食品工程原理流体流动实用教案

1、流体分为液体和气体。 通常(tngchng)，将输送液体的机械称为泵； 将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 流体输送机械按工作原理分为： 动力式（叶轮式）：离心式、轴流式 容积式（正位移式）：往复式、旋转式 其他类型：喷射式等第1页/共46页第一页，共46页。离心泵第2页/共46页第二页，共46页。离心泵的外观离心泵的外观(wigun)(wigun)第3页/共46页第三页，共46页。离心泵的结构(jigu)组成 第4页/共46页第四页，共46页。流体在泵内都获得流体在泵内都获得(hud)(hud)了什么能量？其中那种能量占主导地位？了什么能量？其中那种能量占

2、主导地位？思考思考(sko)(sko)：常压流体常压流体(lit)(lit)被甩出被甩出高速流体高速流体机械旋转机械旋转的离心力的离心力逐渐扩大的逐渐扩大的泵壳通道泵壳通道高压流体高压流体灌满液体灌满液体，叶轮旋转，叶轮旋转离心力甩出液体离心力甩出液体泵壳内进行能量的转换泵壳内进行能量的转换流体被压出流体被压出叶轮中心形成真空叶轮中心形成真空在压力差的作用下流体被压入泵内在压力差的作用下流体被压入泵内一、离心泵的工作原理和主要部件1. 1.离心泵的工作原理离心泵的工作原理第5页/共46页第五页，共46页。第6页/共46页第六页，共46页。泵启动(qdng)前为什么要灌满液体思考(sko)：液体

3、(yt)未灌满气液离心力甩不出气体叶轮中心的真空度不够吸不上液体泵无法正常工作启动与停泵： 关闭出口阀后启动泵，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。停泵前先关闭出口阀后再停机，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命 。气缚现象第7页/共46页第七页，共46页。2.离心泵的主要离心泵的主要(zhyo)部件部件叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般(ybn)可达12003600转/min，高速1070020450转/min。根据其结构可分为： 第8页/共46页第八页，共46页。敞式叶轮敞式叶轮(yln)(yln)敞式叶轮敞式叶轮(

4、yln)(yln)没有前、后盖板；没有前、后盖板；结构简单结构简单(jindn)(jindn)，清洗方便；，清洗方便；但是液体易发生倒流，效率较低；但是液体易发生倒流，效率较低；适合于输送浆液和含有固粒悬浮物适合于输送浆液和含有固粒悬浮物的液体，不易堵塞。的液体，不易堵塞。第9页/共46页第九页，共46页。半蔽式叶轮半蔽式叶轮(yln)(yln)吸液口一侧无盖板吸液口一侧无盖板(i bn)(i bn)，效率也，效率也较低；较低；适用于输送悬浮液。适用于输送悬浮液。第10页/共46页第十页，共46页。蔽式叶轮蔽式叶轮(yln)(yln)有前后轮盖；结构较复杂，造价较高；效率较高，适于输送清洁流体

5、(lit)；应用广泛。第11页/共46页第十一页，共46页。泵壳（蜗牛泵壳（蜗牛(wni)(wni)形，又称形，又称蜗壳）蜗壳）泵壳制成蜗牛形，使部分(b fen)动能转换成静压能。从而避免高速流体在泵体及管路内巨大的流动阻力损失。因此泵壳不仅是液体的汇集器，而且还是一个能量转换装置。第12页/共46页第十二页，共46页。泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界空气进入(jnr)泵内。填料密封：简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；机械密封：液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。适用于要求密封较高的场合，如酸、碱、易

6、燃、易爆及有毒液体的输送。 轴封装置轴封装置(zhungzh)(zhungzh)第13页/共46页第十三页，共46页。底阀（单向阀）：当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个单向阀，可防止(fngzh)灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。滤网：防止(fngzh)液体中杂质进入泵体。 以上三个构造是离心泵的基本构造，为使泵更有效地工作，还需其它的辅助(fzh)部件：2.离心泵的主要离心泵的主要(zhyo)部件部件第14页/共46页第十四页，共46页。1.4液体输送(sh sn)设备1.4.1离心泵1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线第15页/共46页第十五页，共46页。1）流量Q，m3/s或

