第一章流体流动与输送

1、本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验第一章流体流动与输送本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验第一节 流体的物理性质一、连续介质的假定一、连续介质的假定二、流体的密度二、流体的密度三、流体的可压缩性和温度膨胀性三、流体的可压缩性和温度膨胀性四、流体的粘性四、流体的粘性五、流体的粘度五、流体的粘度 （动力粘度）（动力粘度）本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验一、连续介质的假定流体：流体：可以自由流动，无固定形状的物体可以自由流动，无固定形状的物

2、体连续介质假设：连续介质假设：流体由无数个连续的质点组成。流体由无数个连续的质点组成。质点：质点：由许多个分子组成的微团，其尺寸比容器由许多个分子组成的微团，其尺寸比容器小小 得多，但比分子自由程大得多得多，但比分子自由程大得多。（宏观尺寸非。（宏观尺寸非常小，微观尺寸又有足够大）常小，微观尺寸又有足够大）例如：标准状态下，例如：标准状态下，1mm1mm3 3水中有水中有3.43.410101919个分子，个分子，即使是即使是1 1滴水也有约滴水也有约1.71.710101818个个分子。分子。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验物理量在连续

3、介质中的分布物理量的场。我们把流体看成是连续介质，则其各种物理量及运动参数一般为空间和时间的连续函数。数学上将某物理量随空间和时间的连续分布函数称为该物理量的场。密度场速度场温度场( , , , )x y z( , , , )uu x y z( , , , )tt x y z本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验二、流体的密度定义定义: :单位体积流体的质量，称为流体的密度。单位体积流体的质量，称为流体的密度。 单位质量流体的体积，称为流体的比容。单位质量流体的体积，称为流体的比容。01limVmdmVdVvkg/m3 单组分密度( , )f

4、p T 液体液体: :密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 气体气体: :当压力不太高、温度不太低时，可按理想当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：气体状态方程计算： 注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与注意：手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值，若条件不同，则密度需进行换算。温度下之值，若条件不同，则密度需进行换算。RTPMPVnRTmVnMVPVMRTV标准状态(1atm,0)：022.4M0022.4MT pTp非标状态：本节知识点第一节 第二节

5、 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验混合物的密度混合物的密度混合气体混合气体: :各组分在混合前后质量不变，则有 mmiipMRT 1122mnnMM yM yM y12,ny yy气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。 混合液体混合液体: :各组分在混合前后体积不变，则有 12121nmmnwwwvw1 、w2wn液体混合物中各组分的质量分率。 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验三、流体的可压缩性和温度膨胀性温度一定时温度一定时，由压强变化引起体积发生发生相对变，由压强变化引起体积发生发生相对变化的性质称为流体

6、的可压缩性，化的性质称为流体的可压缩性，用等温压缩率表示用等温压缩率表示等温压缩率：等温压缩率：1()TTVkVp m2/N压强一定时压强一定时，由温度变化引起体积发生发生相对变，由温度变化引起体积发生发生相对变化的性质称为流体的温度膨胀性，化的性质称为流体的温度膨胀性，用膨胀系数表示用膨胀系数表示膨胀系数：膨胀系数：1()VpVaVT1/K理想气体：理想气体：1/Tkp1/VaT本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验液体在受压时体积基本不变，称为不可压缩性流体；受热时体积略有膨胀。气体的可压缩性很大，为可压缩性流体。原因：原因：气体的气体的分

7、子平均动能远远大于分子间相互作用的势能分子平均动能远远大于分子间相互作用的势能，因此，因此表现出易流动、可压缩的宏观性质。表现出易流动、可压缩的宏观性质。液体的液体的分子热运动动能与分子间相互作用势能基本势均力敌分子热运动动能与分子间相互作用势能基本势均力敌，分子间距离仅比固体稍大，但分子热振荡的振幅比固体大且分子间距离仅比固体稍大，但分子热振荡的振幅比固体大且平衡位置频繁改变，宏观上表现易流动，但压强和温度对其平衡位置频繁改变，宏观上表现易流动，但压强和温度对其体积影响较小。体积影响较小。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验四、流体的粘性1

