流体流动过程与流体输送

1、 第三章第三章 流体流动过程与流体输送设备流体流动过程与流体输送设备 一、流体的概念一、流体的概念 流体：能够流动的物体。流体：能够流动的物体。 化工生产中所指的流体是液体和气体。化工生产中所指的流体是液体和气体。 研究流体的流动和输送主要研究流体的流动和输送主要 是解决以下问题：是解决以下问题： （1 1）输送流体所需管径尺）输送流体所需管径尺 寸的选择。寸的选择。 （2 2）输送流体所需能量和）输送流体所需能量和 设备的确定。设备的确定。 （3 3）流体性能参数的测量）流体性能参数的测量 和控制。和控制。 （4 4）研究流体的流动形态，）研究流体的流动形态， 为强化设备和操作提供理论为强化

2、设备和操作提供理论 依据。依据。 （5 5）了解流体输送设备的）了解流体输送设备的 工作原理和操作性能，正确工作原理和操作性能，正确 地使用流体输送设备。地使用流体输送设备。 二、流体的流动与输送的作用二、流体的流动与输送的作用 三、流体的基本性质三、流体的基本性质 1 1密度：单位体积流体所具有的质量称为流密度：单位体积流体所具有的质量称为流 体的密度。体的密度。 不可压缩流体：但除极高压力外，压力对液体不可压缩流体：但除极高压力外，压力对液体 的密度影响很小，可忽略不计的密度影响很小，可忽略不计, ,故常将液体称故常将液体称 为不可压缩流体。为不可压缩流体。 可压缩流体：气体具有可压缩性及

3、热膨胀性，可压缩流体：气体具有可压缩性及热膨胀性， 其密度随压力和温度的变化而变化，故常将气其密度随压力和温度的变化而变化，故常将气 体称为可压缩流体。体称为可压缩流体。 2 2 比体积：单位质量流体所具有的体积称为流比体积：单位质量流体所具有的体积称为流 体的比体积，它与流体的密度互为倒数。体的比体积，它与流体的密度互为倒数。 3 3、压强：垂直作用于流体单位面积上的、压强：垂直作用于流体单位面积上的 力称为流体的压强，简称为压力。力称为流体的压强，简称为压力。 压力的单位：压力的单位： PaPa，即，即N/mN/m2 2 。 还有些习惯使用的压力单位还有些习惯使用的压力单位 标准大气压（标

4、准大气压（atmatm） 工程大气压（工程大气压（kgf/cmkgf/cm2 2，atat） 毫米汞柱（毫米汞柱（mmHgmmHg） 米水柱（米水柱（mHmH2 2O O） 1kgf/cm1kgf/cm2 2=9.81=9.8110104 4Pa=1atPa=1at 1atm=101.3 1atm=101.310103 3PaPa 按不同的计量基准，压力有两种不同的表达方式。按不同的计量基准，压力有两种不同的表达方式。 绝对压力：以绝对零压为起点而计量的压力；绝对压力：以绝对零压为起点而计量的压力； 表压或真空度：以大气压力为基准而计量的压力。表压或真空度：以大气压力为基准而计量的压力。 当被

5、测容器的压力高于大气压时，所测压力称为表压；当被测容器的压力高于大气压时，所测压力称为表压； 当被测容器的压力低于大气压时（工程上称为负压），则当被测容器的压力低于大气压时（工程上称为负压），则 所测压力称为真空度。所测压力称为真空度。 表压表压= =绝对压力绝对压力大气压大气压 真空度真空度= =大气压大气压绝对压力绝对压力 4 4流量和流速流量和流速 单位时间内流体流经管道任一截面的单位时间内流体流经管道任一截面的 流体量，称为流体的流量。流体量，称为流体的流量。 体积流量体积流量q qv v，单位为，单位为m m3 3/s/s 质量流量质量流量q qm m，单位为，单位为kgkgs s

