流体流动与输送(课件)

第三章流体流动过程及流体输送设备流体的基本性质流体流动的基本规律流体压力和流量的测量管内流体流动的阻力流体输送设备第三章流体流动过程及流体输送设备流体的基本性质1研究流体的流动与输送要解决以下问题流体输送所需管径尺寸的选择输送流体所需能量和设备的确定流体性能参数的测量和控制研究流体的流动形态了解流体输送设备的工作原理和操作性能研究流体的流动与输送要解决以下问题流体输送所需管径尺寸的选择23.1流体的基本性质1.密度:单位体积流体所具有的质量称为流体的密度.2.比体积:单位质量流体所具有的体积3.压力:流体垂直作用于单位面积上的力(1)绝对压力：以绝对零压为起点而计量

（2）表压：以大气压力为基准而计量的压力。＞大气压为表压＜大气压为真空度3.1流体的基本性质1.密度:单位体积流体所具有的质量称为3表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力表压=绝对压力-大气压力44.流量和流速（1）流量：单位时间内流体经过管道任一截面的流体的量。若用流体的体积量来表示，称为体积流量。

（2）流速：单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的距离。用u表示u=qv/SS：与流体流动方向相垂直的管道截面积4.流量和流速55.粘度：衡量流体粘性大小的物理量。牛顿粘性定律式中：μ——流体的粘度，Pa.s（N.s/m2）;

——法向速度梯度，1/s。5.粘度：衡量流体粘性大小的物理量。6牛顿粘性定律牛顿粘性定律7（3）牛顿粘性定律式中：μ——流体的粘度，Pa.s（N.s/m2）;

——法向速度梯度，1/s。（3）牛顿粘性定律83.2流体流动的基本规律1、定态流动和非定态流动2、流体定态流动过程的物料衡算（连续性方程）3、流体定态流动过程的能量衡算（柏努力方程）4、流体流动规律的应用举例3.2流体流动的基本规律1、定态流动和非定态流动91、定态流动和非定态流动定态流动：流速、压力、密度等物理量不随时间而改变非定态流动：流速、压力、密度等物理量中任意一项随时间而改变1、定态流动和非定态流动定态流动：流速、压力、密度等物理量不102、流体定态流动过程的物料衡算当流体在流动系统中作定态流动时，根据质量作用定律，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的流体的质量应相等。qm,1=qm,2

2、流体定态流动过程的物料衡算当流体在流动系统中作定态流动时113、流体定态流动过程的能量衡算一、柏努利方程式的建立流体作稳定流动时，有四种能量可能发生变化。即位能动能机械能静压能内能能量之间是可以互相转化的，内能与机械能之间也是如此。

3、流体定态流动过程的能量衡算一、柏努利方程式的建立12为了使问题简化，我们首先建立理想液体的柏式。理想液体的特点：（1）绝对不可压缩（比容不随压强P而变）

（2）完全没有粘性（无内摩擦力，即没有机械能向内能的转化，即T不变）（3）流动时无阻力。理想流体流动时，只有机械能之间的转化，而无内能的增减。为了使问题简化，我们首先建立理想液体的柏式。13流体流动与输送(课件)14对于稳定流动，每mkg流体经截面1—1’进入系统内，必有mkg流体经截面2—2’离开这个系统。∴，以mkg流体作为衡算的基准。对于稳定流动，每mkg流体经截面1—1’进入系统内，必有m151、位能流体受重力的作用，在不同的高度具有不同的位能。它是个相对值。位能=mgZ单位：mgZ=kg×m/s2×m=Nm=J∴，mgZ流体在截面1—1’，2—2’所具有的位能分别为：mgZ1,mgZ21、位能162、动能流体流动时所具有的能量。动能=这一能量相当于将mkg流体从速度为零加速到速度为所做的功。单位：=kg×m2/s2=Nm=Jmkg流体在截面1—1’，2—2’处所具有的动能分别为：，2、动能17mkg流体在截面1—1’，2—2’处所具有的动能分别为：mu12，mu22

