流體流動過程

流體流動過程第1頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的壓縮性是流體的基本屬性，任何流體都是可以壓縮的，只是可壓縮的程度不同而已。液體——不可壓縮流體氣體——可壓縮流體第2頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)流體靜力學基本方程式單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，用“ρ”表示。

ρ

=m/V

單位kg/m3各種流體其密度各不相同，但任何一種流體都是隨壓力和強度而變化的。ρ

=?（p，T）流體的熱力學屬性密度（ρ）第3頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式p對液體的ρ影響較小，常忽略不計，ρ=?（T）這種流體稱為不可壓縮流體?；どa(chǎn)中，處理的流體多半是幾種組合的混合物。對于混合液體，其平均密度為：

1/ρ=w1/ρ1+w2/ρ2+……+wn/ρnρ1，ρ2，……ρn----液體混合物中各組分的密度，kg/m3

w1，w2，……wn-------是液體混合物中各組合的質(zhì)量分數(shù)液體第4頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式具有壓縮性和膨脹性，ρ=?（p，T）----稱為可壓縮性流體。對于理想氣體ρ=pM/RT（M----氣體的摩爾質(zhì)量kg/kmol）對于混合氣體a）平均摩爾質(zhì)量M=M1y1+M2y2+……Mnyn

M1，M2，……Mn----混合物中各組分的摩爾質(zhì)量。

y1，y2……yn----混合物中各組分的摩爾分數(shù)（或體積分數(shù)）b）平均密度ρ=ρ1y1+ρ2y2+……ρnyn

ρ1，ρ2，……ρn----各部分的密度。

y1，y2……yn------各部分的摩爾分數(shù)（或體積分數(shù)）氣體第5頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式單位質(zhì)量流體的體積稱為流體的比體積（或比容）

υ=V/m=1/ρ

它是密度的倒數(shù)單位m3/kg，這個物理量在氣體中應用較多。比體積（比容）第6頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式流體垂直作用于單位面積上的壓力----稱為壓強（壓力）

p=F/A單位：SI中“N/m2”也稱為帕斯卡，符號“Pa”，其105倍為巴（bar）。過去流體壓強單位有很多種，這些單位目前仍繼續(xù)使用：1標準大氣壓（atm）=10132N/m2（Pa）=101.325kPa=760mmHg≈10.33mH2O=1.033kgf/cm2工程上為了方便，將1kgf/cm2近似作為1大氣壓，稱為工程大氣壓，1工程大氣壓（at）=1kgf/cm2=98.1kPa=10mH2O=735.6mmHg

壓力第7頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式我們把用絕對零壓作為起點計算的壓力稱為絕對壓力。相對于當?shù)卮髿鈮毫Φ南鄬χ捣Q為相對壓力。當被測流體的絕對壓力>外界大氣壓時，壓力表上測得值為表壓。

表壓=絕對壓力-大氣壓或

絕對壓力=大氣壓+表壓當被測流體的絕對壓力<外界大氣壓時，壓力表上測得值稱為真空度。

真空度=大氣壓-絕對壓力或絕對壓力=大氣壓-真空度絕對壓力、表壓、真空度被測體系被測體系hh真空度=-表壓第8頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式測定壓力大氣壓（表壓為零；真空度為零）測定壓力絕對零壓力參考指標絕對壓力（余壓）真空度大氣壓表壓絕對壓力p圖2-1絕對壓力、表壓與真空度的關系第9頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式①壓力表上刻度為0點時，絕對壓強就相當于大氣壓。②大氣壓數(shù)值是個可變量，它是由氣溫、濕度和所在地區(qū)的海拔高度決定的，測量計算時，應以當?shù)氐拇髿鈮簽闇?。③記錄時，必須注明“真空度”和“表壓”字樣。為了避免絕對壓強、表壓、真空度三者的混淆，對于表壓和真空度必須標注，如450mmHg（真空度），2800Pa（表壓），記錄真空度時，還應注明當時當?shù)卮髿鈮?。④真空度越高，絕對壓強越低。注意事項第10頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式流體靜力學基本方程式靜止流體內(nèi)部任一點的壓力稱為該點處的流體靜壓力。特點：①靜壓力方向與作用面相垂直；②各個方向作用于某一點上的靜壓力相等；③同一水平面上各點的靜壓力相等。靜壓力沿垂直方向上發(fā)生變化