6、q qm m=q=qv v 通常所说的流速是指整个管道截面的平均通常所说的流速是指整个管道截面的平均 流速，以流体的体积流量除以管路的截面积所流速，以流体的体积流量除以管路的截面积所 得的值来表示：得的值来表示：u=qu=qv v /A /A 由于流体本身的粘滞性以由于流体本身的粘滞性以 及流体与管壁之间存在摩及流体与管壁之间存在摩 擦力，所以流体在管道内擦力，所以流体在管道内 同一截面上各点的流速是同一截面上各点的流速是 不相同的。不相同的。 单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过 的距离，称为流体的流速，以的距离，称为流体的流速，以u u表示，单位

7、为表示，单位为m/sm/s。 5 5、粘度、粘度 粘性是流体内部摩擦力的表现，粘度粘性是流体内部摩擦力的表现，粘度 是衡量流体粘性大小的物理量，是流体是衡量流体粘性大小的物理量，是流体 的重要参数之一。流体的粘度越大，其的重要参数之一。流体的粘度越大，其 流动性就越小。流动性就越小。 运动着的流体内部相邻两流体层间的运动着的流体内部相邻两流体层间的 相互作用力，是流体的内摩擦力相互作用力，是流体的内摩擦力F F。 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 =F/A=du/dy=F/A=du/dy 粘粘度度是牛顿粘性定律中的比是牛顿粘性定律中的比 例系数。例系数。 F udu u dy 粘度的物理意义粘度的物理

8、意义 流体流动时在与流动方向垂直的流体流动时在与流动方向垂直的 方向上产生单位速度梯度所需的剪应方向上产生单位速度梯度所需的剪应 力。力。 牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体；粘性定律的流体； 非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。 粘度的单位粘度的单位 SI制：制：Pas 或或 kg/(ms) 物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊） 换算关系换算关系1cP10-3 Pas 运动粘度运动粘度:粘度粘度与密度与密度之比之比 常见流体的粘度，可以从本书附录或有关手册中查得。常见流体的粘度，可以从

9、本书附录或有关手册中查得。 m2/s 四、流体流动的基本规律四、流体流动的基本规律 1 1、定态流动与非定态流动、定态流动与非定态流动 流体在管道或设备中流动时，若在任一流体在管道或设备中流动时，若在任一 截面上流体的流速、压力、密度等有关物理截面上流体的流速、压力、密度等有关物理 量仅随位置而改变，但不随时间而改变，称量仅随位置而改变，但不随时间而改变，称 为定态流动：反之，若流体在各截面上的有为定态流动：反之，若流体在各截面上的有 关物理量中，只要有一项随时间而变化，则关物理量中，只要有一项随时间而变化，则 称为非定态流动。称为非定态流动。 2 2、定态流动过程的物料衡算、定态流动过程的物

10、料衡算连续性方连续性方 程程 稳态流动时，根据质量守恒定律，稳态流动时，根据质量守恒定律， 在没有物料累积和泄漏的情况下，单在没有物料累积和泄漏的情况下，单 位时间内通过流动系统任一截面流体位时间内通过流动系统任一截面流体 的质量应相等。的质量应相等。 对截面对截面1-11-1和和2-22-2之间作物料衡算，之间作物料衡算， 则单位时间流入截面则单位时间流入截面1-11-1的流体质量的流体质量 应等于流出截面应等于流出截面2-22-2的流体的质量，的流体的质量， 即即q qm1 m1=q =qm2 m2 1 1u u1 1S S1 1=2 2u u2 2S S2 2 = =常数常数 对于不可压

11、缩流体，对于不可压缩流体， u u1 1S S1 1= u= u2 2S S2 2 = =常数常数 对于圆管，对于圆管， u u1 1d d1 12 2=u=u2 2d d2 22 2 1 1 2 2 截面积不变时，流量增大，流速也增大；截面积不变时，流量增大，流速也增大； 流量不变时，截面积增大，流速减小。流量不变时，截面积增大，流速减小。 p.105. 例3-1 如图所示，从一主管向两支管输送20的水。要求主管 中水的流速约为1m/s，支管1与支管2中水的流量分别为 20t/h和10t/h。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表 中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。 3 3、定态流动过