mkg流体在截面1—1’，2—2’处所具有的183、静压能（流动功）在静止或流动的流体内部任一处都有一定的静压强。3、静压能（流动功）在静止或流动的流体内部任一处都有一定的静19如mkg流体，体积为V[m3]，通过截面1—1’，把该流体推进此截面所需的作用力=P1S1。流体通过此截面所走的距离=，流体带入系统的静压能=单位：如mkg流体，体积为V[m3]，通过截面1—1’，把该流体推20同理：2—2’截面处流体所具有的静压能为P2V2。根据能量守恒与转化定律，两截面所具有的总机械能相等，同理：2—2’截面处流体所具有的静压能为P2V2。根据能量守21两边除以m，V=V1=V2[J/kg]（1）两边除以g，[米液柱]（2）两边除以m，22二、柏式的引申实际流体有粘性，所以在流动时有摩擦阻力产生，其数值的大小视流体的性质流动的状况管壁的粗糙程度而定。二、柏式的引申实际流体有粘性，所以在流动时有摩擦阻力产生，其23有外加流体输送机械对流体作功。所以，实际流体的柏努利方程式变为：

[m](3)有外加流体输送机械对流体作功。所以，实际流体的柏努利方程式变24流体输送所需功率是指：单位时间耗用的能量，实际功率流体输送所需功率是指：单位时间耗用的能量，实际功率25式中：Ne－理论功率－输送设备的效率工程上将每kg流体所具有的各种形式的能量统称为压头，如Z：位压头（简称位头）：动压头，又称速度头。：静压头式中：Ne－理论功率26He：输送设备对流体所提供的能量，又称有效压头。Hf：因阻力所消耗的能量，又称压头损失。压头—可以互相转化，是某一截面的能量。压头损失—为沿程的压头损失，不是某一截面的。压头一经损失掉，就不能变回系统里任何一种形式的压头。He：输送设备对流体所提供的能量，又称有效压头。27三、柏努利的讨论1、方程使用条件：连续系统，稳定流动，不可压缩性流体。2、对于气体，当压强变化时，公式仍适用，其结果是足够准确的。计算时只需将气体的密度用平均密度代替，即。三、柏努利的讨论1、方程使用条件：连续系统，稳定流动，不可压283、对于静止流体，u=0，He=0，Hf=0，则（3）式变为3、对于静止流体，u=0，He=0，Hf=0，则（3）式变为294、对于实际流体的流动，，它有压头损失。5、对于不稳定流动，在任一瞬间柏式方程仍能成立。4、对于实际流体的流动，，它30四、应用柏式解题要点（一）、画示意图，标明流动方向四、应用柏式解题要点（一）、画示意图，标明流动方向31（二）、选截面取截面是为了确定能量的衡算范围。1、需求取的未知量必须在截面上或两截面间。2、流动方向与截面相垂直。3、以上游为1—1’，下游为2—2’，把所选截面标在图上。4、截面不要选在转弯处或直径突变处。（二）、选截面32（三）选水平基准面1、水平基准面的的高度可以任意选取，但必须与地面平行。2、截面位置在水平基准面的上方，其位压头为正，反之为负。3、把所选基准面标在图上。（四）单位要统一（SI制）（三）选水平基准面1、水平基准面的的高度可以任意选取，但必须33五、柏式应用举例1、确定容器间的相对位置已知：高位槽和反应器均为敞口容器。管内流速=2[m/s]，Hf=2[m]，求h五、柏式应用举例1、确定容器间的相对位置34解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。z1=h，z2=0，P1=P2=0（表压）u1=0，u2=2[m/s]，Hf=2m，He=0解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。352、确定管路中流体的压强2、确定管路中流体的压强36已知，kg/m3，u1=2m/S，u2=8m/sP1=117.72kPa（表压），Hf=0（忽略），求P2解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。Z1=0，He=0，Hf=0已知，kg/m3，u1=2m/S，u237流体流动与输送(课件)383、确定输送设备的有效功率3、确定输送设备的有效功率39已知料液=1200kg/m3，蒸发室真空度=200mmHg，输送管道68×4，体积流量=20m3/h，，求泵的理论功率。解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。Z1=0，Z2=15m，P1=1atm，u1=0已知料液=1200kg/m3，蒸发室真空度=200m40P2=（真空度）P2=101325-26665=74660Pa（绝对压）P2=41流体流动与输送(课件)42理论功率：理论功率：43实际功率：Na=Ne/Na=1.6285kW/0.60=2.75kW实际功率：443.3流体压力和流量的测量一、孔板流量计3.3流体压力和流量的测量一、孔板流量计45在1—1’,2—2’间列柏式，基准面取管中心线。Hf=0（暂时看作）