第11頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式p0p1p2Gz2z1若液柱上表面取在液面上，液柱高度z1-z2=h，則上式可寫成以上諸式，均稱為流體靜力學基本方程式。第12頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式討論當容器液面上方的壓力p0一定時，靜止液體內(nèi)任一點壓力的大小，與液體本身的密度ρ和該點距液面的深度h有關，因此，在靜止的、連通的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點的壓力都相等。此壓力相等的水平面，稱為等壓面。當p0改變時，液體內(nèi)部各點的壓力也將發(fā)生同樣大小的改變。壓力或壓力差的大小可用液柱高度表示。由此引伸出壓力的大小也可以用一定高度的液柱來表示，這就是壓力可以用mmHg、mH2O等單位計量的依據(jù)。第13頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式為說明靜力學基本方程式中各項意義，流體靜力學基本方程式還可寫成第14頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式流體靜力學基本方程式的應用壓力測量Rabz1z2p1p2U形管壓差計U型管壓差計在化工廠普通被使用，作為測量流體壓強的儀表，U型管內(nèi)裝有指示液。常用的指示液有：水、著色水、油、CCl4和Hg作為指示液的條件是：與被測流體不相容，不起化學反應，ρ0（指示液）>ρ（被測液體）△p=p1–p2=（ρ0-ρ）gR※若流體為氣體ρ0-ρ≈ρ0，△p=ρ0gR第15頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式“II”式壓差計

△p=p1–p2=ρgR測量壓力時，應特別注意將傳壓管和壓差計玻璃管中液柱內(nèi)的氣泡排除干凈，以免影響測量精度。Rp1p2空氣第16頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式單管壓差計

△p=p1–p2=ρg△h（a/A+1）如果壓差計的幾何參數(shù)已定，則1+a/A是一個常數(shù)，此常數(shù)稱為壓差計校正常數(shù)。在一般情況下a/A<<1，故1+a/A是一個稍大于1的常數(shù)。p2p1△h△h’O第17頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式液位測量最原始的液位計是在容器底部及液面上方容器壁處各開一個小孔，用一根玻璃管將兩孔連通，根據(jù)流體靜力學基本方程式，玻璃管內(nèi)所示的液面高度即為容器內(nèi)的液位高度。第18頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學基本方程式確定液封高度安全液封煤氣柜作用：①封閉作用----防止氣體泄漏②止逆作用----防止氣體倒流若工藝要求設備內(nèi)壓力不超過p（表壓），根據(jù)靜力學基本原理，液封高度h應符合如下條件:通常，液封中溢出的水中溶有部分氣體，或氣體為水所夾帶，而使ρH2O降低，故實際安裝時，為安全起見，管子插入液體的高度h應略大于由上式得到的計算值。h氣體水第19頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)流體流動的基本方程式單位時間內(nèi)流經(jīng)某一規(guī)定表面（管道截面）的流體體積，qV=V/t

，單位為m3/s或m3/h。流體的流動屬性流量體積流量質(zhì)量流量單位時間內(nèi)流經(jīng)某一規(guī)定表面（管道截面）的流體質(zhì)量，qm=m/t，單位為kg/s或kg/h。兩種流量的關系：qm=ρqV第20頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式流速：單位時間內(nèi)，流體在導管中流動的距離，m/s。實際上流體流動時，在導管截面各點上流體質(zhì)點的流速是不一致的，為了計算方便，一般采用平均流速u

u=qV/A，qm=ρqV=ρAu流速平均流速第21頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式因為氣體的體積與壓力和溫度有關，V=f(p,T)，當壓力、溫度變化時，氣體的體積流量必將隨之而變，但其質(zhì)量不變。此時采用單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道截面積的質(zhì)量表示比較方便，即質(zhì)量流速，以W表示，單位是kg·m-2·s-1。