8、、对流体粘性的感性认识（1）被搅动的液体最终会自动停下来？（2）固体颗粒沉降时，在液体中的沉降速度E2 ，1流向2； E1E2 ，2流向1； E1=E2，流体静止或流体为理想流体。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验第五节第五节 流体流动的阻力流体流动的阻力直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而 产生的阻力；产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速 大小及方向的改变而引起的阻力。大小及方向的改变而引起的阻力。 本节知识点第一节

9、 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验第五节流体流动的阻力一、直管阻力二、局部阻力1 1、管路的连接、管路的连接2 2、各种管件、各种管件3 3、常用阀门、常用阀门4 4、局部阻力计算、局部阻力计算1、计算通式2、层流摩擦系数（一）阻力的表现形式（二）流体在圆管内的速度分布（三）直管阻力的计算式3、湍流摩擦系数本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验一、直管阻力22efupWg Zp （一）阻力的表现形式（一）阻力的表现形式 fpp 在12两截面间即：水平、等径直管，无外功加入时，两截面间的阻力损失与两截面间的压

10、力差在数值上相等。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验1Z2ZR12 g z ABAPPgRf2222121122hpuzgpuzg 1阻力损失表现为总势能的降低阻力损失表现为总势能的降低 )()(2211ffpgzpgzhp 122)()(2211f pgzpgzh 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验对应于机械能衡算的三种形式，流体阻力损失亦有三种表达形式：阻力损失与压力差的区别：阻力损失与压力差的区别： pf 流体流经两截面间的机械能损失； p 任意两点间的压力差。fhkJ/kgffh

11、HgmffphPa本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（二）流体在圆管内的速度分布1 1、层流时的速度分布、层流时的速度分布由压力差产生的推力 212()ppr流体层间内摩擦力 dd(2 )ddrruuFArlrr 1p2pulRrru本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验212d()(2 )drupprrlr 12d()d2rupprrl 管壁处管壁处rR时，时，0，可得速度分布方程，可得速度分布方程 .u22()4rpuRrl 对于稳态流动过程：推动力 = 阻力本节知识点第一节 第二节 第

12、三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验管中心流速为最大，管中心流速为最大，即即r0时，时， umax .u212max()4ppuRl2max1rruuR管截面上的平均速度管截面上的平均速度 :V02max122RrurdrqARuu 即即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。 即流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验2、湍流时的速度分布122max12(1) 2 d(1)(21)Rnrurnr ruRRnn 湍流速度分布的经验式

13、：4104Re1.1105 n=6 1.1105Re3.2106 n=10u/umax=0.790.870.82 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（三）直管阻力的计算式由于压力差而产生的推动力： 4221dpp 流体的摩擦力：dlAF dldpp4)(221 定态流动时1p2pFuFl1 1、直管阻力计算通式、直管阻力计算通式本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验f4lhd 2f282l uhu d 令令 28u dldpp4)(221 12)fpph（整理2f2422luhdu 整理则则

14、 2f2l uhd J/kg直管阻力通式（范宁直管阻力通式（范宁Fanning公式）公式） 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验范宁范宁Fanning公式公式的三种形式：的三种形式：摩擦系数（摩擦因数） 压头损失压头损失2f2l uHdg m压力损失压力损失22fudlp Pa 该公式层流与湍流均适用； 注意 与 的区别。p fp 能量损失能量损失 2f2l uhd J/kg本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验2、层流时的摩擦系数 max21uu 221max4)(Rlppu 由速度分布方程