在1—1’,2—2’间列柏式，基准面取管中心线。Hf=46U2--------缩脉处流速上式中：1、未考虑Hf（它不等于0）2、缩脉处的截面积S2是随流动条件而改变的未知（缩脉直径的大小、位置随流况而变）。∴，u2无法知道。3、孔口截面积S0为已知，∴，孔口流速U0也已知，用U0代替u2U2--------缩脉处流速47用校正系数C来校正：1、不可忽略的Hf。2、缩脉截面积与孔口截面积之差。3、上、下游测压口的位置。用校正系数C来校正：1、不可忽略的Hf。48U测压计公式：两边除以g，体积流量C0——校正系数，由实验确定，一般在0.61~0.62之间。对于标准的孔板，有图表可查。U测压计公式：两边除以g，49孔板流量计的优点：易于制造；适合大流量的测量。缺点：流体流经孔板的能量损失大；孔板的锐边容易腐蚀、易磨损，流量计应定期进行校正。孔板流量计的优点：易于制造；适合大流量的测量。50二、文丘里流量计为了减少流体流经孔板的能量损失，用一支渐缩渐扩管代替孔板。这样构成的流量计称为文丘里流量计。文丘里流量计的计算公式与孔板流量计相类似。二、文丘里流量计为了减少流体流经孔板的能量损失，用一支渐缩渐51流体流动与输送(课件)52三、转子流量计三、转子流量计531、工作原理当流体通过转子与玻璃管形成的环隙时，流道截面积S↓,流速u↑，流体静压强p↓，在转子上产生一个压力差，即向上的推力,转子↑。1、工作原理54当转子停留在某一位置时，转子与管间的环形截面积一定。流体通过此环形时，流速与静压强的变化关系与通过孔板流量计孔口的情况相似。因此，转子流量计的计算公式可仿照孔板流量计的公式写出。当转子停留在某一位置时，转子与管间的环形截面积一定。流体通过55转子流量计的优点：1、能直接观察到流量计内流体的流动状况。2、压头损失小，测量范围宽。3、流量计前后不需要有一定长度的直管段。注意：安装时必须保持垂直。转子流量计的优点：1、能直接观察到流量计内流体的流动状况。56孔板流量计与转子流量计的区别区别点孔板流量计转子流量计流通截面形状圆孔大小不变环形大小改变通过流通截面的流速U随流量qv改变U不随qv改变通过流通截面的压强差改变不变孔板流量计与转子流量计的区别区别点孔板流量计转子流量计流通截573.4管内流体流动的阻力一、流体阻力的表现及来源1、表现—压强降3.4管内流体流动的阻力一、流体阻力的表现及来源58水平管道，管径均一。阀门关闭时，开启时，水平管道，管径均一。59在1—1’,2—2’间列柏式，0—0’为基准。为压强降。的习惯写法为（终态-始态）。在1—1’,2—2’间列柏式，0—0’为基准。602、来源—内摩擦流体阻力大小的决定因素：流体自身的性质（粘度）主要流体的流动状况（流型）

管壁的粗糙度。次要2、来源—内摩擦流体阻力大小的决定因素：61二、流动类型与雷诺准数1、雷诺实验Reynolds英国学者，他在1883年做了如下实验。二、流动类型与雷诺准数1、雷诺实验62最后归纳为雷诺准数不论采用什么单位制，Re均无因次，凡是由几个有内在联系的物理量按无因次这个条件组合起来的数群，称为准数。最后归纳为雷诺准数632、流动类型Re<2000为层流Re>4000湍流2000<Re<4000过渡流2、流动类型Re<2000643、层流与湍流的区别区别点层流湍流质点运动方式平行运动不碰撞不混合杂乱运动碰撞产生漩涡速度分布3、层流与湍流的区别区别点层流湍流质点运动方式平行运动杂65三、直管摩擦阻力的计算1、推动力（促使流体流动），和流动方向一致。2、摩擦阻力（由内摩擦引起），与流动方向相反。三、直管摩擦阻力的计算1、推动力（促使流体流动），和流动方向66在1-1’，2-2’间列柏式，以管中心线为基准面。流体流动与输送(课件)67垂直作用在1-1’上的压力垂直作用在2-2’上的压力净推动力=垂直作用在1-1’上的压力68平行作用于流体柱表面上的摩擦力，即管壁处的阻力：与流动方向相反。根据牛顿第二定律：要维持流体在管内作匀速运动，作用在流体柱上的推动力应与阻力的大小相等，方向相反。平行作用于流体柱表面上的摩擦力，即管壁处的阻力：69令——摩擦系数，无因次上式为计算阻力的公式，为范宁公式流体流动与输送(课件)70四、壁粗糙度对的影响化工管路按其材质和加工情况可分为：光滑管如，铜、铅、玻璃、塑料粗糙管如，钢、铸铁管管壁粗糙度可用绝对粗糙度和相对粗糙度表示。绝对粗糙度：e，表示管壁凹凸部分的平均高度。四、壁粗糙度对的影响化工管路按其材质和加工情况可分为：71相对粗糙度：是绝对粗糙度与管径之比。

