《化原》总复习

《化工原理》第1页共16页流体流动–––基本概念与基本原理1．何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？练习:某设备的表压强为50KPa，则它的绝对压强为____，另一设备的真空度为50KPa，则它的绝对压强为____。（当地大气压为100KPa）练习:某台离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及1.7kgf/cm2(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的绝对压力各为若干（以法定单位表示）？解析：1）压强的表示方法：表压=绝对压强-大气压；真空度=大气压-绝对压强2）压强单位的换算：1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at泵进口绝对压力P1=760-220=540mmHg=7.2×104Pa泵出口绝对压力P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm2=2.68×105Pa2．流体静力学基本方程式有几种表达形式？分别说明什么问题？静力学方程式的应用条件？简述静力学方程式的应用其分析问题时如何确定等压面？①2211gzpgzpJ/kg总势能守恒（静压能+位能）②)(2112zzgppPa等压面③ghpp02Pa巴斯噶原理（传递定律）适用条件：重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体。确定等压面：静止的联通着的同一种连续流体，处于同一水平面上各点压强相等。应用：正确确定等压面水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：gRppA)(21练习：如图所示，容器中盛有ρ＝800kg/m3的油品，U形管中指示液为水(ρ＝1000kg/m3)，a1、a2、a3在同一水平面上，b1、b2、b3及b4也在同一高度上，h1=100mm，h2=200mm，则各点的表压pa1=____，pa2=____，pb2=____，pb3=____，h3=____。（表压值以mmH2O表示）解析：静力学基本方程式pa1=pa=0pa3=pa=0（表压）pb2=pb1=ρg（h1+h2）（表压）pa2=pb2（表压）pb3=pa2+ρ油g（h1+h2）（表压）pb3+ρ油gh3=ρg（h1+h2+h3）（表压）3.写出连续性方程式，说明其物理意义及应用。常数常数uAAuAuA222111mq,常数常数uAAuAuVA2211q,21221221///,ddAAuuA圆形管中流动常数《化工原理》第2页共16页体积流量、质量流量、流速（平均流速）及质量流速的相互关系？P20例题qm＝ρqV=ρAuu＝qV/Aω=qm/A=ρu4．分别写出理想流体和实际流体的柏努利方程式，说明各项单位及物理意义。应用柏努利方程式时，应注意哪些问题？如何选取基准面和截面？应用柏努利方程式可以解决哪些问题？简化式（1）适用条件：在衡算范围内是不可压缩、连续稳态流体，同时要注意是实际流体还是理想流体，有无外功加入的情况又不同。（2）衡算基准：ffafehpphupghW而22位能、静压能和动能注：可多次列伯努利方程练习：用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为φ76×2.5mm在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σhf,1=2u2与Σhf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试求泵的有效功率。[答:Ne=2.26kW]2222222111uPgZuPgZfeHgpguZHgpguZ2222121122fehpugZWpugZ222212112211kkgg11NN11mm33fehpugZWpugZ2222121122JJ//kkggmmPPaa《化工原理》第3页共16页5.流体流动类型与雷诺准数：1）雷诺准数Re及流型Re=duρ/μ=du/ν，μ为动力粘度，单位为[Pa·S]；ν=μ/ρ为运动粘度，单位[m2/s]。层流：Re≤2000，湍流：Re≥4000；2000Re4000为不稳定过渡区。2）何谓牛顿型流体和非牛顿型流体？写出牛顿粘性定律。说明式中各项的意义和单位。牛顿粘性定律（A）牛顿粘性定律的表达式为，该式应用条件为牛顿型__流体作滞流流动。3）流型的比较：①质点运动方式：滞（层）流：沿轴向作直线运动，不存在横向混合和质点碰撞湍（紊）流：不规则杂乱运动，质点碰撞和剧烈混合。脉动是湍流的基本特点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：粘度内摩擦力，湍流：粘度内摩擦力+湍流切应力。练习:滞流和湍流的本质区别是()A．湍流流速大于滞流流速B．滞流时Re数小于湍流时Re数C．流道截面大时为湍流，截面小的为滞流D．滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动6.总摩擦阻力损失=直管阻力+局部阻力直管阻力是流体流经一定直径的直管时，所产生的阻力。局部阻力是流体流经管件、阀门及进出口时，受到局部障碍所产生的阻力。（流速和流向变）阻力的表达方式：机械能损失、压头损失、压强降练习：流体在管路两截面间的压强差ΔP与压强降ΔPf相等的条件是。[答：只有当流体在一段无外功的水平等径管内流动时，两者在数值上才相等。]1）直管阻力损失hfffpudlh22范宁公式(层流、湍流均适用).层流：232Re64(Re)dluhff或即哈根—泊稷叶公式（了解）。湍流区（非阻力平方区）：)(Re,df；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hf`①阻力系数法，5.00.122'cefuh②当量长度法，22'udlhef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。