W=qm/A=ρAu/A=ρu質(zhì)量流速第22頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式管徑的估算第23頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式流體在管道中流動時，在空間任一點上的流速、壓力等有關物理量都不隨時間而改變的流動。流體的運動狀態(tài)定態(tài)流動若流體流動時，其在管道內(nèi)部流速的大小和方向隨時間而變化，這種流動參量隨時間而變化的流動稱為非定態(tài)流動。非定態(tài)流動第24頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式qm1=qm2=qm3u1A1ρ1=u2A2ρ2上式稱為流體在管道中做定態(tài)流動時的連續(xù)性方程式。對于不可壓縮流體，ρ為常數(shù)u1/u2=A2/A1

對于圓形管道u1/u2=d22/d12連續(xù)性方程式112233u1u2u3第25頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式1、位能流體在1-1處的位能為mgz1；流體在2-2處的位能為mgz2；2、動能流體在1-1處的動能為流體在2-2處的動能為3、靜壓能流體在1-1處的靜壓能為流體在2-2處的靜壓能為伯努利方程式1122u1u2P1P2z1z2基準面流體流動過程的能量衡算第26頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式根據(jù)能量守恒定律：對于單位質(zhì)量（1kg）流體而言：對于1N的流體：以上三式均表示流體在定態(tài)流動情況下的能量守恒與轉(zhuǎn)化關系。由于沒有考慮其他方面的影響，無摩擦、不可壓縮、無其他損失，故稱為理想流體定態(tài)流動時的能量衡算式，也稱為理想流體的伯努利方程式。[J][J/kg][J/N或m]第27頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式實際流體流動時，總是有一部分能量消耗在摩擦阻力上，并且有外界能量的供給，才能達到預期的輸送目的。4、能量消耗質(zhì)量為mkg的流體通過控制體積時所消耗的能量為mWf

