食工第一章流体流动与泵小结

流体流动–––基本概念与基本原理一、流体静力学基本方程式)(2112zzgpp或ghpp0注意：1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。2、压强的表示方法：绝压—大气压=表压表压常由压强表来测量；大气压—绝压=真空度真空度常由真空表来测量。3、压强单位的换算：1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at4、应用：水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：120()ppgR处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体。二、定态流动系统的连续性方程式––––物料衡算式常数常数uAAuAuwsA222111,常数常数uAAuAuVsA2211,21221221///,ddAAuuA圆形管中流动常数三、定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式1kg流体：2211221e2f22pupugZWgZh[J/kg]讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。2、理想流体，无外功输入时，机械能守恒式：3、可压缩流体,当Δp/p120%,仍可用上式，且ρ=ρm。4、注意运用柏努利方程式解题时的一般步骤，截面与基准面选取的原则。5、流体密度ρ的计算：理想气体ρ=pM/RT混合气体1122mnn混合液体1221nmmn上式中：i––––体积分率；iw––––质量分率。6、gz，u2/2，p/ρ三项表示流体本身具有的能量，即位能、动能和静压能。∑hf为流经系统的能量损失。We为流体在两截面间所获得的有效功，是决定流体输送设备重要参数。输送设备有效功率Ne=We·ws，轴功率N=Ne/η（W）7、1N流体2fe2puHZHgg[m]（压头）2211221222pupugZgZ1m3流体2efaffp2uWzgphph而,四、柏努利式中的∑hfI．流动类型：1、雷诺准数Re及流型Re=duρ/μ，μ为动力黏度，单位为[Pa·s]；层流：Re≤2000，湍流：Re≥4000；2000Re4000为不稳定过渡区。2、牛顿黏性定律τ=μ(du/dy)气体的黏度随温度升高而增加，液体的黏度随温度升高而降低。3、流型的比较：①质点的运动方式；②速度分布，层流：抛物线型，平均速度为最大速度的0.5倍；湍流：碰撞和混和使速度平均化。③阻力，层流：黏度内摩擦力，湍流：黏度内摩擦力+湍流应力。II．流体在管内流动时的阻力损失'fffhhh[J/kg]1、直管阻力损失hf2ff2Luphd范宁公式(层流、湍流均适用).层流：f26432()lufRehRed即或哈根—泊稷叶公式。湍流区（非阻力平方区）：(,)fRed；高度湍流区（阻力平方区）：)(df，具体的定性关系参见摩擦因数图，并定量分析hf与u之间的关系。推广到非圆型管润湿周边长流通截面积44Herdd注：不能用de来计算截面积、流速等物理量。2、局部阻力损失h′f①阻力系数法，2'f1.00.52uh入口出口②当量长度法，2'ef2Luhd注意：截面取管出口内外侧，对动能项及出口阻力损失项的计算有所不同。当管径不变时，2ef()()2LLuhd流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。流体在等径管中作稳定流动流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的静压能项。完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于相对粗糙度。水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小时，水流量将减小，摩擦系数增大，管道总阻力不变。五、管路计算I．并联管路：1、123vvvvqqqq2、ff1f2f3hhhh各支路阻力损失相等。即并联管路的特点是：（1）并联管段的压强降相等；（2）主管流量等于并联的各管段流量之和；（3）并联各管段中管子长、直径小的管段通过的流量小。II．分支管路：1、123vvvvqqqq2、分支点处至各支管终了时的总机械能和能量损失之和相等。六、柏式在流量测量中的运用1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。2、孔板流量计为定截面变压差流量计，用来测量管道中流体的流量。随着Re增大其孔流系数C0先减小，后保持为定值。3、转子流量计为定压差变截面流量计。注意：转子流量计的校正。测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。离心泵–––––基本概念与基本原理一、工作原理基本部件：叶轮（6~12片后弯叶片）；泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）；轴封装置（填料函、机械端面密封）。原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。二、性能参数及特性曲线1、压头H，又称扬程fpHZHg2、有效功率esvevHgqNWwHgqN轴功率3、离心泵的特性曲线通常包括~,~,~vvvHqNqq曲线，这些曲线表示在一定转速下输送某种特定的液体时泵的性能。由~vNq线上可看出：0vq时，minNN，所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀。离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，可能出现的故障原因是吸入管路堵塞。若被输送的流体黏度增高，则离心泵的压头减小，流量减小，效率减小，轴功率增大。三、离心泵的工作点1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线（~vHq）与管路特性曲线（e~vHq）的交点。管路特性曲线为：2evpHzKqg。2、工作点的调节：既可改变~vHq来实现，又可通过改变e~vHq来实现。具体措施有改变阀门的开度，改变泵的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出口管路上，开大该阀门后，真空表读数增大，压力表读数减小，泵的扬程将减小，轴功率将增大。两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。四、离心泵的安装高度gH为避免气蚀现象的发生，离心泵的安装高度≤gH，注意气蚀现象产生的原因。1．21f0-12gsuHHHgsH为操作条件下的允许吸上真空度，mf0-1H为吸入管路的压头损失，m。2．0vgrf0-1()ppHNPSHHgr()NPSH允许气蚀余量，m0p液面上方压强，Pa；vp操作温度下的液体饱和蒸汽压，Pa。离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。