15、2dR 12232()flupppd 哈根哈根-泊谡叶泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程方程 整理本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验f232fpluhd 能量损失能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 。22f232646422lululuhdd u dRe d Re64 变形：比较2f2l uhd 得注意：注意： hfu 层流时阻力与管壁的粗糙度无关 。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3、湍流时的摩擦系数湍流时的摩擦系数除了与Re有关外还与管壁的粗糙度有关，一般通过实

16、验研究确定。（1 1）管道）管道光滑管光滑管合金钢管合金钢管本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验有色金属管有色金属管 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验非金属管本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验粗糙管粗糙管 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验层流层流 =f(Re) 湍流湍流 =f(e e/d, Re) 粗糙度对粗糙度对 的影响的影响 水力光滑管水力光滑管 粗糙管粗糙管 本节知识点第一

17、节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 常用工业管道的绝对粗造度常用工业管道的绝对粗造度 管道类别管道类别 e e/mm 管道类别管道类别 e e/mm 无缝黄铜管、铜管及铅管无缝黄铜管、铜管及铅管 0.010.05 干净玻璃管干净玻璃管 0.00150.01 新的无缝钢管、镀锌铁管新的无缝钢管、镀锌铁管 0.10.2 橡皮软管橡皮软管 0.010.03 新的铸铁管新的铸铁管 0.3 木管道木管道 0.251.25 具有轻度腐蚀的无缝钢管具有轻度腐蚀的无缝钢管 0.20.3 陶土排水管陶土排水管 0.456.0 具有显著腐蚀的无缝钢管具有显著腐蚀的无缝钢管

18、0.5以上以上 旧的铸铁管旧的铸铁管 0.85以上以上 很好整平的水泥管很好整平的水泥管 0.33 石棉水泥管石棉水泥管 0.030.8本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验目的目的：（：（1 1）减少实验工作量；）减少实验工作量； （2 2）结果具有普遍性，便于推广。）结果具有普遍性，便于推广。基础基础：量纲一致性：量纲一致性 即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，即每一个物理方程式的两边不仅数值相等， 而且每一项都应具有相同的量纲。而且每一项都应具有相同的量纲。(2)实验研究方法 量纲分析法 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节

19、 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验基本定理：基本定理：白金汉（白金汉（Buckingham）定理定理 设影响某一物理现象的独立变量数为设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这个，这些变量的基本因次数为些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用个，则该物理现象可用N（nm）个独立的无量纲数群表示。个独立的无量纲数群表示。 湍流时压力损失的影响因素：湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：）流体性质： ， （2）流动的几何尺寸：）流动的几何尺寸：d，l，e e（管壁粗糙度）管壁粗糙度）（3）流动条件：）流动条件：u本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第

20、九节仿真实验 e e ,fldufp 物理变量 n 7基本量纲 m3无量纲数群 Nnm4 ddludupe e f f ,2f无量纲化处理式中：式中：2fupEu 欧拉（欧拉（Euler）准数准数即该过程可用4个无量纲数群表示。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验de e相对粗糙度dl管道的几何尺寸 udRe 雷诺数根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即 dRedlupe ef f ,2ff ff f2,plhReudde e 或(,)f Rede待定的函数关系也可写为：做实验确定特征参数得到莫狄（Moody）摩擦系数图本节知识点第一节

21、第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（3）莫狄（Moody）摩擦系数图 摩擦系数与Re、/l关系图 0.10.010.030.020.070.060.050.040.090.080.0080.0091021041071061051030.010.050.020.0150.030.040.0080.00450.0020.00080.0060.00060.0010.00040.00020.00010.000050.00001Ree/l本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 0.10 0.09 0.08 0.07 0

22、.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 e 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re层层流流区区Re64 过渡区湍湍流流区区 de ef f Re,阻力平方区 de

23、 ef f Ref f 22udlwf 水力光滑管水力光滑管思考：思考：由图可见，由图可见，Re ，这与，这与阻力损失随阻力损失随Re增大而增大是否矛增大而增大是否矛盾？盾？本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（1） Blasius 公式公式（光滑管光滑管）25.03164.0Re （2）科尔布鲁克公式公式 )005.0-121ppp1. 1. 若若 %20-121ppp按不可压缩流体处理按不可压缩流体处理 对长度为对长度为d dL L的微元段：的微元段： 2d-d)(d)2(d22udLzgpu 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第