。5、外功輸入質(zhì)量為mkg的流體所接受的外功為mWe則實際流體通過控制體積的總能量衡算式為：

令，，則對于單位重量流體有：位壓頭靜壓頭動壓頭外加壓頭（或揚程）壓頭損失第28頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式例1：如圖所示，貯水槽液面距水管出口的垂直距離為6.5m，且液面維持不變，輸水管為φ114mm×4mm的鋼管。若流經(jīng)全部管路的阻力損失為59J·kg-1，試求管中水的流量為多少m3·h-1（水的密度ρ=1000kg·m-3）。伯努利方程式的應用計算管路中流體流動的流量和流速11226.5m第29頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式例2：如圖所示，在直徑d=40mm的管路中接一文丘里管，已知文丘里管上游的壓力表讀數(shù)為1.38×105Pa（忽略壓力表軸心與管路中心的垂直距離），管內(nèi)水的流量為1.4×10-3m3·s-1。管路下方有一貯水池，貯水池水面與管中心的垂直距離為3m，文丘里管喉部直徑為10mm，若在文丘里管喉部接一細管，細管另一端插入水池中，忽略此管的阻力損失，問池水能否被吸入管路中？判斷管路中流體的流向u2200113.0m第30頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式例3：將密度為850kg·m-3的原料液送入如圖所示的精餾塔中。高位槽液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強p為9.81×103Pa，進料量為5m3·h-1，連接管為φ38mm×2.5mm的鋼管。料液在管內(nèi)流動時的能量損失為3.05m液柱，問高位槽的液面應比精餾塔的進料口高出多少米方可使原料液順利輸入精餾塔中？確定容器間的相對位置1122pz第31頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體流動的基本方程式實際流體伯努利方程式中，We是輸送設備對單位質(zhì)量流體所做的有效功。單位時間輸送設備對流體所做的有效功，稱為有效功率，用Pe表示，其計算將在本章后面介紹。確定輸送設備的有效功率應用注意事項繪圖選取截面確定基準面注意采用一致的單位第32頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)管內(nèi)流體流動現(xiàn)象流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力。流體在運動時呈現(xiàn)內(nèi)摩擦力的特性，稱為流體的黏性。牛頓黏性定律與流體的黏度流體的黏性第33頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動現(xiàn)象上式稱為牛頓黏性定律。所有氣體和大部分液體在運動時均服從此定律，故稱為牛頓型流體。稠厚液體和懸浮液在運動過程中不符合牛頓黏性定律，則稱其為非牛頓型流體。牛頓黏性定律du/dy——速度梯度，即在與流動方向相垂直的y方向上流體速度的變化率Μ——比例系數(shù)，又稱黏性系數(shù)，簡稱黏度dyu+duuyFu=0x第34頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動現(xiàn)象黏度的物理意義是：促使流體流動產(chǎn)生單位速度梯度的剪應力。黏度與壓強關系不大，但受溫度變化的影響較大，液體的黏度隨溫度升高而減小；氣體的黏度隨溫度升高而增大。注意：混合物的黏度數(shù)據(jù)不能按其組分疊加計算，而應當從化學工程手冊中選用適當?shù)慕?jīng)驗公式進行估算。流體的黏度SI單位：Pa·s第35頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動現(xiàn)象流體流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)流動的型態(tài)雷諾實驗層流(Re≤2000)湍流(Re≥4000)過渡流(2000＜Re＜4000)雷諾數(shù)第36頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動現(xiàn)象管內(nèi)層流與湍流的比較速度分布1、層流2、湍流平均速度u=0.5umaxu=0.8umaxumaxumax即使管內(nèi)流動的流體是湍流，且無論湍動程度如何劇烈，但在靠近管壁處總是有一層做層流流動的流體薄層，稱為層流底層，其厚度隨Re增大而減小。第37頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動現(xiàn)象邊界層的概念速度從零到速度等于主體流速u0的99%的區(qū)域為邊界層，即u=0.99u0。u=0u=0u0u0u0δ在邊界層以內(nèi)，存在著顯著的速度梯度du/dy，黏性處于主導地位，因此，必須考慮黏度的影響；而在邊界層以外，du/dy≈0，則無需考慮黏性的影響，此處的流體可視為理想流體。第38頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動現(xiàn)象流體在順直的導管中流動時，整個管截面都屬于邊界層，顯然沒有劃分邊界層的必要，但當流體流過曲面（球體或圓柱體表面等）時，流體邊界層將會與固體壁面脫離，形成漩渦，加劇流體質(zhì)點間的相互碰撞、損耗流體的能量。這種邊界層與壁面脫離的現(xiàn)象，稱為邊界層分離。這種現(xiàn)象還常發(fā)生在流體所經(jīng)過的流道有突然擴大或縮小，流動方向突然改變或繞過物體流動。邊界層分離現(xiàn)象曲面上的邊界層第39頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)管內(nèi)流體流動的阻力實際流體的柏努利方程為：流動阻力hf（壓頭損失）：沿程阻力（直管阻力）:流體通過直管時的能量損失。局部阻力：流體通過管路中的管件，閥門，突然擴大、縮小等局部障礙，引起邊界層分離，產(chǎn)生漩渦而造成的能量損失。第40頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力流體在直管中的流動阻力設直徑為d，長度為l的水平直管，流體流速為u，取1、2兩截面1122LF1F2F′u直管阻力造成的壓頭損失:此式稱為達西-威斯巴赫公式，λ稱為（摩迪）摩擦系數(shù)（量綱為1），與Re及管壁粗糙度有關，其數(shù)值由實驗測定。第41頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為絕對粗糙度，用ε表示。絕對粗糙度ε與管內(nèi)徑d的比值ε/d，稱為相對粗糙度，它反映管壁的幾何特性對流動阻力的影響。通?；S生產(chǎn)過程把使用到的玻璃管、塑料管、銅管以及鉛管稱為光滑管；把鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管。管壁粗糙度第42頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力摩擦系數(shù)的確定摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)及相對粗糙度的關系第43頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力層流時的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)的確定流體在管內(nèi)流動，當Re