12、程的能量衡算一柏努利方程、定态流动过程的能量衡算一柏努利方程 （1 1）流动体系的能量形式）流动体系的能量形式 动能：流体以一定的流速流动时具有的能量。动能：流体以一定的流速流动时具有的能量。 质量为质量为m m、流速为、流速为u u的流体所具有的动能为的流体所具有的动能为mumu2 2/2/2， 单位为单位为J J。 位能位能: : 流体因受重力的作用，在不同高度处具有不同的流体因受重力的作用，在不同高度处具有不同的 位能，其值相当于把质量为位能，其值相当于把质量为m m的流体由基准水平面垂直举的流体由基准水平面垂直举 至某高度至某高度Z Z处所做的功，即处所做的功，即mgZmgZ，单位为，

13、单位为J J。 位能是个相对值，随所选基准水平面的不同而异。位能是个相对值，随所选基准水平面的不同而异。 静压能：静止流体内部任一处都存在一定的静压力，同静压能：静止流体内部任一处都存在一定的静压力，同 样在流动着的流体内部任何位置也都有一定的静压力。样在流动着的流体内部任何位置也都有一定的静压力。 流体如果要在管内通过，就需要对流体做功，以克服流流体如果要在管内通过，就需要对流体做功，以克服流 体的静压力。体的静压力。 在流体体积不变的情况下，把流体引入压力系统所在流体体积不变的情况下，把流体引入压力系统所 作的功，称为流动功。流体由于外界对它作流动功而具作的功，称为流动功。流体由于外界对它

14、作流动功而具 有的能量，称为静压能，其大小为有的能量，称为静压能，其大小为pV=pm/pV=pm/，单位为，单位为J J 。 内能：流体内部大量分子运动所具有的内动能内能：流体内部大量分子运动所具有的内动能 与分子间相互作用力而形成的内位能的总和。与分子间相互作用力而形成的内位能的总和。 其数值的大小随流体的温度和比体积的变化而其数值的大小随流体的温度和比体积的变化而 变化。变化。 位能、动能、静压能称为流体的机械能，位能、动能、静压能称为流体的机械能， 三者之和称为总机械能。三者之和称为总机械能。 （2 2）理想流体定态流动过程的能量衡算）理想流体定态流动过程的能量衡算 理想流体：指流体在流

15、动时没有内摩擦力存理想流体：指流体在流动时没有内摩擦力存 在，即粘度为零的流体。在，即粘度为零的流体。 若过程中没有热量输入，理想流体的温若过程中没有热量输入，理想流体的温 度和内能没有变化，能量衡算可以只考虑机度和内能没有变化，能量衡算可以只考虑机 械能之间的相互转换。械能之间的相互转换。 由图由图3-73-7，作能量衡算：，作能量衡算： mgZmgZ1 1+ + mumu1 12 2/2+ p/2+ p1 1m/m/1 1=mgZ=mgZ2 2+ + mumu2 22 2/2+ p/2+ p2 2m/m/2 2 上式称为理想流体定态流动过程的能量衡上式称为理想流体定态流动过程的能量衡 算式

16、，也称为柏努利方程。算式，也称为柏努利方程。 gZ1+ u12/2+ p1/1=gZ2+ u22/2+ p2/2 Z1+ u12/2g+ p1/1g=Z2+ u22/2g+ p2/2g 工程上，将单位重力的流体所具有的能量，工程上，将单位重力的流体所具有的能量， 即即J JN N，称为，称为“压头压头”。 Z Z、u u2 2/(2g)/(2g)、p/(g)p/(g)分别是以压头形式表分别是以压头形式表 示的位能、动能和静压能，分别称为位压头、示的位能、动能和静压能，分别称为位压头、 动压头和静压头。动压头和静压头。 使用压头形式表示能量时，应注明是哪一使用压头形式表示能量时，应注明是哪一 种

17、流体，如流体是水，应说它的压头是多少米种流体，如流体是水，应说它的压头是多少米 水柱。水柱。 实际流体在流动时由于流体粘性的存实际流体在流动时由于流体粘性的存 在必然造成阻力损失，令每牛顿重的流体在必然造成阻力损失，令每牛顿重的流体 在定态流动时因摩擦阻力而损失的能量为在定态流动时因摩擦阻力而损失的能量为 hf hf ，单位为，单位为J JN N或或 m m。 为克服流体阻力使流体流动，需安装为克服流体阻力使流体流动，需安装 流体输送机械（如泵或风机），设每牛顿流体输送机械（如泵或风机），设每牛顿 重的流体从流体输送机械所获得的外加能重的流体从流体输送机械所获得的外加能 量为量为HeHe，单位