7、m3/h ：与泵的结构、尺寸（叶轮直径、叶片形状等）、转速、输液管路阻力等有关；2）压头(扬程)H，m：与泵的结构、转速、流量有关；3）效率 ：与容积损失（泄漏起因(qyn)的）、机械损失（机械摩擦起因(qyn)的）、水力损失（黏性和涡流起因(qyn)的环流、摩擦、冲击损失）有关；一、离心泵的主要(zhyo)性能参数一般小型(xioxng)离心泵的效率5070%，大型离心泵效率可达90%。第16页/共46页第十六页，共46页。4）离心泵的有效功率是指液体(yt)在单位时间内从叶轮获得的能量。轴功率P，由电机传送给泵的功率，可直接用效率来计算：/vPHqgevPHqg一、离心泵的主要(zhyo)

8、性能参数第17页/共46页第十七页，共46页。5）叶轮(yln)转速 n 10003000转/min；2900转/min最常见。泵在出厂前必须(bx)确定其各项性能参数，即以上各参数值，并标在铭牌上；这些参数是在最高效率条件下用20 的水测定的。一、离心泵的主要(zhyo)性能参数第18页/共46页第十八页，共46页。 由于离心泵的各种( zhn)损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线Hqv 、Pqv 、qv的关系只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。 4B20 4B20离心泵离心泵n n2900r/min2900r/min3030262622221818141410100 020

9、20404060608080 100100 12012084 40 080%80%70%70%60%60%50%50%40%40%30%30%20%20%0 0H H/m/mN NkWkWq qv v/(m/(m3 3/h)/h)PH二、离心泵的特性(txng)曲线 第19页/共46页第十九页，共46页。（1）HQ曲线：曲线：Q，H(Q很小时可能例外很小时可能例外)。当当Q0时，时，H也只能也只能(zh nn)达到一定值，这是离心泵的一达到一定值，这是离心泵的一个重要特性。个重要特性。 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080

10、 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)PH4B型离心泵的特性曲线二、离心泵的特性(txng)曲线 第20页/共46页第二十页，共46页。（2）PQ曲线： Q ，N 。当Q0 时，P最小。这要求离心泵启动时，应关闭出口阀，以减小启动功率，保护(boh)电动机免因超载而受损。 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ /(m3/h)NH4B4B型离心泵的特性型离心泵的特性(txng)(txng)曲线

11、曲线二、离心泵的特性(txng)曲线 第21页/共46页第二十一页，共46页。（3） Q曲线：极值点(最大值)，此点称泵的设计点。此时效率最高，损失最小，此点对应的H、Q、P称最 佳 工 况 参 数 。 对 应 流 量(liling)称额定流量(liling)。 4B20离心泵离心泵n2900r/min302622181410020406080 100 120 1401284080%70%60%50%40%30%20%0H/mNkWQ/(m3/h)NH4B型离心泵的特性(txng)曲线泵的铭牌上即标注(bio zh)额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92max 。二、离心

12、泵的特性曲线 第22页/共46页第二十二页，共46页。1.4液体输送(sh sn)设备1.4.1离心泵1.4.2离心泵的性能参数与特性曲线1.4.3离心泵安装高度第23页/共46页第二十三页，共46页。一、汽蚀现象(xinxing)Zsp0K-K1-1 离心泵的安装高度0-0液面较低的液体能被吸入泵的进口 ， 是 由 于 叶 轮 将 液 体 从 中 央(zhngyng)甩向外周，在叶轮中心进口处形成负压（真空），从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的安装高度Zs。第24页/共46页第二十四页，共46页。在液面 0-0 与泵内压强最低处即叶轮(yln

13、)中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得：20kk0-k2sfppu-Zhggg 若液面压强 p0 一定，吸入管路流量一定（即uk一定），安装(nzhung)高度Zs ，hf(0-k)，pk，当pk至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时（即pkpv），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？ZspsK-K1 离心泵的安装高度s第25页/共46页第二十五页，共46页。 伴随现象伴随现象(xinxing) 泵体振动并发出噪音泵体振动并发出噪音 H, qv , 严重时不送液；严重时不送液； 时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片当pkpv，叶轮(yln

14、)中心汽化汽泡被抛向外围(wiwi)凝结局部真空压力升高周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤)一、汽蚀现象第26页/共46页第二十六页，共46页。 安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； 吸入管路阻力(zl)或压头损失太高。汽蚀现象产生汽蚀现象产生(chnshng)(chnshng)的原因的原因一、汽蚀现象(xinxing)第27页/共46页第二十七页，共46页。二、离心泵的安装(nzhung)高度 为避免汽蚀现象，安装高度必须为避免汽蚀现象，安装高度必须(bx)加以限制，即存加以限制，即存在最大安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸入口与吸在最大安装高度又称为允许吸上高度，