对于e相同的管子，e对的影响与管径有关。对d小的影响大。因此，工程上不是只看e的大小，而是看的大小。相对粗糙度：是绝对粗糙度与管径之比。72层流时：光滑管与粗糙管的—Re关系标绘在图上为同一根直线。说明管子的粗糙度对无影响。湍流时：若滞流内层厚度，如图a，此时e（或e/d）对无影响。若，变薄，使，e（或e/d）对有影响。如图b。层流时：光滑管与粗糙管的—Re关系标绘在图上为同一根73五、滞流时的（理论分析法）在圆管内取一圆柱形的流体单元，其半径为r，在一个半径为r+dr的流体圆筒内滑动。这个流体单元的推动力与阻力的关系可表示为：五、滞流时的（理论分析法）在圆管内取一圆柱形的流74根据牛顿粘性定律，圆筒内的剪应力为（7）流体流动与输送(课件)75上式为哈根—泊稷叶公式，此式为计算层流时由摩擦阻力所引起的压强降公式。流体流动与输送(课件)76此式为层流时与Re的关系，在双对数座标纸上标绘成一条直线。流体流动与输送(课件)77六、湍流时的通过因次分析，用光滑管于Re=3×103~1×105范围内作实验，上式称为柏拉修斯公式。

六、湍流时的通过因次分析，78七、非圆形直管的当量直径水力半径的定义式为，对于圆管圆管直径d=4×水力半径=4Rh

七、非圆形直管的当量直径水力半径的定义式为，79非圆形管就采用4倍的水力半径代替直径。即当量直径de=4×水力半径。对于长方形管，（a，b）环形，外管内径d1，内管外径d2，非圆形管就采用4倍的水力半径代替直径。即当量直径de=480八、局部阻力的计算1、当量长度法流体通过某一管件或阀门时，因局部阻力造成的压头损失，相当于流体通过与其具有相同管径的若干m长度的直管的压头损失，这个直管长度称为当量长度，用Le表示。那么局部阻力为：八、局部阻力的计算1、当量长度法812、阻力系数法流体通过某一管件或阀门的压头损失用流体在管中速度头的倍数来表示。这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。2、阻力系数法823.5流体输送设备离心泵一、工作原理离心泵主要部件是叶轮和泵壳。叶轮是对液体作功的部件。泵壳是离心泵的外壳。在泵壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道，所以又称为蜗壳。3.5流体输送设备离心泵83离心力的大小，与叶轮转速叶轮大小有关液体的密度因为气体密度小，产生的离心力小，叶轮中心产生的负压小，不能将液体吸入和压出，这种现象称为“气缚”。离心力的大小，与叶轮转速84二、主要性能参数1、扬程扬程又称为泵的压头，是泵对单位质量的流体提供的能量。用H表示。2、流量单位时间排出的液体体积[m3/h]，qv与泵结构叶轮尺寸有关，通常由实验测得。转速二、主要性能参数1、扬程853、功率轴功率（实际功率）：①泵轴从电机得到的实际功率称轴功率。②电机直接传动，传给泵轴的功率，以Pa表示，[W]

理论功率：Ne表示。轴功率

3、功率轴功率（实际功率）：86三、特性曲线一般离心泵产品样本上提供的特性曲线为H——qvPa——qv三条曲线——qv三、特性曲线一般离心泵产品样本上提供的特性曲线为87流体流动与输送(课件)881、H—qv曲线（扬程曲线）扬程H随流量qv增大而减小。2、Pa—qv曲线（功率曲线）轴功率pa随流量qv增加而增加。qv=0时，Pa最小，所以泵在启动时关闭出口阀，使泵在最低功率下启动，保证电机不超载。3、—qv曲线（效率曲线）qv=0时，最低1、H—qv曲线（扬程曲线）89泵在铭牌上标出的流量及扬程下工作最为经济，但根据输送条件的不同，往往不能在最高效率下操作，所以规定一个工作范围，通常将最高效率的92%这个范围称为泵的最高效率区，选用离心泵时，应尽可能使泵在此范围工作。泵在铭牌上标出的流量及扬程下工作最为经济，但根据输送条件的不90四、安装高度四、安装高度91以1—1’，2—2’为截面，0—0’为基准面，则柏式以1—1’，2—2’为截面，0—0’为基准面，则柏式92令——允许吸上真空高度。