18、，单位J JN N或或m m。 则实际流体的柏努利方程为则实际流体的柏努利方程为： Z Z1 1+ u+ u1 12 2/2g+ p/2g+ p1 1/1 1g+He=Zg+He=Z2 2+ u+ u2 22 2/2g+ p/2g+ p2 2/2 2g+ hf g+ hf 对于可压缩的气体，若通过所取两个截面对于可压缩的气体，若通过所取两个截面 之间的压力变化小于原来压力的之间的压力变化小于原来压力的2020时，衡算时，衡算 所引起的误差不大，柏努利方程仍可适用。但所引起的误差不大，柏努利方程仍可适用。但 应该注意的是，此时气体的密度和压头损失中应该注意的是，此时气体的密度和压头损失中 的有关

19、数值应采用平均值进行计算。的有关数值应采用平均值进行计算。 对于不可压缩流体，上式变为对于不可压缩流体，上式变为 22 1122 12 22 f upup zzh gggg 若流体处于静止状态，若流体处于静止状态，u=0u=0，则柏努利方程变为，则柏努利方程变为 2 2 1 1 p gz p gz )( 2112 zzgpp 流体流动的能量衡算方程也包括了流体流体流动的能量衡算方程也包括了流体 静止状态的规律，静止的流体不过是运动流静止状态的规律，静止的流体不过是运动流 体的特殊表现形式而已。体的特殊表现形式而已。 在应用柏努利方程时，应该注意以下几点：在应用柏努利方程时，应该注意以下几点：

20、作图。根据题意作出流动系统的示意图，注明流体的流动作图。根据题意作出流动系统的示意图，注明流体的流动 方向，并标出有关数据以分析题意。方向，并标出有关数据以分析题意。 截面的选取。确定出上下游截面以明确流动系统的衡算范截面的选取。确定出上下游截面以明确流动系统的衡算范 围。注意所选截面必须与流体流动方向垂直，且流体在两围。注意所选截面必须与流体流动方向垂直，且流体在两 截面之间必须是连续的。所求的未知量应包括在选定的截截面之间必须是连续的。所求的未知量应包括在选定的截 面上，以便于解题。若确定外加功时，则两截面应分别选面上，以便于解题。若确定外加功时，则两截面应分别选 在输送设备的两侧。在输送

21、设备的两侧。 基准水平面的选取。原则上，基准水平面可以任意选取，基准水平面的选取。原则上，基准水平面可以任意选取， 并不影响计算结果，但为了简化计算，通常将所选两个截并不影响计算结果，但为了简化计算，通常将所选两个截 面中位置较低的一个作为基准水平面。如果截面与基准水面中位置较低的一个作为基准水平面。如果截面与基准水 平面不平行，则平面不平行，则Z Z值是指截面中心点与基准水平面的垂直值是指截面中心点与基准水平面的垂直 距离。距离。 单位务必统一。方程式两侧的各个物理量的单位必须一致，单位务必统一。方程式两侧的各个物理量的单位必须一致， 最好均采用国际单位制。特别是等式两边的压力，用绝对最好均

22、采用国际单位制。特别是等式两边的压力，用绝对 压或表压均可，但必须统一。压或表压均可，但必须统一。 五、流体压力和流量的测量五、流体压力和流量的测量 1 1、U U形管压强计形管压强计 U U形管内盛有与被测液体互不相溶、密度比被测液体的密形管内盛有与被测液体互不相溶、密度比被测液体的密 度大的指示液；度大的指示液； 将将U U形管压强计的两端与被测系统两端相连接，可测量被形管压强计的两端与被测系统两端相连接，可测量被 测系统两点的压强差测系统两点的压强差. . )( 1 Rmgpp A p1p2 m R AA 设指示液的密度为 ， 被测流体的密度为 。 0 A与A面 为等压面，即 A A p