24、五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验代入代入 u=wv， 用用v2通除各项：通除各项： 02dddd222 dLwvzgvpvvw 02dln212221 dLwvpvvwpp 多变过程多变过程 pvk=常数常数 021)(1ln211211122 dLwppvpkkvvwkk 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验等温过程等温过程 pv=常数常数 022ln2112122122 dLwvpppvvw 或或 022)(ln22122122 dLwRTppMvvw 忽略动能项忽略动能项 )2(ln21m2m2122dLppGpp 本节知识

25、点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验第七节第七节 流速和流量的测定流速和流量的测定本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验一、测速管（Pitot管）1、 Pitot管结构本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验内管内管A处处2A12rppu外管外管B处处 pp B2、 Pitot管工作原理点速度：点速度：02()2=rRgpu22AB11()22rrpppppuu本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3 3

26、、流量的求取：、流量的求取：maxmax Reuu 测管中心最大流速，由测管中心最大流速，由 求平求平均流速，再计算流量。均流速，再计算流量。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验皮托管测量流体的点速度，可测速度分布曲线；也可用于风速和风量。安装注意事项：（1）测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离；（2）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；（3）皮托管外径d0不应超过管内径d的1/50，即d0d/50 。风速风量测定仪本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验例例1-7-1 用一置于管中心的

27、毕托管测定空气在管道中的流量。用一置于管中心的毕托管测定空气在管道中的流量。 已知管内径为已知管内径为200mm，测量点表压为，测量点表压为8kPa，空气温度为，空气温度为 30，用水作指示剂的，用水作指示剂的U型管压差计读数为型管压差计读数为10mmH2O。试。试 求：（求：（1）管道中空气的质量流）管道中空气的质量流 量；（量；（2）为提高读数精度，拟）为提高读数精度，拟 采用以乙醇水溶液和煤油为指示采用以乙醇水溶液和煤油为指示 剂的双液柱微压差计。若要使压剂的双液柱微压差计。若要使压 差读数放大差读数放大10倍，乙醇水溶液的倍，乙醇水溶液的 密度以及质量分率为多少？（水、密度以及质量分率

28、为多少？（水、 乙醇和煤油的密度可分别取为乙醇和煤油的密度可分别取为 1000kg/m3、789kg/m3和和850kg/m3）本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验解（解（1 1）管道中空气的密度）管道中空气的密度 管中心处空气的流速管中心处空气的流速3kg/m26. 13 .10183 .1013032734 .2229 m/s5 .1226. 1)26. 1-1000(01. 081. 92)-(20max gRu 查得查得30空气的粘度空气的粘度 =1.8610-5Pa.s Remax=dumax / =6/(1.8

29、610-5)=1.69105 查图得查图得 u/umax=0.82 所以所以 u=0.82umax=0.8212.5=10.3m/s 故管道中空气的质量流量故管道中空气的质量流量 qm=qv = d2u /4=0.7850.2210.31.26=0.408kg/s 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（2）以）以 0、 01和和 02分别表示水、乙醇水溶液和煤油的密度：分别表示水、乙醇水溶液和煤油的密度： 用用U型管压差计测量时，型管压差计测量时， p=p1-p2=( 0- )gR 0gR 用双液柱微差压计测量时，用双液柱微差压计测量时， p

30、=p1-p2=( 01- 02)gR 因因 p相同，由上两式整理得乙醇水溶液密度：相同，由上两式整理得乙醇水溶液密度： 以乙醇水溶液质量为基准，并设乙醇与水混合后体积不变：以乙醇水溶液质量为基准，并设乙醇与水混合后体积不变： 302001kg/m95010101010850101000 RRR 00AA0A01 wwmVVmVm 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验将将w0=1-wA代入上式并整理得乙醇的质量分率：代入上式并整理得乙醇的质量分率： 1968. 0)897-1000(950)950-1000(789)-()-(A001010AA

