計算結果需要外加輸送功he，則應結合工程造價與操作維修費用兩方面的因素加以考慮。管路計算的類型給定流體輸送任務（質(zhì)量流量w或體積流量5某些流體在管道中常用流速范圍管路計算的類型設計型：費用u設備費總費用操作費u最佳流體種類及狀況常用流速范圍m/s流體種類及狀況常用流速范圍m/s水及一般液體1~3壓力較高的氣體15~25粘度較大的液體0.5~1飽和水蒸氣：

低壓氣體8~158大氣壓以下40~60易燃、易爆的低壓氣體（如乙炔等）<83大氣壓以下過熱水蒸氣20~4030~50某些流體在管道中常用流速范圍管路計算的類型設計型：費用u6管路計算的類型操作型：流體輸送管路系統(tǒng)一定，需計算其輸送能力、輸送壓力和動力消耗等，則用連續(xù)性方程和柏努利方程可求解系統(tǒng)中指定截面處流體的流速u和壓強p以及指定管段的流動阻力損失

hf等，提供操作與控制必需的信息。由于柏努利方程中的流動阻力損失

hf與流速的關系為非線性，故管路的操作型計算一般需要進行試差。若已知阻力損失服從平方或一次方定律時，可將關系式直接代入柏努利方程計算流速，不需進行試差。非線性函數(shù)管路計算的類型操作型：流體輸送管路系統(tǒng)一定，需計算其輸送能7管路計算的一般原則應用柏努利方程時，首先應根據(jù)具體問題在流體流動系統(tǒng)中確定衡算范圍，也就是確定列出柏努利方程的兩截面位置。所選的計算截面既要與流體流動方向垂直（更嚴格地說應與流線垂直），截面上各點的總勢能也應相等。因此截面應選在均勻管段且與管軸線垂直。所選的兩個截面應盡可能是已知條件最多的截面，而待求的參數(shù)應在兩截面上或在兩截面之間。計算重力位能的基準水平面可任取，基準面處流體的重力位能為零。所以若使兩計算截面之一為基準面可使方程簡化。求解方程時應注意各項單位的一致性（J/kg或Pa）。柏努利方程是對穩(wěn)定流動而言，在非穩(wěn)定流動情況下則是針對某一瞬時而言。截面位置的確定：管路計算的一般原則應用柏努利方程時，首先應根據(jù)具體問題在流8【例3-1】容器B內(nèi)保持一定真空度，溶液從敞口容器A經(jīng)內(nèi)徑為30mm導管自動流入容器B中。容器A的液面距導管出口的高度為1.5m，管路阻力損失可按

hf=5.5u2計算（不包括導管出口的局部阻力），溶液密度為1100kg/m3。試計算：送液量每小時為3m3時，容器B內(nèi)應保持的真空度。解：取容器A的液面1-1截面為基準面，導液管出口為2-2截面，在該兩截面間列柏努利方程，有【例3-1】容器B內(nèi)保持一定真空度，溶液從敞口容器A9【例3-1】【例3-1】10【例3-2】水由水箱底部d=30mm的泄水孔排出。若水面上方保持20mmHg真空度，水箱直徑D為1.0m，盛水深度1.5m，試求(1)能自動排出的水量及排水所需時間；(2)如在泄水孔處安裝一內(nèi)徑與孔徑相同的0.5m長的導水管（虛線所示），水箱能否自動排空及排水所需時間（流動阻力可忽略不計。）解：(1)設t時箱內(nèi)水深H，孔口流速為u0，以孔口面為基準面，在水面與孔口截面間列柏努利方程，有【例3-2】水由水箱底部d=30mm的泄水孔排出。若11【例3-2】設dt時間內(nèi)液面下降高度為dH，由物料衡算得u0=0時，不再有水流出，此時【例3-2】設dt時間內(nèi)液面下降高度為dH，由物料衡12【例3-2】(2)t時刻，以導管出口為基準面，在水箱液面與導管出口間列柏努利方程，有箱內(nèi)水排空，H=0，導管內(nèi)流速u0=1.50m/s，水能全部排出。所需時間為問題：管內(nèi)流速u0與D，d有關嗎？若有，會在式中哪一項出現(xiàn)？【例3-2】(2)t時刻，以導管出口為基準面，在水箱液13直管阻力損失粘性流體在管內(nèi)流動，由于內(nèi)摩擦所引起的機械能損失。用范寧摩擦因子將阻力表達為壁面處的剪應力根據(jù)柏努利方程中各項的物理意義和直管阻力表達式，可將直管阻力損失hf表達為單位質(zhì)量流體克服壁面處內(nèi)摩擦力所做的功。當流體以平均流速u通過內(nèi)徑為d、長度為l的一段管道時，其阻力損失應為內(nèi)摩擦功率與質(zhì)量流率之比，即：直管阻力損失的計算方法式中范寧摩擦因子f或摩擦系數(shù)

的計算式均已在前一章推出，直管阻力損失粘性流體在管內(nèi)流動，由于內(nèi)摩擦所引起的機械能損14工業(yè)管道的當量粗糙度（roughness）

經(jīng)驗方程是在圓截面人工粗糙管道中，根據(jù)流體流動阻力損失的實驗數(shù)據(jù)由

與無因次準數(shù)Re和/d進行關聯(lián)的結果。應用經(jīng)驗方程應注意幾何相似和實驗參數(shù)范圍。實際問題往往不能與實驗條件保持嚴格的幾何相似，工程上采取當量尺寸的方式使之近似相似并在原經(jīng)驗方程的基礎上加以修正。采用與人工粗糙管相同的實驗方法測定一系列工業(yè)常見管道的摩擦系數(shù)值

后，反算出與之相當?shù)拇植诙?/p>

。管道類別e

,mm管道類別e,mm金屬管無縫黃鋼管、銅管及鉛管0.01~0.05非金屬管干凈玻璃管0.0015~0.01新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管0.1~0.2橡皮軟管0.01~0.03新的鑄鐵管0.3木管道0.25~1.25具有輕度腐蝕的無縫鋼管0.2~0.3陶土排水管0.45~6.0具有顯著腐蝕的無縫鋼管0.5以上很好整平的水泥管0.33舊的鑄鐵管0.85以上石棉水泥管0.03~0.8工業(yè)管道的當量粗糙度（roughness）經(jīng)驗方程是在圓15直管阻力損失非圓形截面管道流體流動的阻力損失可采用圓形管道的公式來計算，只需用當量直徑de來代替圓管直徑d當量直徑定義：流體浸潤周邊即同一流通截面上流體與固體壁面接觸的周長非圓形截面管道的當量直徑abr2r1直管阻力損失非圓形截面管道流體流動的阻力損失可采用圓形管道的16非圓形截面管道的當量直徑采用當量直徑計算非圓形截面管道的Re，穩(wěn)定層流的判據(jù)仍然是Re＜2000。計算阻力系數(shù)時，僅以當量直徑de代替圓形截面直管阻力計算公式中的d，并不能達到幾何相似的滿意修正，因此需要對計算結果的可靠性作進一步考察。一些對比研究的結果表明，湍流情況下一般比較吻合，但與圓形截面幾何相似性相差過大時，例如環(huán)形截面管道或長寬比例超過3:1的矩形截面管道，其可靠性較差。層流情況下可直接采用以下修正公式計算：非圓形管的截面形狀de常數(shù)C非圓形管的截面形狀de常數(shù)C正方形，邊長為aa57長方形，長2a，寬a1.3a62等邊三角形，邊長a0.58a53長方形，長4a，寬a1.6a73環(huán)形，環(huán)寬=(d2-d1)/2(d2-d1)96

非圓形截面管道的當量直徑采用當量直徑計算非圓形截面管道的R17局部阻力損失計算管路系統(tǒng)中的閥門、彎頭、縮頭、三通等各種閥件、管件不僅會造成摩擦阻力(skin-friction)，還有流道急劇變化造成的形體阻力(form-friction)，產(chǎn)生大量旋渦而消耗機械能。流體流過這些閥件、管件處的流動阻力稱為局部阻力。局部阻力損失計算局部阻力系數(shù)法：當量長度法：