安装高度：上式即为离心泵安装高度的计算式。流体流动与输送(课件)93输送液体的密度泵吸入口处压强P2安装高度与当地大气压P1泵的转速n流量qv等，多种因素有关输送液体的94泵入口处的压强P2越小，Hs越大，则泵的安装高度Hg越大，但P2有一极限值，即P2>输送液体的饱和蒸气压。否则，吸入液体就会在泵中心处气化，体积突然膨胀。当含有大量气泡的液体由低压区进入高压区时，气泡受压而迅速凝结，因而形成局部真空，周围的液体便以极大的速度冲向原来气泡所在的空间，在冲击点上产生几百大气压的局部压强，使叶轮遭到破坏，这种现象称为“气蚀”。气蚀发生后，泵体震动，产生明显噪音，泵的流量、扬程、效率显著降低。必须避免。泵入口处的压强P2越小，Hs越大，则泵的安装高度Hg越大，但95泵的允许吸上真空高度Hs由制造厂实验测定。其测定条件是在1大气压下用20℃清水。如果输送时的条件与上述条件不同，则对Hs进行换算，其换算公式如下：Hs’=Hs－10+Ha－Ht式中Hs’——输送条件下的允许吸上真空高度，mHs——说明书上查得的数值，mHa——泵工作地点大气压，m水柱

Ht——输送温度下水的饱和蒸气压，m水柱泵的允许吸上真空高度Hs由制造厂实验测定。其测定条件是在1大96第三章流体流动过程及流体输送设备流体的基本性质流体流动的基本规律流体压力和流量的测量管内流体流动的阻力流体输送设备第三章流体流动过程及流体输送设备流体的基本性质97研究流体的流动与输送要解决以下问题流体输送所需管径尺寸的选择输送流体所需能量和设备的确定流体性能参数的测量和控制研究流体的流动形态了解流体输送设备的工作原理和操作性能研究流体的流动与输送要解决以下问题流体输送所需管径尺寸的选择983.1流体的基本性质1.密度:单位体积流体所具有的质量称为流体的密度.2.比体积:单位质量流体所具有的体积3.压力:流体垂直作用于单位面积上的力(1)绝对压力：以绝对零压为起点而计量

（2）表压：以大气压力为基准而计量的压力。＞大气压为表压＜大气压为真空度3.1流体的基本性质1.密度:单位体积流体所具有的质量称为99表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力表压=绝对压力-大气压力1004.流量和流速（1）流量：单位时间内流体经过管道任一截面的流体的量。若用流体的体积量来表示，称为体积流量。

（2）流速：单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的距离。用u表示u=qv/SS：与流体流动方向相垂直的管道截面积4.流量和流速1015.粘度：衡量流体粘性大小的物理量。牛顿粘性定律式中：μ——流体的粘度，Pa.s（N.s/m2）;

——法向速度梯度，1/s。5.粘度：衡量流体粘性大小的物理量。102牛顿粘性定律牛顿粘性定律103（3）牛顿粘性定律式中：μ——流体的粘度，Pa.s（N.s/m2）;

——法向速度梯度，1/s。（3）牛顿粘性定律1043.2流体流动的基本规律1、定态流动和非定态流动2、流体定态流动过程的物料衡算（连续性方程）3、流体定态流动过程的能量衡算（柏努力方程）4、流体流动规律的应用举例3.2流体流动的基本规律1、定态流动和非定态流动1051、定态流动和非定态流动定态流动：流速、压力、密度等物理量不随时间而改变非定态流动：流速、压力、密度等物理量中任意一项随时间而改变1、定态流动和非定态流动定态流动：流速、压力、密度等物理量不1062、流体定态流动过程的物料衡算当流体在流动系统中作定态流动时，根据质量作用定律，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的流体的质量应相等。qm,1=qm,2

2、流体定态流动过程的物料衡算当流体在流动系统中作定态流动时1073、流体定态流动过程的能量衡算一、柏努利方程式的建立流体作稳定流动时，有四种能量可能发生变化。即位能动能机械能静压能内能能量之间是可以互相转化的，内能与机械能之间也是如此。