31、 w本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验二、孔板流量计和文氏管 （一）孔板流量计1、结构特点：特点：恒截面、变压差恒截面、变压差差压式流量计差压式流量计本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验2、原理本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3、流量方程 2222112121upup 变形 2121222ppuu puu 22122变形问题：（问题：（1）实际有能量损失；）实际有能量损失； （2）缩脉处）缩脉处A2未知。未知。本节知识点第一节 第二节

32、 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验解决方法：用孔口速度u0替代缩脉处速度u2，引入 校正系数 C pCuu 221201001AAuu pAACu 2)(12100由连续性方程 令令 0240111CCCAA 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验0002()RguC 体积流量体积流量000002()VRgqu AC A 质量流量质量流量0002()mqC ARg 002 puC 则则C0流量系数（孔流系数）流量系数（孔流系数） A0孔面积。孔面积。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

33、第八节 第九节仿真实验孔流系数孔流系数 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验(二）文丘里流量计 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验1.6.3 文丘里流量计 )(200V RgACqVCV（0.980.99） 流量方程本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验例例1-7-4 =1600kg/m3, =1.510-3Pa.s, f f80mm2.5mm, qvm=600L/min，Rmax600 mm。 求求：d0 )-(265.0,A00cgRC

34、AqCReRev 由由设设解：解： 2A00m00164. 0)1600-13600( 6 . 081. 92160065. 0606 . 0)-(2 gRCqAvm0457. 0=4=00Ad本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验校核：校核： 37.0)757.45()(221010 ddAAm/s26.2075.0785.0606.0211 Aquv53111081.1=105 .1160026.2075.0= udRe,37.0c10ReReAA 时时当当 C0为常数为常数 从图上亦查得从图上亦查得 C0=0.65 mm7 .450 d本

35、节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验解解：例例1-7-5用用f f 80mm 水平管输送水平管输送20空空 气，管内装有一文气，管内装有一文 氏管氏管, , 其喉部直径其喉部直径 d2=0.02m, R=0.025m, h=0.5m, hf=0, pa=101.33kPa, Hg=13600kg/m3。 求：空气流量求：空气流量（m3/h）。 2222121122pugzpugz h R 11 22 z1=z2, p1= HggR=136009.810.025=3335 Pa（表）（表）本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节

36、第七节 第八节 第九节仿真实验3am0mkg/m2 . 1=101330293)24905+3335+101330(2734 .2229=4 .22=TppTM %20%079. 03335101330)4905101330()3335101330(121 pppp2=- gh=-10009.810.5=-4905 Pa（表）（表）联立解得：联立解得： u2=u1(d1/d2)2=16u1 u1=7.34m/s qvh=36000.785d12u1=132.8m3/h本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验三、转子流量计 特点：特点：恒压差、恒流

37、速、变截面恒压差、恒流速、变截面 截面式流量计。截面式流量计。1、结构本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验2、原理本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3 3、流量方程、流量方程 fff()pAVg 转子受力平衡转子受力平衡fff()VgpA 即即仿孔板流量计仿孔板流量计ff0f2()2RRVgpuCCA CR流量系数流量系数 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验体积流量体积流量4 4、刻度换算、刻度换算标定流体：标定流体：20水（水（ 10

38、00kg/m3 ） 20、101.3kPa下空气（下空气（ 1.2kg/m3） fffRR)(2AgVACqV )()(1f22f112 VVqq气体转子流量计气体转子流量计 2112 VVqq本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验5、安装及优缺点、安装及优缺点 （1）永远垂直安装，且下进、上出，安装支路，）永远垂直安装，且下进、上出，安装支路，以便于检修。以便于检修。（2）读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测）读数方便，流动阻力很小，测量范围宽，测量精度较高；量精度较高； （3）玻璃管不能经受高温和高压，在安装使用过）玻璃管不能经受高温和高