——局部阻力系數(shù)le——

當量長度局部阻力損失計算管路系統(tǒng)中的閥門、彎頭、縮頭、三通等各種閥18局部阻力損失計算100mm的閘閥1/2關le=

22m100mm的標準三通le=

2.2m100mm的閘閥全開le=

0.75m局部阻力損失計算100mm的閘閥1/2關le=19【例3-3】溶劑由容器A流入B。容器A液面恒定，兩容器液面上方壓力相等。溶劑由A底部倒U型管排出，其頂部與均壓管相通。容器A液面距排液管下端6.0m，排液管為

60×3.5mm鋼管，由容器A至倒U型管中心處，水平管段總長3.5m，有球閥1個(全開)，90°標準彎頭3個。試求：要達到12m3/h的流量，倒U型管最高點距容器A內(nèi)液面的高差H。（=900kg/m3，=0.6×10-3Pa·s）。解：溶劑在管中的流速取鋼管絕對粗糙度【例3-3】溶20【例3-3】/d=5.6610-3Re=1.2105

=0.032

【例3-3】/d=5.6610-3Re=21【例3-3】查圖得摩擦系數(shù)管進口突然縮小90°的標準彎頭球心閥（全開）以容器A液面為1-1截面，倒U型管最高點處為2-2截面，并以該截面處管中心線所在平面為基準面，列柏努利方程有【例3-3】查圖得摩擦系數(shù)管進口突然縮小90°的標準彎22【例3-4】用泵向壓力為0.2MPa的密閉水箱供水，流量為150m3/h，泵軸中心線距水池和水箱液面的垂直距離分別為2.0m和25m。吸入、排出管內(nèi)徑為205mm和180mm。吸入管長10m，裝有吸水底閥和90°標準彎頭各一；排出管長200m，有全開閘閥和90°標準彎頭各一。試求泵吸入口處A點的真空表讀數(shù)和泵的軸功率（設泵的效率為65%）。解：

＝1000kg/m3，

＝1.0×10-3Pa﹒s，設吸入和排出管內(nèi)流速為uA和uB，則【例3-4】用泵23【例3-4】取管壁絕對粗糙度0.3mm，則查圖得摩擦系數(shù)水泵吸水底閥90°的標準彎頭閘閥（全開）【例3-4】取管壁絕對粗糙度0.3mm，則查圖得摩擦系數(shù)24【例3-4】取水池液面1-1截面為基準面，泵吸入點處A為2-2截面，在該兩截面間列柏努利方程，有【例3-4】取水25【例3-4】泵的軸功率又取水箱液面為3-3截面，在1-1與3-3截面間列柏努利方程有管路質(zhì)量流量由于排出管路較長，與直管阻力相比，中的局部阻力損失可忽略不計，所以【例3-4】泵的軸功率26流體輸送管路計算流體在管路中流動的規(guī)律與電流在電路中的流動相似，其分析也類似。無論實際管路有多復雜，總是可以分解為簡單管路、并聯(lián)管路與分支管路三種基本類型的組合。依據(jù)連續(xù)性方程、柏努利方程和流動阻力損失的計算方法對每一種基本管路進行分析，是流體輸送管路設計的基礎。流體輸送管路計算流體在管路中流動的規(guī)律與電流在電路中的流動27簡單管路計算(1)通過各段管路的質(zhì)量流量不變，即服從連續(xù)性方程簡單管路即無分支的管路，既可以是等徑、也可以由不同管徑或截面形狀的管道串聯(lián)組成。簡單管路的基本特點是：對于不可壓縮流體，體積流量也不變(2)全管路的流動阻力損失為各段直管阻力損失及所有局部阻力之和用柏努利方程進行簡單管路的計算，要根據(jù)上述特點并視已知條件和要解決的問題而選擇具體的計算方法。簡單管路計算(1)通過各段管路的質(zhì)量流量不變，即服從連續(xù)性28并聯(lián)管路計算(1)主管中的質(zhì)量流量等于并聯(lián)各支管內(nèi)質(zhì)量流量之和對于不可壓縮流體(2)任一并聯(lián)處流體的勢能（位能與靜壓能之和）唯一，由柏努利方程可以知從分流點A至合流點B，單位質(zhì)量的流體無論通過哪一根支管，阻力損失都相等，即各管段的阻力損失為式中是包括局部阻力當量長度在內(nèi)的支管阻力計算長度并聯(lián)管路計算(1)主管中的質(zhì)量流量等于并聯(lián)各支管內(nèi)質(zhì)量流量29并聯(lián)管路計算任意兩支管i、j的流量分配比為(3)并聯(lián)各支管流量分配具有自協(xié)調(diào)性。并聯(lián)管路計算任意兩支管i、j的流量分配比為(3)并聯(lián)30分支管路計算對不可壓縮流體即為分支點既可以是分流點，也可以是交匯點，這取決于支管上流體的流向。在任一個分支點處，若支管段內(nèi)流體的機械能小于該點處主管上的值，則主管上的流體向支管分流；反之則由支管向主管交匯。(1)主管質(zhì)量流量等于各支管質(zhì)量流量之和。對如圖所示的管路系統(tǒng)，可以表示為以分流為例，分支管路的特點是：分支管路計算對不可壓縮流體即為分支點既可以是分流點，也可以31分支管路計算設計時必須滿足能量需求最大的支管的輸送要求，其它支管可以通過改變管路阻力的方法調(diào)節(jié)流體機械能大小。(2)從分支點出發(fā)可對各支管列柏努利方程，對不可壓縮流體有分支管路計算設計時必須滿足能量需求最大的支管的輸送要求，其它32分支管路計算上述機械能衡算方程中沒有考慮分支點處流體分流或合流的阻力損失和機械能轉(zhuǎn)換。這是由流體在交點處動量交換而引起的，與各流股的流向、流速都有關，十分復雜。工程上用分流三通或合流三通局部阻力系數(shù)

予以表達，并通過實驗測定不同情況下

的值。

可正可負，流體通過交叉點后，機械能若有所減少，則

為正；反之為負。無論分流或交匯，分支管路系統(tǒng)各支管與主管之間都相互牽制，任何一條支管流動狀況的改變都會影響到系統(tǒng)內(nèi)所有的支管，因此管路計算較為復雜。一般原則是逆著流動方向，由遠而近對每一個分支點進行分解，逐一列出方程，編程上機計算。分支管路計算上述機械能衡算方程中沒有考慮分支點處流體分流或合33分支管路計算進行復雜管路計算時所選的兩個截面之間包含有分支點且必須要考慮流體在該點處分流或合流的能量改變時，就可以將其統(tǒng)一包含在柏努利方程中的阻力損失項

hf之中分支管路計算進行復雜管路計算時所選的兩個截面之間包含有分支點34分支管路計算分支管路計算35【例3-5】一水動力機械從水庫引水噴射，設計流量400m3/h，噴嘴出口處射流速度32m/s。噴口處距水庫液面垂直距離80m，引水管長300m（包括局部阻力的當量長度）。試計算：適宜的引水管直徑。（水的密度為1000kg/m3，粘度為1.305×10-3Pa·s）解：設管內(nèi)流速為u，噴嘴出口處為u0，由水庫水面到噴嘴出口列柏努利方程，有80m【例3-5】36【例3-5】80m取管壁絕對粗糙度