3、流体定态流动过程的能量衡算一、柏努利方程式的建立108为了使问题简化，我们首先建立理想液体的柏式。理想液体的特点：（1）绝对不可压缩（比容不随压强P而变）

（2）完全没有粘性（无内摩擦力，即没有机械能向内能的转化，即T不变）（3）流动时无阻力。理想流体流动时，只有机械能之间的转化，而无内能的增减。为了使问题简化，我们首先建立理想液体的柏式。109流体流动与输送(课件)110对于稳定流动，每mkg流体经截面1—1’进入系统内，必有mkg流体经截面2—2’离开这个系统。∴，以mkg流体作为衡算的基准。对于稳定流动，每mkg流体经截面1—1’进入系统内，必有m1111、位能流体受重力的作用，在不同的高度具有不同的位能。它是个相对值。位能=mgZ单位：mgZ=kg×m/s2×m=Nm=J∴，mgZ流体在截面1—1’，2—2’所具有的位能分别为：mgZ1,mgZ21、位能1122、动能流体流动时所具有的能量。动能=这一能量相当于将mkg流体从速度为零加速到速度为所做的功。单位：=kg×m2/s2=Nm=Jmkg流体在截面1—1’，2—2’处所具有的动能分别为：，2、动能113mkg流体在截面1—1’，2—2’处所具有的动能分别为：mu12，mu22

mkg流体在截面1—1’，2—2’处所具有的1143、静压能（流动功）在静止或流动的流体内部任一处都有一定的静压强。3、静压能（流动功）在静止或流动的流体内部任一处都有一定的静115如mkg流体，体积为V[m3]，通过截面1—1’，把该流体推进此截面所需的作用力=P1S1。流体通过此截面所走的距离=，流体带入系统的静压能=单位：如mkg流体，体积为V[m3]，通过截面1—1’，把该流体推116同理：2—2’截面处流体所具有的静压能为P2V2。根据能量守恒与转化定律，两截面所具有的总机械能相等，同理：2—2’截面处流体所具有的静压能为P2V2。根据能量守117两边除以m，V=V1=V2[J/kg]（1）两边除以g，[米液柱]（2）两边除以m，118二、柏式的引申实际流体有粘性，所以在流动时有摩擦阻力产生，其数值的大小视流体的性质流动的状况管壁的粗糙程度而定。二、柏式的引申实际流体有粘性，所以在流动时有摩擦阻力产生，其119有外加流体输送机械对流体作功。所以，实际流体的柏努利方程式变为：