39、压，在安装使用过程中玻璃容易破碎。程中玻璃容易破碎。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验涡轮流量计 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验第八节第八节 非牛顿流体的流动非牛顿流体的流动本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验一、非牛顿流体的剪切性质 非牛顿流体非牛顿流体 应力与剪切速率和时间有关应力与剪切速率和时间有关 应力与剪应力与剪 切速率和切速率和 时间

40、无关时间无关假塑性流体假塑性流体 涨塑性流体涨塑性流体 理想塑性流体理想塑性流体( (宾汉姆流体宾汉姆流体) )（浓淀粉溶液、某些蜂蜜）（浓淀粉溶液、某些蜂蜜）（蛋黄酱、血液、番茄酱、（蛋黄酱、血液、番茄酱、 果酱、蜂蜜、高分子溶液）果酱、蜂蜜、高分子溶液）（干酪、巧克力浆）（干酪、巧克力浆） 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验1宾汉姆流体宾汉姆流体 2实际塑性流体实际塑性流体 3假塑性流体假塑性流体 4牛顿流体牛顿流体 5涨塑性流体涨塑性流体nyuK)dd( K流变指数流变指数 n稠度指数稠度指数 表观粘度：表观粘度： 1-ap)dd(n

41、yuK 若干食品的若干食品的K和和n值值 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验二、非牛顿流体流动的流量和速度分布 R 2prd1pL r 对流体内圆柱体微元受力分析：对流体内圆柱体微元受力分析：压力压力 p1 r2 向右向右 p2 r2 向左向左 摩擦力摩擦力 rA= r.2 rL 向左向左平衡时平衡时 =r p/2L 壁面处壁面处 w=R p/2L 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验r=R / w dr=(R/ w)d 圆管内流动速度分布的普遍公式：圆管内流动速度分布的普遍公式：圆管内流

42、动流量的普遍公式：圆管内流动流量的普遍公式： LprLpRrRurupLruRrruuu22w0ddd2dddddddw 02020ddddd2maxRuRvrururrurq 02233023w3ddd8dddwLpRrupLruR 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验1 1、幂律流体层流时的速度分布和流量、幂律流体层流时的速度分布和流量将将t和和du/dr关系代入普遍公式积分得：关系代入普遍公式积分得：)(-1 )(-1 )2(11max111nnnnnnnRruRrKLpRnnu nnnvKLpRnnq113)2(13 nnnKLpRn

43、nu11max)2(1 )131(max nnuu本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 （1 1）流量与压降的关系）流量与压降的关系 （2 2）速度分布）速度分布本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验2. 塑性流体层流时的速度分布和流量塑性流体层流时的速度分布和流量塞体部分的半径：塞体部分的半径： r0=2L 0/ p 令：令： =r0/R= 0/ w=2 0L/R p 1 1 整个管内流体全为塞体整个管内流体全为塞体 20cst时时用图换算用图换算 qv=Cq qv H=CHH =C 离心泵

44、特性曲线性能的改变和换算 （1）密度密度 Hqv、 qv不变不变，Pe重新计算重新计算120CCqCHeqs/m3.min-1He（单级）/mC CQ CHe 80402010630.040.06 0.080.12 0.21109070503010 0220013206603301768843104.310-6m2/s本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（3） 离心泵转速的影响当液体的粘度不大，转速变化小于20%时，认为效率不变，有：23222222111111()()VVqnHnPnqnHnPn比例定律比例定律（4）叶轮