=0.3mm管內(nèi)湍流

值大致為0.02～0.04，取一

的初值，計算出相應的d和Re，代入上式得到

的計算值，與初設值比較并根據(jù)差值大小決定如何修改初設值，直到滿意的計算精度。可見，當d未知時，/d

和Re不確定，

也不能確定，因而不能直接求取d，需采用試差法求解。

、/d

、Re三個參數(shù)均含于摩擦系數(shù)關聯(lián)式中【例3-5】80m取管壁絕對粗糙度管內(nèi)湍流值大致為37【例3-6】如圖所示的輸水管路系統(tǒng)，泵出口分別與B，C兩容器相連。已知泵吸入管路內(nèi)徑為50mm，有90°標準彎頭和吸水底閥各一個；AB管段長20m，管內(nèi)徑為40mm，有截止閥一個；AC管段長20m，管內(nèi)徑為30mm，有90°標準彎頭和截止閥各一個。水池液面距A點和容器C的液面垂直距離分別為2m和12m。容器C內(nèi)氣壓為0.2MPa（表）。試求：(1)測得泵送流量為15m3/h，泵的軸功率為2.2kW時，兩分支管路AB及AC的流量。(2)泵送流量不變，要使AC管路流量大小與上問計算值相同但水流方向反向，所需的泵的軸功率。（取泵的效率為60%，=1000kg/m3，=1.0×10-3Pa·s）【例3-6】如圖所示的輸水管路系38【例3-6】解：（1）首先判斷兩分支管路中水的流向。為此，以水池液面為基準面，分別在水池液面與A點間、A點與容器C的液面間、A點與管路B出口間列柏努利方程，有查得管路局部阻力系數(shù)如下：水泵吸水底閥（管內(nèi)徑50mm）90°的標準彎頭截止閥（全開）管出口（突然擴大）【例3-6】解：（39【例3-6】泵入口管路流速忽略入口管路直管阻力，則EC>EA>EB，所以水將由容器C流出，與泵聯(lián)合向容器B供水?！纠?-6】泵入口管路流速忽略入口管路直管阻力，則EC>40【例3-6】uC需試差。步驟：初設uC，算Re，由Re與

/d按摩擦系數(shù)計算式試差計算出一個

值，將該

值和初設的uC代入比較等式兩邊計算值，直到滿意的計算精度?！纠?-6】uC需試差。步驟：初設uC，算Re，由R41【例3-6】(2)要達到由泵向容器C輸水4.12m3/h，管路系統(tǒng)要求泵提供的軸功率必須增加。由分支管路特點，在水池液面與容器C的液面和管路B出口處分別列柏努利方程有此條件下水在AB管段的流速【例3-6】(242【例3-6】要完成此輸送任務AC分支管路需泵提供的能量heC大于AB分支管路的heB，泵的軸功率應滿足AC管路的要求，所以AB管路則通過減小該支管上截止閥的開啟度、增加管路阻力，滿足流量分配要求。由/dB和Re值查圖得

B=0.035【例3-6】要完成此輸送任務AC分支管路需泵提供的能量43【例3-7】解：設三角形支管內(nèi)流動均進入了阻力平方區(qū)，因此根據(jù)各支管的

/d值可直接查出或計算出相應的摩擦系數(shù)

三角形供水管網(wǎng)，總管流量為1.2m3/s，各支管長度分別為l1=600m、l2=600m、l3=800m，管徑分別為d1=0.65m、d2=0.6m、d3=0.5m。通過調(diào)節(jié)使CD支管流量為BE支管流量的1.5倍。試求：管網(wǎng)中各管的流量。

=1000kg/m3，

=1.0×10-3Pa·s，

=0.25mm，不計局部阻力損失?！纠?-7】解：設三角形支管內(nèi)流動均進入了阻力平方區(qū)，因此44【例3-7】依據(jù)題意和連續(xù)性方程，各支管流量之間有如下關系各支管阻力損失為按管網(wǎng)的流向，并根據(jù)并聯(lián)管路特點有聯(lián)立求解方程組可得【例3-7】依據(jù)題意和連續(xù)性方程，各支管流量之間有如下關系45【例3-7】在此流量分配下，校核

值。各支管的Re數(shù)為可見，各支管的流動的確已進入或十分接近阻力平方區(qū)，原假設成立，上述計算結果有效?！纠?-7】在此流量分配下，校核值?？梢?，各支管的流46可壓縮流體的管路計算從歐拉方程出發(fā)可導出單位質(zhì)量理想流體沿跡線微小位移過程中壓力梯度與重力作功引起流體動能的改變量對圓管中的穩(wěn)態(tài)流動，跡線與流線重合，沿跡線的微小位移等價于沿管軸線流動的微元長度dl。對實際粘性流體，在該微元流動長度內(nèi)摩擦力作功應為摩擦力作功總是使流體機械能減少在一定條件下積分上式即可得到可壓縮粘性流體在直管內(nèi)流動的機械能衡算方程?？蓧嚎s流體的管路計算從歐拉方程出發(fā)可導出單位質(zhì)量理想流體沿47可壓縮流體的管路計算用質(zhì)量流速G將流速u表達為：式中流體比容同時將Re表達為由于摩擦系數(shù)=(Re,/d)，對等徑管而言，d、G為常數(shù)，在等溫或溫度改變不大的情況下氣體粘度

也基本為常數(shù)，即Re數(shù)和

／d均為常數(shù)因此

沿管長不變。在此條件下有：可壓縮流體的管路計算用質(zhì)量流速G將流速u表達為：48可壓縮流體的管路計算氣體比容的變化一般可按理想氣體p-V-T關系處理：等溫過程絕熱過程多變過程

、k—氣體的絕熱指數(shù)和多變指數(shù)選取適合過程特征的表達式即可積分得到粘性氣體輸送管路計算基本公式。以多變過程為例：由于氣體密度小其位能改變可以忽略不計，積分上式可得可壓縮流體的管路計算氣體比容的變化一般可按理想氣體p-V49可壓縮流體的管路計算平均壓強可壓縮流體在直管內(nèi)流動的靜壓能下降，一部分用于流體膨脹動能增加，另一部分用于克服摩擦阻力損失。若流體膨脹程度不大，上式右端括號中第一項可以忽略，則與不可壓縮流體水平直管中流動的柏努利方程相一致。管路設計時是否按可壓縮流體處理主要是看流體膨脹的程度，并結合上式右端括號中兩項的相對大小來判定。平均密度代入上式并整理可得等溫過程k=1，從上式可得可壓縮流體的管路計算平均壓強可壓縮流體在直管內(nèi)流動的靜壓能50【例3-8】解：煤氣的平均密度為煤氣質(zhì)量流速忽略輸送管線兩端的高差，對等溫流動壓強0.32MPa(表壓)，溫度298K的煤氣，以0.35Nm3/s的流量送往150m(包括局部阻力的當量長度)外的燃燒噴嘴。要求進噴嘴前煤氣的壓強不低于0.07MPa(表壓)，求煤氣輸送管道直徑。(假設流動為等溫，煤氣平均分子量為13，粘度為1.61×10-5Pa·s，大氣壓強為0.1MPa)【例3-8】解：煤氣的平均密度為煤氣質(zhì)量流速忽略輸送管51【例3-8】取管道設選用DN40的水煤氣管，管內(nèi)徑整理得代入數(shù)據(jù)若等式右端小于等式左端，則可滿足要求【例3-8】取管道設選用DN40的水煤氣管，管內(nèi)徑整理52【例3-8】查圖查得