23、p gRgmpp A 02 gRgmpRmgp 021 )( 整理得 gRpp)( 021 将U形管压强计的一端与被测系统相连接， 另一端与大气相连通，则可测量被测系统 的表压或真空度。 p1-pa=R(0-)g 若被测流体是气体， ，则有 0 021 Rgpp p1 pa p1 pa 倒置倒置U U形管压强计以被形管压强计以被 测液体作为指示液，液测液体作为指示液，液 体上方充满空气。体上方充满空气。 1200 ()ppRgRg )( CA 密度接近但不互溶的两种指示密度接近但不互溶的两种指示 液液A A和和C C ； 扩大室内径与扩大室内径与U U管内径之比应大于管内径之比应大于1010

24、。 )( 21CA Rgpp 微差压力计微差压力计 22 1122 12 H 22 f pupu zz gggg z z1 1=z=z2 2,H,Hf f00 22 1122 22 pupu gggg p uu 2 2 1 2 2 2 12 1 S uu S 000 2 0 1 00 2()122 1 () 2() i i v gRpp uCC S S gR qC S 问题：（问题：（1 1）实际有能量损失；）实际有能量损失； （2 2）缩脉处）缩脉处A A2 2未知。未知。 C C0 0流量系数（孔流系流量系数（孔流系 数），一般为数），一般为0.60.60.7 0.7 S S0 0孔面积。

25、孔面积。 2.2.流量计：孔板流量计流量计：孔板流量计 孔板流量计结构简单，制造方便，但能量损耗孔板流量计结构简单，制造方便，但能量损耗 较大。较大。 （2 2）文丘里流量计）文丘里流量计 参照流体流经孔板流量计的孔板前后的流线形参照流体流经孔板流量计的孔板前后的流线形 状设计而成，它的主要部件为收缩管和扩大管，两状设计而成，它的主要部件为收缩管和扩大管，两 者的结合处为者的结合处为“喉管喉管”。流体由收缩管进入，经过。流体由收缩管进入，经过 喉管进入扩大管流出。流量计算公式与孔板流量计喉管进入扩大管流出。流量计算公式与孔板流量计 类似。类似。 文丘里流量计的能量损耗比孔板流量计小得多，文丘里

26、流量计的能量损耗比孔板流量计小得多， 但加工难度大一些。但加工难度大一些。 （3 3）转子流量计）转子流量计 从转子的悬浮高度直接从转子的悬浮高度直接 读取流量数值。读取流量数值。 在在1-11-1和和2-22-2截面间列柏努利方程截面间列柏努利方程 12 zz 22 1122 12 22 f pupu zzH gggg Hf0 22 1122 22 pupu gggg 12 2 2 2 1 2 1 v ppS q S S 2 2 1 1 1 R C S S 令令 12 2 vRR pp qC A 2 AAR C CR R流量系数流量系数 A AR R转子的环隙面积转子的环隙面积 gVApgV

27、Ap fffff 21 f f A gV pp 1 21 2 ff vRR f V g qC S A 优缺点：优缺点： （1 1）永远垂直安装，且下进、上出，安装支路便于检）永远垂直安装，且下进、上出，安装支路便于检 修。修。 （2 2）读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测量精）读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测量精 度较高；度较高； （3 3）玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过程中）玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过程中 玻璃容易破碎。玻璃容易破碎。 （4 4）转子可用不锈钢等抗腐蚀材料制成，因此转子流转子可用不锈钢等抗腐蚀材料制成，因此转子流 量计适用于各种流体流量的测量。量

28、计适用于各种流体流量的测量。 （5 5）标定流体：）标定流体：2020水（水（ 1000kg/m1000kg/m3 3 ） 2020、101.3kPa101.3kPa下空气（下空气（ 1.2kg/m1.2kg/m3 3） 被测流体与标定流体不同时，需进行刻度校正。被测流体与标定流体不同时，需进行刻度校正。 六、管内流体流动的阻力六、管内流体流动的阻力 1 1、管、管件及阀门、管、管件及阀门 （1 1）管（光滑管和粗糙管）管（光滑管和粗糙管） 通常把玻璃管、铜管、铅管及塑料管等称为光滑通常把玻璃管、铜管、铅管及塑料管等称为光滑 管；把钢管和铸铁管称为粗糙管。管；把钢管和铸铁管称为粗糙管。 管壁粗