45、直径变化不大（不超过1020%），有：23222222111111()()VVqDHDPDqDHDPD切割定律切割定律本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验例例1-9-1用清水测定某离心泵的特用清水测定某离心泵的特性曲线。当调节出口阀使管路流量性曲线。当调节出口阀使管路流量为为25 m3/h时，泵出口处压力表读数时，泵出口处压力表读数为为0.28MPa（表压），（表压），泵入口处真泵入口处真空表读数为空表读数为0.025MPa，测得泵的轴测得泵的轴功率为功率为3.35kW，电机转速为电机转速为2900min-1，真空表与压力表测压截，真空表与压

46、力表测压截面的垂直距离为面的垂直距离为0.5m，泵进、出管泵进、出管路直径相同。试由该组实验测定数路直径相同。试由该组实验测定数据确定与泵的特性曲线相关的其据确定与泵的特性曲线相关的其它它性能参数。性能参数。1z2z真空表压力表本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速解：与泵的特性曲线相关的性能参数有泵的转速n、流量、流量qv、 压头压头H、轴功率、轴功率P和效率和效率 。其中流量和轴功率已由实验直接。其中流量和轴功率已由实验直接 测出，压头和效率则需进行计算。测出，压头和效率则需进行计算。 以真空表和压

47、力表两测点为以真空表和压力表两测点为1，2截面，对单位重量流体列截面，对单位重量流体列 柏努利方程，有：柏努利方程，有： 据题意，据题意，u1=u2，若略去，若略去 Hf,1-2，则该流量下泵的压头：，则该流量下泵的压头： 泵的有效功率：泵的有效功率： Pe=Hqv g=31.62510009.81/3600=2150W =Pe/P=2.15/3.35=64.2% 2-f,1212212122-)-(HguugppzzH m6 .3181. 9100010)025. 028. 0(5 . 0-)-(61212 gppzzH 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八

48、节 第九节仿真实验（三）离心泵的安装高度1、离心泵内的压头变化pKpv pKpv 正常正常pKDD2)n1nn2n2(D2)n ( D )n1(D1)M2MM1H适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。适用：调节幅度大，时间又长的季节性调节。n泵泵HqV曲线上移曲线上移工作点右上移，工作点右上移， H ， qV 特点：泵在高效率下工作，特点：泵在高效率下工作， 能量利用经济能量利用经济; 需变速装置或切削叶轮。需变速装置或切削叶轮。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验目的：目的：提高泵输出的流量或压头。3、离心泵的组合操作离心泵的组合操作本节

49、知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3、离心泵的组合操作离心泵的组合操作 并联操作并联操作H并H单HqV单qV并qVBAqV并并 H单单 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 串联操作串联操作H单H串HqV单qV串qVBAqV串串 qV单单 H串串 HL，故该泵可用。在离心泵的工作点处，泵送流量，故该泵可用。在离心泵的工作点处，泵送流量 及提供的压头分别为：及提供的压头分别为： qv=5.5610-3m3/s，H=HL=21.81mH2O Pe=Hqv g=21.815.5610-3998.29

50、.81=1187.5W本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（五）离心泵的类型和选用1、 离心泵的类型（1） 清水泵（输送清洁液体） （ IS型、D 型、Sh型 ）（2）耐腐蚀泵（输送腐蚀性液体） （F型）（3）油泵（输送油类） （Y型）（4）排污泵（输送含悬浮物的液体） （P型）本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验1. 1. 离心泵的类型：离心泵的类型： 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（1） 确定泵的类型；确定泵的类型；（2） 确定输

51、送系统的流量和压头；确定输送系统的流量和压头；（3） 选择泵的型号；选择泵的型号； qV泵泵 qV需需, H泵泵 H需需 （4） 核算泵的功率。核算泵的功率。2、离心泵的选用本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验B型泵系列特性曲线本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3、离心泵的安装与操作(1)安装安装高度应小于允许安装高度 尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少； 调节阀应装于出口管路。 （2）离心泵操作启动前应灌泵，并排气。 应在出口阀关闭的情况下启动泵 停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮

52、经常检查轴封情况 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验二、往复泵本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验往复泵三动单动双动本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（一） 构造与工作原理12345往复泵装置简图1泵缸2活塞3活塞杆4吸入阀5排出阀冲程：活塞在两端点间移动的距离。冲程容积：活塞往复一次的容积排量。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验活塞右移时，排出阀关闭， 吸液阀开启，开始吸液，活塞由

53、右端点向左移时，吸液阀关闭，排出阀开启，开始排液。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验双动往复泵双动往复泵 三动往复泵三动往复泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验双动泵：双动泵：本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（二）往复泵的性能参数1、流量单动泵：理论流量VqASn 理理往复泵属于正位移泵，流量由泵特性决定，而与管路特性无关。2vqAa sn理双动泵：实际流量VVVqq 理理V泵的容积效率，在0.90.97之间。本节知识点第一节 第

54、二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验流量调节方法：改变活塞的往复次数或冲程；旁路调节。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验2 2、压头（、压头（ 扬程）扬程）在电机功率范围内，由管路特性决定。管路特性2H2管路特性1H1泵特性HqV正位移特性正位移特性流量只与泵特性有关，流量只与泵特性有关，而压头只与管路特性有关而压头只与管路特性有关qVqV理理本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验3 3、功率与效率、功率与效率Vq HgP 往复泵的总效率，一般为0.650.8

55、5。适用压头高、流量小的液体，但不能输送腐蚀性大及有固体的悬浮液。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验三、其他类型泵（一）计量泵本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验隔膜式计量泵隔膜式计量泵 电子计量泵电子计量泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（二）隔膜泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验隔膜泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实

56、验工作原理工作原理旋转泵的一种流量调节应用场合转速或旁路高压头、小流量。粘稠以至膏状物。不适用于固体悬浮液（三）齿轮泵本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验齿轮泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验磁力齿轮泵磁力齿轮泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（四）旋涡泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实

57、验旋涡泵本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它是由叶轮和泵体组成。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管接头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的作用。因此，旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于要求输送量小，压头高而粘度不大的液体。本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第

58、六节 第七节 第八节 第九节仿真实验（五）螺杆泵 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。 螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，适用于高粘度液体的输送。 往复泵、旋转泵均属于正位移泵。 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九

59、节仿真实验四、各种泵的比较 非非 正正 位位 移移 泵泵 正正 位位 移移 泵泵 类类 刑刑 离心泵离心泵 旋涡泵旋涡泵 往复泵往复泵 旋转泵旋转泵 均匀均匀性性 均匀均匀 均匀均匀 不均匀不均匀 均匀均匀 恒定恒定性性 随管路特性而改变随管路特性而改变 恒定恒定 恒定恒定 流流 量量 范围范围 大流量大流量 小流量小流量 较小流量较小流量 小流量小流量 扬扬 程程 不高不高 较高较高 高高 较高较高 效效 率率 稍低稍低 低低 高高 较高较高 流量调节流量调节 一 般 用 出一 般 用 出口阀口阀 大 泵 可 调大 泵 可 调转速转速 一 般 用 旁一 般 用 旁路阀路阀 小 幅 度 调小

60、幅 度 调节 用 旁 路节 用 旁 路阀，大幅度阀，大幅度调 节 可 调调 节 可 调转 速 和 行转 速 和 行程程 旁路阀旁路阀 自吸能力自吸能力 一般没有一般没有 一般没有一般没有 有有 有有 本节知识点第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节仿真实验 非非 正正 位位 移移 泵泵 正正 位位 移移 泵泵 类类 刑刑 离离心心泵泵 旋旋涡涡泵泵 往往复复泵泵 旋旋转转泵泵 维维 修修 简简便便 简简便便 麻麻烦烦 较较简简便便 结结构构与与造造价价 结结构构简简单单 造造价价低低廉廉 结结构构紧紧凑凑简简单单，加加工工要要求求稍稍高高 结结构构复复杂杂，振振