=0.029，得用DN50管，流動阻力損失小于允許的壓降，且略有裕量。表明若使用DN40管，管路允許的壓降

p不足以克服流動阻力，因此應加大管徑以降低阻力。重選DN50管，管內(nèi)徑由圖查得

=0.031，故【例3-8】查圖查得=0.029，得用DN50管53非牛頓流體流動與阻力計算塑性流體K——稠度系數(shù)n——流變指數(shù)非牛頓流體的主要類型及本構方程假塑性流體與漲塑性流體(冪律流體)——表觀粘度n＝1牛頓流體；n＜1假塑性流體；n＞1漲塑性流體。假塑性流體出現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象(如不對稱長鏈高分子)；漲塑性流體出現(xiàn)剪切增稠現(xiàn)象(如水中含有淀粉硅酸鉀和阿拉伯樹膠等的混合體系)。非牛頓流體流動與阻力計算塑性流體K——稠度系數(shù)非牛頓54冪律流體管內(nèi)流動的阻力損失注意到柱座標系下du/dr<0，則得到可采用與牛頓型流體相同的公式對圓管內(nèi)的層流流動，根據(jù)動量守恒定律，將壁面處的剪應力和阻力損失的關系式推廣到任意半徑位置則為積分上式并利用邊界條件r=R，u=0，代入冪律流體圓管內(nèi)流速分布冪律流體管內(nèi)流動的阻力損失注意到柱座標系下du/dr<55冪律流體管內(nèi)流動的阻力損失按管內(nèi)體積平均流速的定義得將各有關量代入范寧（Fanning）摩擦因子定義式并整理得最大流速umax在管中心r=0處冪律流體管內(nèi)流動的阻力損失按管內(nèi)體積平均流速的定義得將各56冪律流體管內(nèi)流動的阻力損失——非牛頓流體的廣義雷諾數(shù)n=1Re*

Re（牛頓流體）通過實驗關聯(lián)得到冪律流體在光滑圓管內(nèi)湍流流動的摩擦因子經(jīng)驗方程冪律流體管內(nèi)流動的阻力損失——非牛頓流體的廣義雷諾數(shù)n57管路特性曲線對任一個包含流體輸送機械在內(nèi)的管路系統(tǒng)，柏努利方程表達了從輸送起點（低機械能點）截面1-1到目標點（高機械能點）截面2-2之間流體的能量轉(zhuǎn)換關系。由直管阻力損失計算式和局部阻力損失計算式可知單位重量流體為基準的柏努利方程式中各項單位為m流體柱，其中HL=He/g，

Hf=

hf/g。為了提高流體的機械能并克服管路系統(tǒng)的阻力損失，必須要求流體輸送機械向每單位重量流體提供的機械能為管路特性曲線對任一個包含流體輸送機械在內(nèi)的管路系統(tǒng)，柏努利58管路特性曲線根據(jù)管路中的流速u與體積流量V的關系，可寫為——管路特性方程對一定的管路系統(tǒng)，僅摩擦系數(shù)

與流量有關。湍流時，

變化較小；進入阻力平方區(qū)，

與流量無關。表述管路系統(tǒng)輸送流體的流量與所需機械能的關系。若令管路特性曲線根據(jù)管路中的流速u與體積流量V的關系，59管路特性曲線管路的揚程或壓頭（單位為m流體柱）管路特性曲線：代表管路特性方程的曲線。對給定的管路，（

p/g+z）固定不變，所以K值代表了管路系統(tǒng)的阻力特性。高阻管路K值大，如圖中曲線2所示，曲線更陡峭，表明完成同樣的流體輸送任務需要提供更大的揚程。注意：揚程HL

與

z

的區(qū)別物理意義：將流體提升HL的高度而使其具有的位能。管路特性曲線管路的揚程或壓頭（單位為m流體柱）管路特性60流速與流量的測量

Measurementofvelocityandflowrate流速是流體運動最為基本的參數(shù)。精確測量各種流場中的流速分布是現(xiàn)代測試技術的重點研究與發(fā)展方向之一。采用激光多普勒測速、熱絲測速、高速攝影等技術配以計算機自動采樣和圖像分析可以提供流場內(nèi)部非常詳盡的流速分布信息。本節(jié)重點介紹工業(yè)上常見的以流體運動的守恒原理為基礎的流速、流量測量裝置及其測量原理。測速管（Pitottube）原理：由流體沖壓能（動壓能與靜壓能之和）與靜壓能之差檢測流速。結構：為一同心套管，內(nèi)管前端開口，外管前端封閉，距端頭一定距離在外管壁上沿周向開有幾個小孔。流速與流量的測量

Measurementofveloci61測速管（Pitottube）由于內(nèi)管前端開口A正對來流方向，來流必在A點（駐點）處停滯。來流的動能在駐點處將全部轉(zhuǎn)化為勢能。由柏努利方程忽略測速管本身對流速的干擾以及A、B兩點間流體的阻力損失，則在來流與B點之間的柏努利方程為對指示液密度為

0的U型管差壓計：由于A、B相距很近，其垂直位差可忽略不計。測速管（Pitottube）由于內(nèi)管前端開口A正對來流62測速管（Pitottube）為了盡可能滿足測速管的測量原理，應注意：(1)保證內(nèi)管開口截面嚴格垂直于來流方向；(2)測點應位于均勻流速段。通常上、下游應有50倍管徑的直管長度，大管徑的倍數(shù)可適當減少。(3)盡量減少測速管對流動的干擾，一般選取測速管直徑應小于管徑的1/50。優(yōu)點：結構簡單，對被測流體的阻力小，尤其適用于低壓、大管道氣體流速的測量。缺點：輸出的壓差信號較小，一般需要放大后才能較為精確地顯示其讀數(shù)。測速管測得的是點速度，若以流量為測量目的，還必須在同一截面上進行多點測量積分求算或求其平均流速進而求得流量。在已知流速分布規(guī)律的情況下，例如圓管內(nèi)層流或湍流，就可以通過一個點或若干點的測量值進行推算。測速管（Pitottube）為了盡可能滿足測速管的測量原理63孔板流量計（OrificeMeter）原理：通過改變流體在管道中的流通截面積而引起動能與靜壓能改變來檢測流量。結構：其主要元件是在管道中插入的一塊中心開圓孔的板。用U型管測量孔板前后的壓力變化。流體流經(jīng)孔板時因流道縮小，動能增加，且由于慣性作用從孔口流出后繼續(xù)收縮形成一最小截面（縮脈）2-2。該截面處流速最大因而靜壓相應最低。在孔板前上游截面1-1與2-2截面之間列柏努利方程孔板流量計（OrificeMeter）原理：通過改變流體64孔板流量計（OrificeMeter）由于縮脈截面的準確位置及截面積難于確定，無法確定u2、p2的對應關系。加上未計實際流體通過孔板的阻力損失等因素，一般工程上采用規(guī)定孔板兩側測壓口位置，用孔口流速u0代替u2并相應乘上一個校正系數(shù)C的辦法進行修正，即根據(jù)連續(xù)性方程，對不可壓縮流體孔板流量計（OrificeMeter）由于縮脈截面的準確65孔板流量計（OrificeMeter）若U形管指示液密度為