2)(2udllhef《化工原理》第4页共16页当管径不变时，2))((2udllhfe全面考虑：不丢、不能多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。练习：（A）如果管内流体流量增大一倍后，仍处于层流状态，则阻力损失增大到原来的___倍；流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的___。（B）当Re为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=___，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与___、___有关。（C）当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3，μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为2.5m.s-1时,其雷诺准数Re为___其摩擦阻力系数λ为___.（D）流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与____和____有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与____有关。7.（了解）并联管路：1、321VVVV2、321ffffhhhh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。分支管路：1、321VVVV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。8.柏式在流量测量中的运用（特点）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。练习：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。P61-64作业1-101-171-19、201-32离心泵–––––基本概念与基本原理1.简述离心泵的工作原理及主要部件。离心泵的叶轮有哪几种类型？离心泵的蜗形外壳有何作用？原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。闭式、半闭式和开式叶轮（A）离心泵的主要部件有和。（叶轮、泵壳）（B）离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是？（转能）2．离心泵在启动前为什么要在泵内充满液体？（A）一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是()ABA.忘了灌水B.吸入管路堵塞C.压出管路堵塞D.吸入管路漏气注意：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。3．离心泵的性能参数及特性曲线（定性）《化工原理》第5页共16页1）压头H，又称扬程fHgpZH2）有效功率)(102kwHQNHgQWNsee轴功率3）离心泵的特性曲线通常包括QQNQH,,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QN线上可看出：0Q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。若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小，流量减小，效率减小，轴功率增大。练习：（A）离心泵的主要特性曲线包括、和三条曲线。离心泵特性曲线是在一定下，用常温为介质，通过实验测定得到的。（转速、清水）（B）离心泵的效率η和流量qV的关系为（）BA.qV增大，η增大B.qV增大，η先增大后减小C.qV增大，η减小D.qV增大，η先减小后增大（C）离心泵的轴功率P和流量qV的关系为（）AA.qV增大，P增大B.qV增大，P先增大后减小C.qV增大，P减小D.qV增大，P先减小后增大（D）离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是（）。A（设计点）高效区A.最高效率点对应值B.操作点对应值C.最大流量下对应值D.计算数据4.离心泵的工作点及离心泵流量调节1）泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线（QH）与管路特性曲线（eeQH）的交点。管路特性曲线为：2eeBQKH。2）离心泵流量调节方法有哪几种？各有何优缺点。（改变？重点：阀门开度、串并联）工作点的调节：既可改变QH来实现，又可通过改变eeQH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。练习：（A）离心泵安装在一定管路上，其工作点是指。（B）离心泵通常采用调节流量5.离心泵的安装高度Hg1)气缚现象和汽蚀现象有何区别？各自产生原因？（A）离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体，否则将可能发生现象。而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生现象。《化工原理》第6页共16页（B）若离心泵入口真空表读数为700mmHg，当地大气压为101.33kPa，则输送上42℃水时（饱和蒸汽压为8.2kPa）泵内发生汽蚀现象。气蚀现象产生原因：泵吸入口附近压力等于或低于pv。气蚀现象的标志：泵扬程较正常值下降3%为标志。气蚀现象的危害：（1）泵体产生振动与噪音;（2）泵性能(qv、H、η)下降;（3）泵壳及叶轮冲蚀