[m](3)有外加流体输送机械对流体作功。所以，实际流体的柏努利方程式变120流体输送所需功率是指：单位时间耗用的能量，实际功率流体输送所需功率是指：单位时间耗用的能量，实际功率121式中：Ne－理论功率－输送设备的效率工程上将每kg流体所具有的各种形式的能量统称为压头，如Z：位压头（简称位头）：动压头，又称速度头。：静压头式中：Ne－理论功率122He：输送设备对流体所提供的能量，又称有效压头。Hf：因阻力所消耗的能量，又称压头损失。压头—可以互相转化，是某一截面的能量。压头损失—为沿程的压头损失，不是某一截面的。压头一经损失掉，就不能变回系统里任何一种形式的压头。He：输送设备对流体所提供的能量，又称有效压头。123三、柏努利的讨论1、方程使用条件：连续系统，稳定流动，不可压缩性流体。2、对于气体，当压强变化时，公式仍适用，其结果是足够准确的。计算时只需将气体的密度用平均密度代替，即。三、柏努利的讨论1、方程使用条件：连续系统，稳定流动，不可压1243、对于静止流体，u=0，He=0，Hf=0，则（3）式变为3、对于静止流体，u=0，He=0，Hf=0，则（3）式变为1254、对于实际流体的流动，，它有压头损失。5、对于不稳定流动，在任一瞬间柏式方程仍能成立。4、对于实际流体的流动，，它126四、应用柏式解题要点（一）、画示意图，标明流动方向四、应用柏式解题要点（一）、画示意图，标明流动方向127（二）、选截面取截面是为了确定能量的衡算范围。1、需求取的未知量必须在截面上或两截面间。2、流动方向与截面相垂直。3、以上游为1—1’，下游为2—2’，把所选截面标在图上。4、截面不要选在转弯处或直径突变处。（二）、选截面128（三）选水平基准面1、水平基准面的的高度可以任意选取，但必须与地面平行。2、截面位置在水平基准面的上方，其位压头为正，反之为负。3、把所选基准面标在图上。（四）单位要统一（SI制）（三）选水平基准面1、水平基准面的的高度可以任意选取，但必须129五、柏式应用举例1、确定容器间的相对位置已知：高位槽和反应器均为敞口容器。管内流速=2[m/s]，Hf=2[m]，求h五、柏式应用举例1、确定容器间的相对位置130解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。z1=h，z2=0，P1=P2=0（表压）u1=0，u2=2[m/s]，Hf=2m，He=0解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。1312、确定管路中流体的压强2、确定管路中流体的压强132已知，kg/m3，u1=2m/S，u2=8m/sP1=117.72kPa（表压），Hf=0（忽略），求P2解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。Z1=0，He=0，Hf=0已知，kg/m3，u1=2m/S，u2133流体流动与输送(课件)1343、确定输送设备的有效功率3、确定输送设备的有效功率135已知料液=1200kg/m3，蒸发室真空度=200mmHg，输送管道68×4，体积流量=20m3/h，，求泵的理论功率。解：在1—1’，2—2’间列柏式，以0—0’为基准面。Z1=0，Z2=15m，P1=1atm，u1=0已知料液=1200kg/m3，蒸发室真空度=200m136P2=（真空度）P2=101325-26665=74660Pa（绝对压）P2=137流体流动与输送(课件)138理论功率：理论功率：139实际功率：Na=Ne/Na=1.6285kW/0.60=2.75kW实际功率：1403.3流体压力和流量的测量一、孔板流量计3.3流体压力和流量的测量一、孔板流量计141在1—1’,2—2’间列柏式，基准面取管中心线。Hf=0（暂时看作）

在1—1’,2—2’间列柏式，基准面取管中心线。Hf=142U2--------缩脉处流速上式中：1、未考虑Hf（它不等于0）2、缩脉处的截面积S2是随流动条件而改变的未知（缩脉直径的大小、位置随流况而变）。∴，u2无法知道。3、孔口截面积S0为已知，∴，孔口流速U0也已知，用U0代替u2U2--------缩脉处流速143用校正系数C来校正：1、不可忽略的Hf。2、缩脉截面积与孔口截面积之差。3、上、下游测压口的位置。用校正系数C来校正：1、不可忽略的Hf。144U测压计公式：两边除以g，体积流量C0——校正系数，由实验确定，一般在0.61~0.62之间。对于标准的孔板，有图表可查。U测压计公式：两边除以g，145孔板流量计的优点：易于制造；适合大流量的测量。缺点：流体流经孔板的能量损失大；孔板的锐边容易腐蚀、易磨损，流量计应定期进行校正。孔板流量计的优点：易于制造；适合大流量的测量。146二、文丘里流量计为了减少流体流经孔板的能量损失，用一支渐缩渐扩管代替孔板。这样构成的流量计称为文丘里流量计。文丘里流量计的计算公式与孔板流量计相类似。二、文丘里流量计为了减少流体流经孔板的能量损失，用一支渐缩渐147流体流动与输送(课件)148三、转子流量计三、转子流量计1491、工作原理当流体通过转子与玻璃管形成的环隙时，流道截面积S↓,流速u↑，流体静压强p↓，在转子上产生一个压力差，即向上的推力,转子↑。1、工作原理150当转子停留在某一位置时，转子与管间的环形截面积一定。流体通过此环形时，流速与静压强的变化关系与通过孔板流量计孔口的情况相似。因此，转子流量计的计算公式可仿照孔板流量计的公式写出。当转子停留在某一位置时，转子与管间的环形截面积一定。流体通过151转子流量计的优点：1、能直接观察到流量计内流体的流动状况。2、压头损失小，测量范围宽。3、流量计前后不需要有一定长度的直管段。注意：安装时必须保持垂直。转子流量计的优点：1、能直接观察到流量计内流体的流动状况。152孔板流量计与转子流量计的区别区别点孔板流量计转子流量计流通截面形状圆孔大小不变环形大小改变通过流通截面的流速U随流量qv改变U不随qv改变通过流通截面的压强差改变不变孔板流量计与转子流量计的区别区别点孔板流量计转子流量计流通截1533.4管内流体流动的阻力一、流体阻力的表现及来源1、表现—压强降3.4管内流体流动的阻力一、流体阻力的表现及来源154水平管道，管径均一。阀门关闭时，开启时，水平管道，管径均一。155在1—1’,2—2’间列柏式，0—0’为基准。为压强降。的习惯写法为（终态-始态）。在1—1’,2—2’间列柏式，0—0’为基准。1562、来源—内摩擦流体阻力大小的决定因素：流体自身的性质（粘度）主要流体的流动状况（流型）