0，則C0——孔板流量系數(shù)（孔流系數(shù)）與管內(nèi)的Re和孔板開孔直徑比d0/d1以及取壓方式、孔板加工與安裝情況等多方面因素有關，一般由實驗測定。按照規(guī)定方式加工、安裝的標準孔板流量計，孔流系數(shù)C0可以表示為孔板流量計（OrificeMeter）若U形管指示液66孔板流量計（OrificeMeter）實驗測得一系列條件下的C0值，發(fā)現(xiàn)當Red增加到某個值以后，C0值即不再隨其改變而僅由孔板加工參數(shù)d0/d1決定。因此設計或選用孔板流量計應盡量使其工作在該范圍內(nèi)，C0值為常數(shù)，一般在0.6-0.7之間。優(yōu)點：是構造簡單，制作、安裝都方便因而應用十分廣泛。缺點：被測介質(zhì)阻力損失大，原因在于孔板的銳孔結構使流體流過時產(chǎn)生突然縮小和突然擴大的局部阻力損失。m=(d0/d1)2孔板流量計（OrificeMeter）實驗測得一系列條件67文丘里流量計（VenturiMeter）原理：通過改變流體流通截面積引起動能與靜壓能改變來進行測量，其原理與孔板流量計相同。結構：采取漸縮后漸擴的流道，避免使流體出現(xiàn)邊界層分離而產(chǎn)生旋渦，因此阻力損失較小。文丘里流量計的計算公式仍可采用孔板流量計的形式，所不同的是用文丘里流量系數(shù)CV代替其中的孔流系數(shù)C0，即式中CV也隨Red和文丘里管的結構而變，由實驗標定。在湍流情況下，喉徑與管徑比在0.25-0.5的范圍內(nèi)，CV的值一般為0.98~0.99。文丘里流量計（VenturiMeter）原理：通過改變流體68轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）原理：錐形管中流體在可以上下浮動的轉(zhuǎn)子上下截面由于壓差（p1－p2）所形成的向上推力與轉(zhuǎn)子的重力相平衡。穩(wěn)定位置與流體通過環(huán)隙的流速u0有關。式中Af與Vf分別為轉(zhuǎn)子截面積（最大部份）和體積結構：在上大下小的垂直錐形管內(nèi)放置一個可以上下浮動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子材料的密度大于被測流體。當向上推力與轉(zhuǎn)子的重力相平衡時：轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）原理：錐形管中流體在可以上69轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）由柏努利方程將（p1－p2）表達為表明流體在轉(zhuǎn)子上、下兩端面處產(chǎn)生壓差的是流體在兩截面的位能差和動能差。壓差作用于轉(zhuǎn)子上的力即稱為浮力。由連續(xù)性方程，轉(zhuǎn)子上、下兩端面處流體的速度應有如下關系其中A1、A0分別為錐形管面積和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定高度z2處的環(huán)隙流通截面積。轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）由柏努利方程將（p1－p270轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）將其代入并用轉(zhuǎn)子截面積Af通乘各項，得將轉(zhuǎn)子受力平衡式代入上式，并用轉(zhuǎn)子體積Vf代替式中的（z2-z1）Af，推得轉(zhuǎn)子流量計中流體的流速為式中CR為轉(zhuǎn)子流量計校正系數(shù)（也稱為流量系數(shù)），包含了以上推導過程中尚未考慮到的轉(zhuǎn)子形狀與流動阻力等因素的影響。轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）將其代入并用轉(zhuǎn)子截面積A71轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）轉(zhuǎn)子形狀不同，CR~Re的變化規(guī)律不一樣，CR為常數(shù)時的Re數(shù)也不同。設計或選用轉(zhuǎn)子流量計時，應在CR為定值范圍內(nèi)工作。A0是環(huán)隙面積，正比于轉(zhuǎn)子所在的高度。流量標定：20℃的水或者20℃、0.1MPa的空氣?？潭葥Q算：CR為常數(shù)，同一刻度位置CR為定值，不論轉(zhuǎn)子位置的高低、流量的大小，環(huán)隙速度u0始終為一常數(shù)，據(jù)此可以按下式標定轉(zhuǎn)子流量計的流量轉(zhuǎn)子流量計（Rotameter）轉(zhuǎn)子形狀不同，CR~Re72【例3-9】在

60×3.5mm的管路中安裝有一孔徑為30mm的標準孔板流量計，管內(nèi)輸送20℃的液態(tài)苯。試確定：（1）流量多少時，孔流系數(shù)C0與流量無關以及（2）該流量下孔板壓差計所檢測到的壓差。解：由附錄查得20℃時苯的密度

=879kg/m3，粘度

=0.737×10-3Pa·s。由圖3-13查得，該孔板的孔流系數(shù)C0為定值的最小Re為1.05×105，與此Re數(shù)對應，本題條件下苯的流量為【例3-9】在6073【例3-9】在

60×3.5mm的管路中安裝有一孔徑為30mm的標準孔板流量計，管內(nèi)輸送20℃的液態(tài)苯。試確定：（1）流量多少時，孔流系數(shù)C0與流量無關以及（2）該流量下孔板壓差計所檢測到的壓差。即管內(nèi)苯的流量達3.66×10-3m3/s后，孔流系數(shù)C0為一定值，由圖3-13查得C0=0.64。與該流量對應的孔板壓差計所檢測到的壓差為【例3-9】在6074流體輸送機械(Pumps,fans,blowersandcompressors)流體輸送機械：為流體提供機械能的機械設備。工業(yè)流體的種類及輸送方式與要求多種多樣，因此流體輸送機械的種類繁多。泵（Pumps）：輸送液體的機械壓縮機或風機（Compressorsandblowers）：輸送氣體的機械。真空泵（Vacuumpumps）：負壓條件下工作的壓縮機。流體輸送機械(Pumps,fans,blowersa75流體輸送機械(Pumps,fans,blowersandcompressors)按其工作原理，泵與壓縮機又可分為：本節(jié)以離心泵為代表重點討論其工作原理、結構和工作特性。對其它類型的流體輸送機械僅作一般性介紹。更多的專業(yè)性知識應隨時從該行業(yè)新近出版的技術手冊、專著或?qū)I(yè)科技期刊中得以補充。⑴離心式、軸流式（統(tǒng)稱葉輪式）：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得動能并轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能；⑵容積式或正位移式（往復式、旋轉(zhuǎn)式）：利用活塞或轉(zhuǎn)子的周期性擠壓使流體獲得靜壓能與動能；⑶流體動力式：利用流體高速噴射時動能與靜壓能相互轉(zhuǎn)換的原理吸引輸送另一種流體。流體輸送機械(Pumps,fans,blowersa76離心泵（CentrifugalPumps）離心泵是典型的高速旋轉(zhuǎn)葉輪式液體輸送機械，在泵類機械中具有很好的代表性。離心泵的結構和工作原理葉輪（Impeller）泵殼（Volute）特點：泵的流量與壓頭靈活可調(diào)、輸液量穩(wěn)定且適用介質(zhì)范圍很廣。自吸：泵內(nèi)液體在葉輪中心入口處因加速而減壓，使泵外液體在勢能差的推動下被連續(xù)地吸入泵內(nèi)。離心泵（CentrifugalPumps）離心泵是典型的77離心泵的理論流量考察葉輪對液體作功，實際上是考察液體流經(jīng)旋轉(zhuǎn)葉輪的過程中機械能的增加。在離心泵葉輪進口點1與出口點2處，速度三角形的大小和形狀直接與泵的流量、壓頭和功率相關。速度三角形底邊（牽連速度）的大小由葉輪的轉(zhuǎn)速

及液體所在位置的半徑r決定，即在葉輪中任意點處液體的絕對速度等于該點處牽連速度與相對速度的矢量和液體在葉輪中的運動由隨葉輪旋轉(zhuǎn)的切向速度u（牽連速度）和沿葉片表面相對于葉輪的相對速度w（其方向為流體質(zhì)點所在葉片處的切線方向）兩部分組成。離心泵的理論流量考察葉輪對液體作功，實際上是考察液體流經(jīng)旋轉(zhuǎn)78離心泵的理論流量速度三角形的高（液體相對于葉輪的徑向流速）cr代表泵輸液量的大小。離心泵的理論流量：假定流體與葉輪的相對運動軌跡與葉片的形狀完全一致（即葉片數(shù)無限多的理想葉輪），從理論上可確定液流在葉輪進、出口處的速度三角形，根據(jù)余弦定理：D1、D2為葉輪進、出口直徑，b1、b2