29、糙面凸出部分的平均高度，称为绝对粗糙度，管壁粗糙面凸出部分的平均高度，称为绝对粗糙度， 以以 表示。绝对粗糙度与管内径表示。绝对粗糙度与管内径d d的比值的比值d d称为相称为相 对粗糙度。对粗糙度。 钢管分有缝钢管和无缝钢管，前者多用低碳钢制成，钢管分有缝钢管和无缝钢管，前者多用低碳钢制成， 后者有普通碳钢、优质碳钢、不锈钢等。后者有普通碳钢、优质碳钢、不锈钢等。 （2 2）管件：管与管的连接部分，主要用来改变管道方向、）管件：管与管的连接部分，主要用来改变管道方向、 连接支管、改变管径及堵塞管道等。连接支管、改变管径及堵塞管道等。 （3 3）阀门：安装于管道中用以调节流量。）阀门：安装于管

30、道中用以调节流量。 常用的阀门有截止阀、闸阀和止逆阀等。常用的阀门有截止阀、闸阀和止逆阀等。 2.2.流动形态流动形态 雷诺通过大量实验观察到，流体流动分为层雷诺通过大量实验观察到，流体流动分为层 流（滞流）、过渡流、湍流等几种类型。流（滞流）、过渡流、湍流等几种类型。 （2 2）流动形态判据）流动形态判据 雷诺实验还发现，流动类型除了与流速有关雷诺实验还发现，流动类型除了与流速有关 外，还与管径、流体的黏度、流体的密度有关外，还与管径、流体的黏度、流体的密度有关 。 Re=du/Re=du/：雷诺数。：雷诺数。 ReRe是一个无因次的数群。是一个无因次的数群。 Re4000Re4000，湍流

31、；，湍流； Re2000Re2000，层流；，层流； 2000Re40002000Re4000，过渡流。，过渡流。 （3 3）湍流与层流的特征）湍流与层流的特征 层流时流速沿管径层流时流速沿管径 呈抛物线分布，管中心呈抛物线分布，管中心 处流速最大，管截面各处流速最大，管截面各 点速度的平均值为最大点速度的平均值为最大 速度的一半速度的一半 。 湍流时，流体质点强烈湍湍流时，流体质点强烈湍 动有利于交换能量，使得管截动有利于交换能量，使得管截 面靠中心部分速度分布比较均面靠中心部分速度分布比较均 匀，流速分布曲线前沿平坦，匀，流速分布曲线前沿平坦， 而近壁部分的质点受壁面阻滞，而近壁部分的质点

32、受壁面阻滞， 流速分布较为陡峭流速分布较为陡峭 。 湍流的平均速度约为最大湍流的平均速度约为最大 速度的速度的0.80.8倍倍 。 (4)(4)流动边界层流动边界层 流体受壁面影响而存在速度梯度的区域称为流体受壁面影响而存在速度梯度的区域称为 流体流动的边界层流体流动的边界层 。 一般把边界层厚度定义为自壁面到流速达到一般把边界层厚度定义为自壁面到流速达到 流体主体流速流体主体流速9999处的区域。处的区域。 流体流过较大曲率的物体时，还会发生边界流体流过较大曲率的物体时，还会发生边界 层分离观象。层分离观象。 流体流经管件、阀门、管束或异形壁面时，流体流经管件、阀门、管束或异形壁面时， 产生

33、边界层分离，会导致流体流动阻力的增产生边界层分离，会导致流体流动阻力的增 大。大。 3 3、管内流动阻力计算、管内流动阻力计算 （1 1）流动阻力分类：）流动阻力分类： 直管阻力直管阻力h hf f ：在直管中流动时由于内摩擦而：在直管中流动时由于内摩擦而 产生的阻力。产生的阻力。 局部阻力局部阻力h hl l ：由于管道的局部障碍（管件、：由于管道的局部障碍（管件、 阀门、流量计、管径的突然扩大或收缩等）阀门、流量计、管径的突然扩大或收缩等） 所引起的阻力。所引起的阻力。 f g u g p z g u g p z 22 2 2 2 2 1 1 12 f ppp gg （2 2）直管阻力损失