管壁的粗糙度。次要2、来源—内摩擦流体阻力大小的决定因素：157二、流动类型与雷诺准数1、雷诺实验Reynolds英国学者，他在1883年做了如下实验。二、流动类型与雷诺准数1、雷诺实验158最后归纳为雷诺准数不论采用什么单位制，Re均无因次，凡是由几个有内在联系的物理量按无因次这个条件组合起来的数群，称为准数。最后归纳为雷诺准数1592、流动类型Re<2000为层流Re>4000湍流2000<Re<4000过渡流2、流动类型Re<20001603、层流与湍流的区别区别点层流湍流质点运动方式平行运动不碰撞不混合杂乱运动碰撞产生漩涡速度分布3、层流与湍流的区别区别点层流湍流质点运动方式平行运动杂161三、直管摩擦阻力的计算1、推动力（促使流体流动），和流动方向一致。2、摩擦阻力（由内摩擦引起），与流动方向相反。三、直管摩擦阻力的计算1、推动力（促使流体流动），和流动方向162在1-1’，2-2’间列柏式，以管中心线为基准面。流体流动与输送(课件)163垂直作用在1-1’上的压力垂直作用在2-2’上的压力净推动力=垂直作用在1-1’上的压力164平行作用于流体柱表面上的摩擦力，即管壁处的阻力：与流动方向相反。根据牛顿第二定律：要维持流体在管内作匀速运动，作用在流体柱上的推动力应与阻力的大小相等，方向相反。平行作用于流体柱表面上的摩擦力，即管壁处的阻力：165令——摩擦系数，无因次上式为计算阻力的公式，为范宁公式流体流动与输送(课件)166四、壁粗糙度对的影响化工管路按其材质和加工情况可分为：光滑管如，铜、铅、玻璃、塑料粗糙管如，钢、铸铁管管壁粗糙度可用绝对粗糙度和相对粗糙度表示。绝对粗糙度：e，表示管壁凹凸部分的平均高度。四、壁粗糙度对的影响化工管路按其材质和加工情况可分为：167相对粗糙度：是绝对粗糙度与管径之比。

对于e相同的管子，e对的影响与管径有关。对d小的影响大。因此，工程上不是只看e的大小，而是看的大小。相对粗糙度：是绝对粗糙度与管径之比。168层流时：光滑管与粗糙管的—Re关系标绘在图上为同一根直线。说明管子的粗糙度对无影响。湍流时：若滞流内层厚度，如图a，此时e（或e/d）对无影响。若，变薄，使，e（或e/d）对有影响。如图b。层流时：光滑管与粗糙管的—Re关系标绘在图上为同一根169五、滞流时的（理论分析法）在圆管内取一圆柱形的流体单元，其半径为r，在一个半径为r+dr的流体圆筒内滑动。这个流体单元的推动力与阻力的关系可表示为：五、滞流时的（理论分析法）在圆管内取一圆柱形的流170根据牛顿粘性定律，圆筒内的剪应力为（7）流体流动与输送(课件)171上式为哈根—泊稷叶公式，此式为计算层流时由摩擦阻力所引起的压强降公式。流体流动与输送(课件)172此式为层流时与Re的关系，在双对数座标纸上标绘成一条直线。流体流动与输送(课件)173六、湍流时的通过因次分析，用光滑管于Re=3×103~1×105范围内作实验，上式称为柏拉修斯公式。

六、湍流时的通过因次分析，174七、非圆形直管的当量直径水力半径的定义式为，对于圆管圆管直径d=4×水力半径=4Rh

七、非圆形直管的当量直径水力半径的定义式为，175非圆形管就采用4倍的水力半径代替直径。即当量直径de=4×水力半径。对于长方形管，（a，b）环形，外管内径d1，内管外径d2，非圆形管就采用4倍的水力半径代替直径。即当量直径de=4176八、局部阻力的计算1、当量长度法流体通过某一管件或阀门时，因局部阻力造成的压头损失，相当于流体通过与其具有相同管