為葉輪進、出口處流道寬度，

1、

2

為葉片厚度

占據(jù)空間使流道面積減小系數(shù)離心泵的理論流量速度三角形的高（液體相對于葉輪的徑向流速）c79離心泵的理論流量假設液體為理想流體，沿任何一個葉片對葉輪進出口截面列柏努利方程，可得單位重量流體從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得的機械能，即離心泵的理論壓頭或揚程由此可見，葉輪提供給流體的能量既增加其動能，也增加其靜壓能，可由葉輪進、出口處的速度三角形確定。水平安裝的離心泵，以軸線所在平面為基準面，葉輪上任意點處液體的重力位能將周期性地經(jīng)歷正、負變化，就時均而言重力作用相互抵消，則離心泵的理論流量假設液體為理想流體，沿任何一個葉片對葉輪進出80離心泵的理論流量可以證明離心力場作用下的理想流體在以葉輪中心線為軸線，且隨葉輪一起勻速旋轉(zhuǎn)的柱坐標系中的運動規(guī)律也服從歐拉方程。在旋轉(zhuǎn)坐標系中液體的速度為w，液體所受的體積力g主要是半徑方向的離心力（重力的作用已忽略不計）上述條件下，液體質(zhì)點在理想葉輪上的運動是軸對稱的，運動跡線順著葉片的走向。類似于重力場中理想流體柏努利方程的推導方法，用速度矢量點乘（柱坐標系）歐拉方程的每一項，并利用旋轉(zhuǎn)柱坐標系中的軸對稱條件，得式中wr為w的徑向分量，也就是速度三角形的高

cr。離心泵的理論流量可以證明離心力場作用下的理想流體在以葉輪中心81離心泵的理論流量液體在葉輪上沿葉片運動dt

時間內(nèi)獲得動能的增量為：從葉輪的入口到出口積分上式而得以葉輪進、出口速度三角形參數(shù)表達的離心泵理論壓頭公式或?qū)⑸鲜胶喕癁椋弘x心泵的理論流量液體在葉輪上沿葉片運動dt時間內(nèi)獲得動能82影響離心泵理論壓頭的因素由離心泵理論壓頭H

的計算公式可知凡是影響速度三角形的因素都會影響H

。除葉輪的轉(zhuǎn)速等顯而易見的因素外，葉片的幾何參數(shù)和泵的流量也是重要的影響因素。當入口速度三角形的夾角a1等于90o，即液體從半徑方向進入葉輪（無預旋進液）時，理論壓頭H

最大。又根據(jù)葉輪出口處速度三角形，有可以將相對速度w2

表達為理論流量V

的函數(shù)上式代表了無預旋進液的離心泵理論壓頭與理論流量及出口處葉片幾何參數(shù)的關系影響離心泵理論壓頭的因素由離心泵理論壓頭H的計算公式可83影響離心泵理論壓頭的因素根據(jù)葉片的離角或流動角

2，可將葉片分為三類：上述

2

與H

的關系是對葉輪向液體傳遞的總能量的影響。（1）徑向葉片：

2=90o，ctg

2=0，H

與V

無關；（2）后彎葉片：

2<90o，ctg

2>0，H

隨V

增加而減少；（3）前彎葉片：

2>90o，ctg

2

<0，H

隨V

增加而增加。影響離心泵理論壓頭的因素根據(jù)葉片的離角或流動角2，可將84影響離心泵理論壓頭的因素總壓頭H

=動壓頭Hdyn+勢壓頭Hpot離心泵作為液體輸送機械其目的是提高勢壓頭以克服輸送阻力，因此設置蝸殼使流體的動壓頭轉(zhuǎn)換成勢壓頭。但轉(zhuǎn)換過程必然有機械能損耗，因此應盡量提高葉輪直接提供給液體的勢壓頭Hpot在總壓頭H

中所占的比例。以

R

（又稱為反作用度）代表該比例由葉輪進出口處速度三角形可知影響離心泵理論壓頭的因素總壓頭H=動壓頭Hdyn85影響離心泵理論壓頭的因素由于無預旋進液a1=90o，且大部分情況下葉輪進、出口徑向速度分量cr2

cr1，所以（1）徑向葉片：

2=90o，cos

2=0，

R=1/2；（2）后彎葉片：

2<90o，cos

2>0，

R>1/2

；（3）前彎葉片：

2>90o，cos

2

<0，

R<1/2

。故制造中多選用后彎葉片影響離心泵理論壓頭的因素由于無預旋進液a1=90o，且86離心泵的特性曲線（Characteristiccurves）離心泵主要性能參數(shù)：流量V、壓頭(揚程)H、軸功率N和效率

離心泵特性曲線：描述壓頭、軸功率、效率與流量關系（H—V、N—V、

—V）的曲線。對實際流體，這些曲線尚難以理論推導，而是由實驗測定。離心泵的特性曲線反映了泵的基本性能，由制造廠附于產(chǎn)品樣本中，是指導正確選擇和操作離心泵的主要依據(jù)。以下逐一對其進行討論。

HN離心泵的特性曲線（Characteristiccurves87離心泵的特性曲線（Characteristiccurves）離心泵的特性曲線（Characteristiccurves88H—V

曲線離心泵揚程H（壓頭），是指泵在實際工作條件下對單位重量的流體所能提供的機械能，單位為m。揚程H隨流量V

的增加而下降（流量極小時不明顯），這是因為采用了能量損失較小的后彎葉片。同一流量下，由于實際葉輪與理想葉輪的差異以及機械能損失，泵實際提供的揚程小于理論揚程。H—V曲線代表的是在一定轉(zhuǎn)速下流體流經(jīng)離心泵所獲得的能量與流量的關系，是最為重要的一條特性曲線。H—V曲線離心泵揚程H（壓頭），是指泵在實際工作條件下對89N—V

曲線與

—V

曲線離心泵的軸功率N

是指電機輸入到泵軸的功率。由于泵提供給流體的實際揚程小于理論揚程，故泵由電機獲得的軸功并不能全部有效地轉(zhuǎn)換為流體的機械能。有效功率Ne：流體從泵獲得的實際功率，可直接由泵的流量和揚程求得

值的大小直接反映了離心泵運轉(zhuǎn)過程中的能量損失，主要包括容積損失，水力損失和機械損失三種形式。N—V曲線與—V曲線離心泵的軸功率N是指電機輸入90離心泵的能量損失（Energyloses）容積損失：一部份已獲得能量的高壓液體由葉輪出口處通過葉輪與泵殼間的縫隙或從平衡孔泄漏（Leakage）返回到葉輪入口處的低壓區(qū)造成的能量損失。解決方法：使用半開式和蔽式葉輪。蔽式葉輪容積損失量小，但葉輪內(nèi)流道易堵塞，只適宜輸送清潔液體。開式葉輪不易堵塞，但容積損失大故效率低。半開式介于二者之間。離心泵的能量損失（Energyloses）容積損失：一部份91解決方法：蝸殼的形狀按液體離開葉輪后的自由流動軌跡螺旋線設計，可使液體動壓頭轉(zhuǎn)換為勢壓頭的過程中能量損失最小。在葉輪與泵殼間安裝一固定不動的帶有葉片的導輪（diffuser），也可減少此項能量損失。離心泵的能量損失（Energyloses）水力損失：進入離心泵的粘性液體在流動過程中的摩擦阻力、局部阻力以及液體在泵殼中由沖擊而造成的能量損失。機械損失：泵軸與軸承之間、泵軸與密封填料之間等產(chǎn)生的機械摩擦造成的能量損失。解決方法：蝸殼的形狀按液體離開葉輪后的自由流動軌跡螺旋線設計92離心泵的特性曲線（Characteristiccurves）在一定轉(zhuǎn)速下，泵的軸功率隨輸送流量的增加而增大，流量為零時，軸功率最小。關閉出口閥啟動離心泵，啟動電流最小。隨流量增大，泵的效率曲線出現(xiàn)一極大值即最高效率點，在與之對應的流量下工作，泵的能量損失最小。離心泵銘牌上標出的H、V、N

性能參數(shù)即為最高效率時的數(shù)據(jù)。一般將最高效率值的92%的范圍稱為泵的高效區(qū)，泵應盡量在該范圍內(nèi)操作。離心泵的特性曲線（Characteristiccurves93特性曲線的變換由制造廠提供的離心泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下用20℃的清水為工質(zhì)實驗測定的。若輸送的液體性質(zhì)與此相差較大時，泵的特性曲線將發(fā)生變化，應加以修正。液體密度的影響離心泵的理論流量和理論壓頭與液體密度無關，說明H—V