<2000時，流體質(zhì)點運動非常平穩(wěn)，層流邊界層很厚，粗糙的管壁浸沒在邊界層中，因而使得摩擦系數(shù)λ與管壁的粗糙度無關，僅為Re的函數(shù)，即：第44頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力湍流時的摩擦系數(shù)當流動進入湍流區(qū)，Re>4000時，一方面流體質(zhì)點間的相互碰撞，另一方面，湍流引起的層流底層減薄，使得粗糙管壁的凸出部分暴露于湍流主體中，使流體質(zhì)點受阻而損失能量。故摩擦系數(shù)λ既與Re有關，又與管壁相對粗糙度ε/d有關。λ隨Re的增大而減小，至足夠大的Re后，λ值與Re無關，λ~Re曲線趨近于水平線。第45頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力對于光滑管道，當Re=3×103~1×105時，λ值可根據(jù)柏拉修斯（H.Blasius）歸納的公式計算

：當流體進入過渡區(qū)（2000<Re

<4000）時，管內(nèi)流型因環(huán)境而異，此時湍流流動可按考萊布魯克（C.F.Colebrook）公式計算：第46頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力皮勾（R.J.S.Pigott）推薦過渡區(qū)和完全湍流粗糙管區(qū)之間的分界線（虛線）的雷諾數(shù)為：完全湍流粗糙管區(qū)的λ可按尼古拉茲（J.Nikuradse）歸納的公式計算：實踐經(jīng)驗表明，生產(chǎn)條件下管內(nèi)流動的λ值變化范圍并不太大，通常在0.02左右。第47頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力流體在非圓形管內(nèi)的流動阻力當量直徑有些研究結(jié)果表明，當量直徑適用于湍流，且矩形通道截面長:寬<3:1才比較可靠。管截面為環(huán)形時可靠性較差。對層流的阻力計算中用當量直徑計算是不可靠的，因此，必要時，應將求層流λ值的公式進行修正，即λ=C/Re。第48頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力阻力系數(shù)法局部阻力的計算此法近似地認為克服局部阻力所引起的能量損失可以表示成動壓頭的倍數(shù)：ξ——局部阻力系數(shù)第49頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動的阻力當量長度法此法是將流體流過閥門、管件所產(chǎn)生的局部阻力，近似地折算成流體流過相當于長度為le的同一直管時所產(chǎn)生的阻力損失。這個直管長度，稱為當量長度le：流體流經(jīng)管道的總阻力可采用阻力系數(shù)法或當量長度法：第50頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)管路計算化工過程計算的類型設計型計算核算型計算(也稱操作型計算)1、設計型計算的特點已知條件：已知待處理的物料及所需的處理能力，以及有關的工藝要求。計算內(nèi)容：確定設備的材料、類型和大小。2、操作型計算的特點已知條件：已知一定結(jié)構(gòu)形式的過程設備。計算內(nèi)容：求最大的生產(chǎn)能力或最低的能耗。此類問題計算較復雜，多數(shù)情況下要用試差法求解。第51頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管路計算相同直徑或不同直徑的管道組成的串聯(lián)管路稱為簡單管路例：生產(chǎn)中需要將高位槽中的液體連續(xù)輸送到貯槽中。涉及的計算問題主要有以下幾種：1122z11、已知：管路直徑d、管長l、le、z1、∑hf，求：流速u和流量qv解法：注意：若λ已知則直接求u；若λ未知，則用試差法求u簡單管路第52頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管路計算2、已知：管長l、管徑d、le、qV，求高位槽的高度z1。解法：由求：u3、已知：z1、l、u，求：d解法：因為Re未知，不能直接計算λ可以利用試差法求解。第53頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管路計算復雜管路是由直徑不同或管道粗糙度不同的若干段管道連接而成的。

特點：（1）串聯(lián)管路各管段的質(zhì)量流量相等。qm1=qm2=qm3（2）系統(tǒng)中總阻力損失等于各管段阻力損失之和。

計算問題：（1）已知：d、l、ε/d、qV，求：Δz。（2）已知：d、l、ε/d、Δz，求：qV。復雜管路分為：串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及分支管路。串聯(lián)管路第54頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管路計算并聯(lián)管路AB123qVqV特點：（1）并聯(lián)管路的阻力損失與各分管道的阻力損失相等。

hf,AB=hf,1=hf,2=hf,3（2）并聯(lián)管路的總流量等于各分管道的流量之和

qV

=qV,1+qV,2+qV,3在已知管道尺寸時，管道粗糙度以及流體性質(zhì)的條件下，并聯(lián)管路計算問題可以分為兩類:A.