34、）直管阻力损失 层流时的阻力损失层流时的阻力损失 2 32 lu p d 2 32 f plu h d 2 64 2 f l u h du d 2 2 f l u h d 6464 Re du ：摩擦系数 湍流时，湍流时， 的数值通过下图查取。的数值通过下图查取。 )(Re,df （3）局部阻力损失）局部阻力损失 a.a.阻力系数法阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数将局部阻力表示为动能的某一倍数 g u h f 2 2 2 1 2 2 1 1 (1)01 u 2 f A A u h 小管中的速度 局部阻力系数局部阻力系数 2 2 0 2 2 2 (1)00.5 2 f A A u hu

35、 小管中的速度 管进口管进口:=0.5:=0.5 管出口：管出口：=1=1 b.b.当量长度法当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合 成直径相同、长度为成直径相同、长度为lele的直管所产生的阻力的直管所产生的阻力 。 2 2 e f l u h d (4)(4)总摩擦阻力损失总摩擦阻力损失hfhf 22 () 22 e f ll ulu h dd 管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯； 尽量不安装不必要的管件和阀门等；尽量不安装不必要的管件和阀门等； 管径适当大些。管径适当大些。 减少流动阻力减少流动阻力 损失的途径

36、损失的途径： 七、流体输送设备七、流体输送设备 流体流动需要一定的推动力以克服管路和流体流动需要一定的推动力以克服管路和 设备的阻力，才能把流体从低处送到高处，或设备的阻力，才能把流体从低处送到高处，或 从低压系统输送到高压系统。这种动力是由流从低压系统输送到高压系统。这种动力是由流 体输送机械提供的。体输送机械提供的。 一般把输送液体的机械称为泵，把输送气一般把输送液体的机械称为泵，把输送气 体的机械称为风机或压缩机。体的机械称为风机或压缩机。 流体输送设备，按照工作原理可分为两大类：流体输送设备，按照工作原理可分为两大类： （1 1）离心式：利用高速旋转的叶轮给流体提供动）离心式：利用高速

37、旋转的叶轮给流体提供动 能。然后流体的动能再转化为静压能，如离心泵及能。然后流体的动能再转化为静压能，如离心泵及 离心压缩机等。离心压缩机等。 （2 2）正位移式：利用活塞、齿轮、螺杆等直接挤）正位移式：利用活塞、齿轮、螺杆等直接挤 压流体，以增加流体的静压头，如往复泵、齿轮泵、压流体，以增加流体的静压头，如往复泵、齿轮泵、 螺杆泵、往复压缩机等。螺杆泵、往复压缩机等。 （3 3）不属于上述类型的其他形式的泵，如喷射泵，）不属于上述类型的其他形式的泵，如喷射泵， 利用高速流体射流时的能量转换来输送流体。利用高速流体射流时的能量转换来输送流体。 (1)工作原理工作原理 叶轮高速旋转 液体获 得动

38、能 液体被甩出叶 轮中心 流道截面扩大 动能转化为静压能 液 体被压出 叶轮中心 形成了低压区 低处 液体被吸入泵壳内。 1、离心泵、离心泵 由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体由于泵内存有空气，空气的密度远小于液体 的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中的密度，叶轮旋转产生的离心力小，因而叶轮中 心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵 内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，这种 现象称为现象称为气缚现象气缚现象。 表明离心泵无自吸能力表明离心泵无自吸能力 泵启动前，先使泵内充满被输送的液体，是为了防

39、止泵启动前，先使泵内充满被输送的液体，是为了防止 气缚现象的发生。气缚现象的发生。 （2 2）离心泵的主要性能参数）离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数包括：扬程、流量、功率和效率。离心泵的主要性能参数包括：扬程、流量、功率和效率。 扬程是指泵对单位重力的流体所作的功，也称为压头，亦即扬程是指泵对单位重力的流体所作的功，也称为压头，亦即 液体进出泵前后的压头差，用液体进出泵前后的压头差，用HeHe表示，单位为米液柱。表示，单位为米液柱。 流量：又称排液量或输送能力，是指在单位时间内泵所排送流量：又称排液量或输送能力，是指在单位时间内泵所排送 的液体量，用符号的液体量，用符号q qv v表