曲線不隨液體密度而變，由此

—V

曲線也不隨液體密度而變。離心泵所需的軸功率則隨液體密度的增加而增加，即N—V

曲線要變。注意：葉輪進、出口的壓差

p

正比于液體密度。特性曲線的變換由制造廠提供的離心泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下用94氣縛現(xiàn)象（airbound）泵啟動前空氣未排盡或運轉(zhuǎn)中有空氣漏入，使泵內(nèi)流體平均密度下降，導致葉輪進、出口壓差減小?；蛘弋斉c泵相連的出口管路系統(tǒng)勢壓頭一定時，會使泵入口處的真空度減小、吸入流量下降。嚴重時泵將無法吸上液體。解決方法：離心泵工作時、尤其是啟動時一定要保證液體連續(xù)的條件?？刹捎迷O置底閥、啟動前灌泵（pumppriming）、使泵的安裝位置低于吸入液面等措施。氣縛現(xiàn)象（airbound）泵啟動前空氣未排盡或運轉(zhuǎn)中有空氣95氣縛現(xiàn)象（airbound）氣縛現(xiàn)象（airbound）96特性曲線的變換液體粘度的影響液體粘度的改變將直接改變其在離心泵內(nèi)的能量損失，因此，H—V、N—V、

—V曲線都將隨之而變。液體運動粘度（動量擴散系數(shù)）

<2010-6m2/s時影響不大，超過此值則應進行換算。有關手冊上給出了不同條件下通過實驗得到的換算系數(shù)。特性曲線的變換液體粘度的影響液體粘度的改變將直接改變其在離心97特性曲線的變換葉輪轉(zhuǎn)速的影響由此可知工況改變前后液體從葉輪流出的方向不變，這意味著離心泵內(nèi)影響流體能量損失的主要因素不變，因此離心泵的效率不變。改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)離心泵的流量是一種節(jié)能的操作方式。葉輪轉(zhuǎn)速的改變將使泵內(nèi)流體流動狀態(tài)發(fā)生改變，其特性曲線隨之而變。若流量與轉(zhuǎn)速改變滿足下列比例關系特性曲線的變換葉輪轉(zhuǎn)速的影響由此可知工況改變前后液體從葉輪流98離心泵的比例定律揚程之比軸功率之比用于換算轉(zhuǎn)速變化在±20%范圍內(nèi)離心泵的特性曲線，其準確程度是工程上可接受的。注意：由已知特性曲線上的一點（V,H），通過比例定律式僅可求得與之對應的一個點（V’,H’），要得新的特性曲線，需對諸多點進行換算。其他調(diào)節(jié)離心泵流量的方法：改變?nèi)~輪幾何參數(shù)。例如對葉輪圓周進行少量車削、對葉片出口角進行銼削、封閉對稱葉片間的流道等。這些措施都會使泵的特性曲線發(fā)生改變，可以從速度三角形分析、換算之。離心泵的比例定律揚程之比軸功率之比用于換算轉(zhuǎn)速變化在±99【例3-10】用清水測定某離心泵的特性曲線。管路流量為25m3/h時，泵出口處壓力表讀數(shù)為0.28MPa(表壓)，泵入口處真空表讀數(shù)為0.025MPa，測得泵的軸功率為3.35kW，電機轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分，真空表與壓力表測壓截面的垂直距離為0.5m。試確定與泵特性曲線相關的其它性能參數(shù)以真空表和壓力表兩測點為1，2截面列柏努力方程，有解：泵特性曲線性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速n、流量V、壓頭H、軸功率N和效率

。流量和軸功率已由實驗直接測出，需計算壓頭和效率?！纠?-10】用清100【例3-10】若略去

Hf1-2及動壓頭變化，則該流量下泵的壓頭對應的泵的效率為對應的泵的有效功率為調(diào)節(jié)流量，并重復以上的測量和計算，則可得到不同流量下的特性參數(shù)，繪制特性曲線?！纠?-10】若略去Hf1-2及動壓頭變化，則該流量101離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度由離心泵的工作原理可知，從整個吸入管路到泵的吸入口直至葉輪內(nèi)緣，液體的壓強是不斷降低的。研究表明，葉輪內(nèi)緣處的葉片背側是泵內(nèi)壓強最低點。離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度由離心泵的工作原理可知，從整102離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度汽蝕現(xiàn)象當泵內(nèi)某點的壓強低至液體飽和蒸汽壓時部分液體將汽化，產(chǎn)生的汽泡被液流帶入葉輪內(nèi)壓力較高處再凝聚。由于凝聚點處產(chǎn)生瞬間真空，造成周圍液體高速沖擊該點，產(chǎn)生劇烈的水擊。瞬間壓力可高達數(shù)十個MPa，眾多的水擊點上水擊頻率可高達數(shù)十kHz，且水擊能量瞬時轉(zhuǎn)化為熱量，水擊點局部瞬時溫度可達230℃以上。癥狀：噪聲大、泵體振動，流量、壓頭、效率都明顯下降。后果：高頻沖擊加之高溫腐蝕同時作用使葉片表面產(chǎn)生一個個凹穴，嚴重時成海綿狀而迅速破壞。防止措施：把離心泵安裝在恰當?shù)母叨任恢蒙?，確保泵內(nèi)壓強最低點處的靜壓超過工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓pv。離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度汽蝕現(xiàn)象103離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度104離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度由于泵內(nèi)壓強最低點處的真實壓強難于測量，工程上以泵入口處壓強p1來表征。對1-1和K-K截面列柏努方程在一定流量下，當pk=pv時

，汽蝕發(fā)生，令此時的p1為p1,min，且定義最小汽蝕余量反映離心泵汽蝕性能的重要參數(shù)，主要與泵的內(nèi)部結構和輸送的流量有關。

hmin可通過實驗測定汽蝕發(fā)生時泵入口處的壓強p1,min來確定。泵的樣本中給出的允許汽蝕余量

h是在制造廠實驗確定的

hmin的基礎上按標準規(guī)定加上一定裕量后的值。離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度由于泵內(nèi)壓強最低點處的真實壓105離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度泵入口允許的最小壓強p1,允應滿足將p1,允/

g代入0-0和1-1截面之間所列的柏努利方程，可得為避免發(fā)生汽蝕離心泵的允許安裝高度

Hg,允為對一定型號規(guī)格的離心泵查得允許汽蝕余量

h后，根據(jù)具體管路情況計算出允許安裝高度Hg,允，實際安裝高度Hg應小于Hg,允。減少吸入管路的阻力，可提高泵的安裝高度。故離心泵的入口管徑都大于出口管徑。液體溫度越高，飽和蒸汽壓pv就越高，允許安裝高度Hg,允則越低。在輸送較高溫度的液體時尤其要注意安裝高度。離心泵的汽蝕現(xiàn)象與泵的安裝高度泵入口允許的最小壓強p1,106【例3-11】用轉(zhuǎn)速為1850轉(zhuǎn)/分的50WG型離心雜質(zhì)泵將溫度為20℃，密度為1080kg/m3的鉆井廢水從敞口沉砂池送往一處理池中，泵流量為22.0m3/h。由泵樣本查得在該流量下泵的汽蝕余量為5.3m。受安裝位置所限，泵入口較沉砂池液面高出了2.5m。試求：(1)泵吸入管路允許的最大阻力損失為多少？(2)若泵吸入管長為20m(包括局部阻力當量長度)，摩擦系數(shù)取0.03，泵入口管直徑至少應為多大？解：(1)在泵安裝高度和管路流量一定的條件下，為避免汽蝕發(fā)生，泵吸入管路允許的最大損失為：【例3-11】107【例3-11】查得20℃水的飽和蒸汽壓Pv=2.34kPa，故吸入管路允許的最大阻力損失為（2）由當