15、指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Zs表示。表示。01sZ在液面0与泵入口处1两截面(jimin)间列柏努利方程20112sfppuZhgg p0为大气压强pa2112asfppuZhgg 1、允许吸上真空度第28页/共46页第二十八页，共46页。1asppHg 注意(zh y)：HS单位是压强的单位，通常以 m 液柱来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成 m（实际上应为mH2O）。离心泵的允许(ynx)吸上真空度 允许吸上高度(god)的计算式212ssfuZHhg 二、离心泵的安装高度 第29页/共46页第二十九页，共46页

16、。HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗汽蚀性能好，安装高度Zs越高。 提高 HS，势必要降低(jingd)p1。p1降低(jingd)到操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压pv时，即发生汽蚀， Hs值达到临界值Hsmax，称为最大吸上真空度。 二、离心泵的安装(nzhung)高度 1asppHg 01sZmaxavsppHg 第30页/共46页第三十页，共46页。为了避免汽蚀现象，规定吸上真空(zhnkng)度留有一定的余量，称为允许吸上真空(zhnkng)高度Hsp。 二、离心泵的安装(nzhung)高度 1asppHg 01sZmaxspsHH 据此计算离心泵的安装(nzhung)高度，称为

17、允许安装(nzhung)高度Zsp。212spspfuZHhg 第31页/共46页第三十一页，共46页。确定允许吸上真空高度Hsp应使用泵的最大流量下进行计算，通常由泵的制造工厂试验测定，在大气压为10mH2O下，以20清水为介质进行实验的。若输送其它(qt)液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对Hsp进行校正。 10spvvspsppHHHg 二、离心泵的安装(nzhung)高度 Ha：泵工作(gngzu)点的压力，mH2Opv：20水的饱和蒸汽压；pv：输送温度下水的饱和蒸汽压；第32页/共46页第三十二页，共46页。三、安装三、安装(nzhung)高度高度Hg 在o-o与k-k截面(

18、jimin)间列伯努利方程 22,22ookkokf o kpupuzzhgggg 2() 2okksf o kppuZhgg 2(1)(1) 2okkf ofkppuhhgg 2、允许(ynx)吸上真空度sZ第33页/共46页第三十三页，共46页。qv一定(ydng)，发生气蚀时，pk=pv，Zs=Zsp 2(1)(1) 2okksf ofkppuZhhgg 在在1-1与与k-k截面截面(jimin)间列伯努利方程间列伯努利方程 22111,122vkkfkpupuzzhgggg 2(1)(1) 2ovkf oksfppuZhhgpg 第34页/共46页第三十四页，共46页。2211,122

19、vkfkpupuhgggg 211()2vppuhggg 令令：汽蚀余量汽蚀余量(y (y lin)lin)max-ovgfppHhhg 2(1)(1) 2okf opkvfspuhhgpZg max-sfh Hh 第35页/共46页第三十五页，共46页。1.4液体输送设备1.4.1离心泵1.4.2离心泵的性能参数与特性(txng)曲线1.4.3离心泵安装高度1.4.4管路特性(txng)第36页/共46页第三十六页，共46页。离心泵的工作(gngzu)点是由离心泵特性曲线和 管路特性曲线共同确定的。1.管路(un l)特性曲线一、离心泵的工作(gngzu)点z11221p22fpuHzhgg

20、 2,02puzAgg fHAh第37页/共46页第三十七页，共46页。z11221p22eflluhdg 2HABQ 管路管路(un l)(un l)特性方程特性方程e22258()llQBQgd 1.管路特性(txng)曲线第38页/共46页第三十八页，共46页。工作点：泵特性工作点：泵特性(txng)(txng)曲线和管路特性曲线和管路特性(txng)(txng)曲线的交点。曲线的交点。OQQHH管路管路(un l)H qv 离心泵的工作离心泵的工作(gngzu)点点泵泵H泵泵 gPzA A在工作点处泵的输液量即为管路的流量Q ，泵提供的压头（扬程）H 必恰等于管路所要求的压头H。当工作点是在高效区（不低于92max），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。2. 2.离心泵的工作点离心泵的工作点第39页/共46页第三十九页，共46页。 管路特性曲线H=A+BQ2为开口向上的抛物线，纵轴截距反映了管路上下游总势能差；B反映了管路阻力的大小；B，同样流量下管路的阻力越大，B较大(jio d)的管路称为高阻管路，反之则称为低阻管路；OQQHH1管路管路H 离心泵的工作点离心泵的工作点泵泵H泵泵 gPzA A第40页/共46页第四十页，共46页。 泵特性曲线中流量的单位可能是m3/s或m3/h ；求工作(