40、示。表示。 离心泵的流量和扬离心泵的流量和扬 程可通过实验测定。程可通过实验测定。 功率：单位时间内液体自泵实际得到的功率称功率：单位时间内液体自泵实际得到的功率称 为泵的有效功率；用符号为泵的有效功率；用符号NeNe表示，单位表示，单位w w。有。有 效功率与流量、扬程之间的关系为：效功率与流量、扬程之间的关系为： gHeqNe v 效率：泵在输送流体过程中，不可避免有能量损失，因效率：泵在输送流体过程中，不可避免有能量损失，因 此泵轴转动所作的功不可能全部为液体所获得通常用效此泵轴转动所作的功不可能全部为液体所获得通常用效 率来反映能量损失，用符号率来反映能量损失，用符号表示。表示。 离心

41、泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度和所离心泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度和所 输送液体的性质有关。一般小型泵的效率为输送液体的性质有关。一般小型泵的效率为50507070，大，大 型泵可达型泵可达9090左右。左右。 泵的有效功率泵的有效功率NeNe、轴功率、轴功率NaNa和效率和效率之间的关系为：之间的关系为： =Ne/Na=Ne/Na 3 ,/ v q mh mH, p v Pq v Hq v q HqHqv v曲线：曲线：qvqv ，H H PqPqv v曲线：曲线： qvqv ，P P q qv v为零时，消耗的功率最小为零时，消耗的功率最小 启动泵时应启动泵时应关闭出口阀

42、，关闭出口阀， 使启动电流最小。使启动电流最小。 qqv v曲线曲线：效率随着流：效率随着流 量的增大呈现先增后降的量的增大呈现先增后降的 变化趋势变化趋势, ,存在一个存在一个 max max。 。 泵的铭牌的参数：与泵的铭牌的参数：与 max max对应 对应 的性能参数的性能参数 选型的依据选型的依据 （3 3）离心泵的特性曲线）离心泵的特性曲线 泵在与最高效率点相对应的流泵在与最高效率点相对应的流 量和扬程下工作最为经济。量和扬程下工作最为经济。 不同型号的离心泵有不同形状的特性曲线。不同型号的离心泵有不同形状的特性曲线。 离心泵的特性曲线是在固定转速下测定的，离心泵的特性曲线是在固定

43、转速下测定的， 泵的转速改变时，泵的特性曲线也随之改变。泵的转速改变时，泵的特性曲线也随之改变。 （4 4）离心泵的安装高度和气蚀现象）离心泵的安装高度和气蚀现象 离心泵的安装高度有一定的限度，这个限度取决于离心泵的安装高度有一定的限度，这个限度取决于 泵的吸上真空高度。泵的吸上真空高度。 （p p0 0pp1 1）/g/g称为离心泵吸上真空高度，记作称为离心泵吸上真空高度，记作HsHs。 p p1 1越小，越小，HsHs越大，越大，HgHg越大。越大。 f hgugppHg2/ )( 2 110 气蚀发生时，泵的扬程显著下降，同时产气蚀发生时，泵的扬程显著下降，同时产 生震动和噪音。生震动和噪音。 为了避免气蚀的发生，必须选择适当的安为了避免气蚀的发生，必须选择适当的安 装高度。装高度。 叶轮入口处最低压力小于或等于液体的饱和蒸气叶轮入口处最低压力小于或等于液体的饱和蒸气 压时，液体气化，产生气泡，气泡到达高压区受压缩后压时，液体气化，产生气泡，气泡到达高压区受压缩后 破灭，周围液体以高速涌向汽泡中心。破灭，周围液体以高速涌向汽泡中心。叶轮受冲击而出叶轮受冲击而出 现剥落，泵体振动并发出噪音。此现象称为气蚀。现剥落，泵体振动并发出噪音。此现象称为气蚀。 泵的气蚀刚发生时所对应的吸上