Hf0-1=1.93m時，對應的管徑為允許的最小管徑【例3-11】108離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的工作點當安裝在一定管路系統(tǒng)中的離心泵工作時，泵輸出的流量即為管路的流量，泵提供的揚程即為管路所要求的壓頭。離心泵的工作點：泵的揚程曲線(H~V線)與管路特性曲線(HL~V線)的交點(a點)。根據(jù)工作點的位置，可以判斷泵的工作狀態(tài)是否在高效區(qū)域內(nèi)。泵的操作調(diào)節(jié)對應著工作點的移動，多臺泵的組合安裝則需要確定組合泵系的H—V關系曲線。離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的工作點當安裝在一定管路系統(tǒng)中的109離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的調(diào)節(jié)工廠操作中經(jīng)常要遇到對離心泵及其管路系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)以滿足工藝上對流體的流量和壓頭的要求，實際上這對應著改變泵的工作點位置。改變管路特性曲線：改變管路流動阻力（如閥門開度），管路特性曲線將發(fā)生相應的變化。關小閥門，管路阻力增加，管路特性曲線由1移至1’，工作點由a上移至a’，流量由V減少為V’。該調(diào)節(jié)方法的主要優(yōu)點是操作簡單，但管路上阻力損失大且可能使泵的工作點位于低效率區(qū)，因此多在調(diào)節(jié)幅度不大但需經(jīng)常調(diào)節(jié)的場合下使用。離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的調(diào)節(jié)工廠操作中經(jīng)常要遇到對離心泵110離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的調(diào)節(jié)改變泵H~V特性曲線：將葉輪轉(zhuǎn)速由n調(diào)節(jié)n’到或n’’，根據(jù)離心泵的比例定律式，泵的H-V曲線會有相應的改變。視轉(zhuǎn)速增加或減少、泵的H-V特性曲線上移或下移，工作點相應移動到a’

或a’’，流量與壓頭發(fā)生相應改變而并不額外增加管路阻力損失，離心泵仍在高效區(qū)工作。該調(diào)節(jié)方法能量利用率更高，隨著電機變頻調(diào)速技術的推廣，在大功率流體輸送系統(tǒng)中應用越來越多。離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的調(diào)節(jié)改變泵H~V特性曲線：視111離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)有大幅度調(diào)節(jié)要求時，可以采取多泵組合安裝的方式。將組合安裝的離心泵視為一個泵組，根據(jù)并聯(lián)或串聯(lián)工作的規(guī)律，可以作出泵組的特性曲線（或稱合成特性曲線），據(jù)此確定泵組的工作點。并聯(lián)操作：泵在同一壓頭下工作，泵組的流量為該壓頭下各泵對應的流量之和。與單臺泵在同一管路中的工作點1相比，并聯(lián)管組不僅流量增加，壓頭也隨之有所增加，因為管路阻力損失增加。同一管路系統(tǒng)中并聯(lián)泵組的輸液量并不能達到兩臺泵單獨工作時的輸液量之和。離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)112離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)串聯(lián)操作：泵送流量相同，泵組的揚程為該流量下各泵的揚程之和。與同一管路中單臺泵工作點1相比，串聯(lián)泵組不僅提高了揚程，同時還增加了輸送量。正因為如此，在同一管路系統(tǒng)中串聯(lián)泵組的揚程不能達到兩臺泵單獨工作時的揚程之和。離心泵的調(diào)節(jié)與組合離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)串聯(lián)操作：泵送流量相同113離心泵的類型與選用離心泵類型1-泵體；2-泵蓋；3-葉輪；4-軸；5-密封環(huán)；6-葉輪螺母；7-止動墊圈；8-軸蓋；9-填料壓蓋；10-填料環(huán)；11-填料；12-懸架軸承部件清水泵（IS、D、Sh型）廣泛用于工礦企業(yè)、城市給排水和各種水利工程，也可用于輸送各種不含固體顆粒的、物理化學性質(zhì)類似于水的介質(zhì)。單級單吸式離心清水泵，系列代號為“IS”，結構簡圖如下：化工生產(chǎn)中常用清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵、液下泵、屏蔽泵等。離心泵的類型與選用離心泵類型1-泵體；2-泵蓋；清114離心泵的類型與選用清水泵DFW型臥式離心泵IS、IR型單級單吸離心泵

ISG型管道離心泵離心泵的類型與選用清水泵DFW型臥式離心泵IS、IR型115離心泵的類型與選用若需要的揚程較高，則可選D系列多級離心泵1－吸入段；2－中段；3－壓出段；4－軸；5－葉輪；6－導葉；7－軸承部離心泵的類型與選用若需要的揚程較高，則可選D系列多級離116離心泵的類型與選用D系列多級離心泵TSWA型臥式多級泵TSWA型臥式多級泵T——透平式S——單吸泵W——介質(zhì)溫度低于80℃A——第一次更新DL型立式多級泵離心泵的類型與選用D系列多級離心泵TSWA型臥式多級泵117離心泵的類型與選用離心泵的類型與選用118離心泵的類型與選用1－泵體；2－泵蓋；3－葉輪；4－泵軸；5－密封環(huán)；6－軸套；7－軸承；8－連軸器若需要的流量很大，則可選用Sh雙吸式離心泵離心泵的類型與選用1－泵體；2－泵蓋；3－葉輪；4－泵軸；119離心泵的類型與選用S型單級雙吸離心泵KSY雙吸中開式離心泵

S、SA、SH型單級雙吸中開式離心泵

離心泵的類型與選用S型單級雙吸離心泵KSY雙吸中開式離120離心泵的類型與選用CQ型磁力驅(qū)動泵IH型化工泵耐腐蝕泵（F型）：輸送腐蝕性化工流體必須選用耐腐蝕泵。耐腐蝕泵所有與流體介質(zhì)接觸的部件都采用耐腐蝕材料制作。不同材料耐腐蝕性能不一樣，選用時應多加注意。離心耐腐蝕泵有多種系列，其中常用的系列代號為F。需要特別注意耐腐蝕泵的密封性能，以防腐蝕液外泄。操作時還不宜使耐腐蝕泵在高速運轉(zhuǎn)或出口閥關閉的情況下空轉(zhuǎn)，以避免泵內(nèi)介質(zhì)發(fā)熱加速泵的腐蝕。離心泵的類型與選用CQ型磁力驅(qū)動泵IH型化工泵耐腐蝕泵121離心泵的類型與選用耐腐蝕泵（F型）離心泵的類型與選用耐腐蝕泵（F型）122離心泵的類型與選用油泵（Y型）：油泵用于輸送石油及油類產(chǎn)品，油泵系列代號為Y，雙吸式為YS。因油類液體具有易燃、易爆的特點，因此對此類泵密封性能要求較高。輸送200℃以上的熱油時，還需設冷卻裝置。一般軸承和軸封裝置帶有冷卻水夾套。雜質(zhì)泵（P型）：離心雜質(zhì)泵有多種系列，常分為污水泵、無堵塞泵、渣漿泵、泥漿泵等。這類泵的主要結構特點是葉輪上葉片數(shù)目少，葉片間流道寬，有的型號泵殼內(nèi)還襯有耐磨材料。DFAY型臥式輸油泵ZW型自吸式排污離心泵的類型與選用油泵（Y型）：油泵用于輸送石油及油類產(chǎn)123離心泵的類型與選用液下泵：液下泵是一種立式離心泵，整個泵體浸入在被輸送的液體貯槽內(nèi)，通過一根長軸，由安放在液面上的電機帶動。由于泵體浸沒在液體中，因此軸封要求不高，可用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體。WQ型潛水排污泵YW型液下式排污泵離心泵的類型與選用液下泵：液下泵是一種立式離心泵，整個泵體124離心泵的類型與選用屏蔽泵：屏蔽泵是一種無泄漏泵。其結構特點是葉輪直接固定在電機的軸上，并置于同一密封殼體內(nèi)?？捎糜谳斔鸵兹家妆《净蛸F重等嚴禁泄漏的液體。DFM型屏蔽泵DFPW型屏蔽泵離心泵的類型與選用屏蔽泵：屏蔽泵是一種無泄漏泵。其結構特點125離心泵的類型與選用屏蔽泵離心泵的類型與選用屏蔽泵126離心泵的類型與選用離心泵