已知A、B點的勢能（gz+p/ρ），求：qV

解法：（1）由柏努力方程求出各分支管路的流速u，再求分支管路的qV。

（2）計算總流量qV

=qV,1+qV,2+qV,3第55頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月B.已知總流量qV，求各分支管道的流量和能量損失。解法：（1）根據(jù)管道尺寸和粗糙度，假設分管道1的流量為qV,1′（2）由qV,1′求u1；再求hf,1′（由阻力計算公式計算）（3）根據(jù)hf,1′=hf,2′=hf,3′，求管2、3的流量qV,2′和qV,3′（4）假設總流量qV按qV,1′、qV,2′和qV,3′的比例分配給各分管路，則各分管道的計算流量為：第56頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月管路計算（5）由qV,1、qV,2、qV,3計算各分管的流速u1、u2、u3，由阻力公式計算hf,1、hf,2和hf,3。（6）若hf,1、hf,2和hf,3可以近似看成相等（即在誤差范圍內(nèi)），則上述的流量qV,1、qV,2、qV,3分配合理。若hf,1、hf,2和hf,3之間的差別超過了誤差范圍，則應以qV,1為新的假設流量，從（2）開始重復上述的計算直到符合規(guī)定的精度要求為止。第57頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)流量的測量測量流量的儀器通常稱為流量計，通?？煞譃槿莘e式或推理式兩種。

容積式流量計是以單位時間內(nèi)自測量腔室內(nèi)所排出流體的固定容積數(shù)量作為測量依據(jù)的。例如，濕式流量計、盤式流量計及橢圓齒輪流量計等。

推理式流量計是利用流體流動過程中的物理現(xiàn)象或物理特性與流速、流量間的關系而工作的。例如，節(jié)流式或壓差式流量計、面積式流量計等。第58頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流量的測量孔板流量計C0=0.6~0.7第59頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流量的測量文丘里流量計CV=0.98~0.99第60頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流量的測量測速管12u1

p1p2u2第61頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流量的測量轉(zhuǎn)子流量計計算公式:刻度換算:

流量計出廠前，直接用293K水和293K，1kPa的空氣標定，將流量值刻在玻璃管上。當被測流體與上述條件不符時，應將刻度加以換算。

若轉(zhuǎn)子密度為ρf，標態(tài)時流體密度為ρ,被測流體密度為ρa?？潭葹閝V對應的被測流體的流量為:第62頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)流體輸送機械可以向流體做功并提高其機械能的裝置稱為流體輸送機械。用于輸送液體的機械稱為泵，通常，用于輸送氣體的機械稱為風機和壓縮機。第63頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械離心泵第64頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月

流體密度愈大，產(chǎn)生的離心力就愈大。故當離心泵啟動前，泵殼內(nèi)未充滿液體，即存在有空氣時，由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力亦很小，此時，葉輪中心難以形成足夠的負壓。雖然被啟動的離心泵葉輪在高速旋轉(zhuǎn)，但不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為“氣縛”。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，啟動泵前須向泵殼內(nèi)注滿被輸送的液體。流體輸送機械“氣縛”現(xiàn)象構(gòu)造及工作原理第65頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月是指單位時間內(nèi)泵所輸送液體的體積，亦稱送液能力。用qV表示，單位為m3·s-1或m3·h-1流體輸送機械

流量主要性能參數(shù)

揚程

是指單位重量（1N）的流體經(jīng)泵后所獲得的能量，又稱泵的壓頭，用符號He表示，單位為m液柱。He=H1+H2H1和H2分別表示泵的進出口安裝的真空表和壓力表上的讀數(shù)，以m液柱（表壓）計。第66頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月有效功率

流體輸送機械

功率與效率軸功率

電動機功率

選配電動機的功率

qV和ρ的單位分別為m3·s-1、kg·m-3，Pe單位為kW

η為泵的總效率

ηt為傳動效率，ηm為電動機效率。當電動機和泵采用軸聯(lián)器相聯(lián)時，ηt≈1，ηm=0.95

β為安全系數(shù)第67頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械例4：用耐腐蝕泵將20℃混酸（以硫酸為主）自常壓貯槽輸送到表壓為196.2kPa的設備內(nèi)，出口管（φ57×3.5mm）距貯槽液面的距離為6m，要求最大輸送量為10m3·h-1。已知：20℃混酸ρ=1600kg·m-3，μ=2.2×10-2Pa·s，輸液管道長10m，管道上有90°標準彎頭2個（le/d=35），單向閥門1個（le/d=80），球心閥2個（le/d=300），轉(zhuǎn)子流量計1個（le/d=400）。若泵的效率η=0.65，電動機由軸聯(lián)器聯(lián)接帶動，電機效率ηm=0.95，求所選配電動機的功率。第68頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械特性曲線P–qVη-qVHe-qVHePη1、He—qV曲線（揚程曲線）

qV↑、He↓2、P—qV曲線（功率曲線）

qV

↑、P↑

qV

=0時，消耗的功率最小，因此離心泵在啟動時，應將出口閥門關閉，降低啟動功率，保護電機不致于超負荷而受損。3、η—qV曲線（效率曲線）最高效率點對應的qV

、He、P值為最佳工況參數(shù)。將最高效率的92%左右的這段范圍稱為最高效率區(qū)第69頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械汽蝕現(xiàn)象和安裝高度離心泵安裝高度提高時，將導致泵內(nèi)壓力降低，泵內(nèi)壓力最低點通常位于葉輪葉片進口稍后的一點附近。當此處壓力降至被輸送液體的飽和蒸汽壓時，將發(fā)生沸騰，所生成的蒸汽泡在隨液體從入口向外周流動中，又因壓力迅速增大而急劇冷凝。會使液體以很大的速度從周圍沖向氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高、瞬時壓力很大的沖擊，這種現(xiàn)象稱為汽蝕。

汽蝕現(xiàn)象第70頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械

允許吸上真空高度O′11′OHgpap1

安裝高度不同條件下的Hs換算：Hs

′=Hs+（Ha-10）-（Hv–0.24）Ha——泵工作處的大氣壓，m水柱Hv——操作溫度下水的飽和蒸汽壓，m水柱0.24----20℃水的飽和蒸汽壓，m水柱第71頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械

汽蝕余量汽蝕余量是指將液體從貯槽經(jīng)吸入管路到泵入口處，液體總壓頭比汽化壓頭（即飽和蒸汽壓頭）高出的部分，以保證不發(fā)生汽蝕，故也稱為有效汽蝕余量，以△ha表示。臨界汽蝕余量為方便安裝和使用離心泵，離心泵生產(chǎn)廠將加上一定的安全量后，以△hr表示，稱為必需汽蝕余量。第72頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械

汽蝕余量與安裝高度的關系為安全起見，通常是將允許安裝高度Hg,允許值再減去0.5m作為安裝高度的上限。此外，也可以將現(xiàn)場實際安裝高度與允許安裝高度進行比較，若Hg,實際<Hg,允許，說明安裝合適，不會發(fā)生汽蝕，否則，應當重新調(diào)整安裝高度。

第73頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)

在實際的管路系統(tǒng)中，離心泵提供的壓頭He可以利用柏努利方程求得：式中（△z+△p/ρg）與管路中流體流量無關，可以認為是一常量，令A=△z+△p/ρg；若兩計算截面積很大，其流速可以忽略不計，即△u2/2g≈0故He

=A+BqV2第74頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械He=A+BqV2管路特性曲線方程qVP″P′PAHeⅢⅠⅡqV,2qV,1qV,3管路特性曲線與泵的特性曲線的交點P稱為泵的工作點分析:1、閥門開小，阻力增大，流量變小，由

qV1減小到qV2

，曲線由Ⅰ移到Ⅱ,工作點由P移到P′。2、閥門開大，阻力減小，流量變大，由qV1增大到qV3，曲線由Ⅰ移到Ⅲ,工作點由P移到P。第75頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機械P′PAHe