第一章

流體流動與輸送機械流體流動原理和規(guī)律是重要基礎在化工生產(chǎn)過程中，流體的流動是各個單元操作中的普遍現(xiàn)象。無論是管道輸送、流量的測定、還是流體輸送所需的功率的計算、輸送設備的設計和操作都與流體流動原理和規(guī)律密切相關(guān)。主要內(nèi)容流體流動的基本概念流體靜力學流體動力學流體流動現(xiàn)象管內(nèi)流動阻力計算流量的測量離心泵其他類型泵氣體輸送裝置概述1、流體具有流動性的物體，氣體和液體統(tǒng)稱為流體。分類：按狀態(tài)分：氣體、液體、超臨界流體；按可壓縮性分：可壓縮流體和不可壓縮流體；按是否可忽略分子間作用力分：理想流體和實際流體；按流變特性分（剪切力與速度梯度的關(guān)系）：牛頓型流體和非牛頓型流體。不可壓縮流體：流體的體積（密度）不隨壓力及溫度變化?？蓧嚎s流體：流體的體積（密度）隨壓力及溫度變化。

V=f（p，T）液體：一般為不可壓縮流體氣體：一般為可壓縮流體在工程技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注的是流體的宏觀特性，即大量分子的統(tǒng)計平均特性，采用連續(xù)性假設可以不考慮分子的復雜運動，從宏觀角度研究流體的流動規(guī)律。假設流體由無數(shù)連續(xù)質(zhì)點組成的連續(xù)介質(zhì)。2、連續(xù)性假設1.1流體流動的基本概念一、密度ρ1）定義：單位體積流體的質(zhì)量，kg/m3（SI）

ρ=m/V2）理想氣體的密度

pV=nRT=m/M·RTρ=m/V=pM/RT混合氣體密度ρm

A、B、…、n

氣體混合物中各組分的體積分數(shù)ρi

：同溫同壓下組分i的密度3）液體混合物的平均密度ρm

若混合前后體積變化不大或不變——理想溶液則：

wi：混合液中組分i的質(zhì)量分數(shù)二、比體積（比容）v

單位質(zhì)量流體的體積，m3/kg三、黏度（一）牛頓黏性定律黏性：流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，阻止流體產(chǎn)生相對運動的特性。黏度：衡量流體黏性大小的物理量稱為黏度。內(nèi)摩擦力：運動著的流體內(nèi)部相鄰兩流體層間由于分子間的作用力和分子的無規(guī)則運動而產(chǎn)生的相互作用力。牛頓黏性定律：實驗證明：流體的內(nèi)摩擦力（剪應力）與法向速度梯度成正比μ：黏度（Pa·S）牛頓粘性定律發(fā)表在1687年μ：黏度(動力黏度、絕對黏度）單位：Pa·s

厘泊（cp）：1cp=0.01p=0.001Pa·s

物理意義：速度梯度為1時，單位面積上所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力大小。獲取方法：由實驗測定、查有關(guān)手冊或資料、用經(jīng)驗公式計算。運動黏度：υ＝μ/ρ單位m2/s。溫度對粘度的影響

液體：溫度上升，黏度下降；T↑分子間距離↑分子間引力↓μ↓

氣體：溫度上升，黏度增大。T↑分子不規(guī)則運動和碰撞↑μ↑壓力對粘度的影響壓力不是極高或極低時，壓力對氣體黏度的影響可忽略。（二）流體中的動量傳遞由于流體層之間速度不等，動量從速度大處向速度小處傳遞。：單位體積流體的動量：單位體積流體的動量梯度τ：單位時間單位面積的動量，稱為動量傳遞速率剪應力的單位：（三）、理想流體

黏度為零的流體。（四）、非牛頓型流體牛頓型流體：在流動中形成的剪應力與速度梯度的關(guān)系完全符合牛頓黏性定律的流體，如：水、空氣等。非牛頓型流體：不服從牛頓黏性定律的流體。絕大多數(shù)高分子量的流體，如：人身上的血液、淋巴、聚乙烯，聚丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龍6，PVS，滌綸，橡膠溶液，各種工程塑料，化纖的熔體等。1.2流體靜力學流體靜力學：研究流體在外力作用下達到平衡時（靜止或相對靜止）各物理量的變化規(guī)律。應用：測量設備或管道內(nèi)壓強、測量液位等。一、靜止流體的壓強壓強：流體垂直作用于單位面積上的力為流體的壓強，習慣稱為流體的壓力。單位：N/m2，帕斯卡，Pa絕對壓力：以絕對真空為基準測得的壓力表壓：以外界大氣壓為基準測得的壓力表壓=絕對壓力－大氣壓力真空度=大氣壓力－絕對壓力二、靜力學基本方程描述靜止流體內(nèi)部的壓力隨高度變化的數(shù)學表達式。三、方程推導

液柱受力分析下底面所受的向上總壓力：p2A上底面所受的向下總壓力：p1A整個液柱的重力：G＝ρgA(z1-z2)靜止液體中，三力平衡

p2A－p1A－ρgA(z1-z2)＝0∴p2=p1+ρg(z1-z2)

或p2+ρgz2=p1+ρgz1靜力學基本方程：

在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，滿足：

p+ρgz=const或或各項物理意義：

z：單位重量的液體從基準面上升高度z后所具有的位能；（J/Norm）

p/ρg：單位重量液體的靜壓能；（J/Norm）各項幾何意義：

z：位頭，液體離基準面的垂直高度（m）

p/ρg：靜壓頭，使靜止液體上升的高度（m）gz、p/ρ

：單位質(zhì)量的液體所具有的位能、靜壓能。四、流體靜力學基本方程式的應用（一）壓力測量1、U形管液柱壓差計條件：

ρ指>ρ測

指示液與被測流體不互溶原理：靜力學基本方程，同一連續(xù)靜止流體的同一水平的靜壓相等U形管壓差計∴pa＝pb

p1+(m+R)ρg＝p2+mρg+Rρ0gp1－p2＝R（ρ0－ρ）g

倒U形管壓差計：利用被測量液體本身作為指示液倒U形管壓差計p1－p2＝R（ρ0－ρ）g2、斜管壓差計

當被測量的流體壓力或壓差不大時，讀數(shù)R很小，為得到精確的讀數(shù)，可采用斜管壓差計

斜管壓差計p1－p2＝R（ρ0－ρ）g=R＇sinα（ρ0－ρ）g3、微差壓差計

U形管中放置兩種密度不同、互不相溶的指示液，管的上端有擴張室，擴張室有足夠大的截面積，當讀數(shù)R變化時，兩擴張室中液面不致有明顯的變化。P1－P2＝ΔP＝Rg（ρa－ρb）

（二）液面測定

平衡器的小室2中所裝的液體與容器里的液體相同，器里液面高度維持在容器液面容許到達的最大高度處。容器里的液面高度可根據(jù)壓差計的讀數(shù)R求得。

h越小，容器內(nèi)的液位越高，當R=0時，h=0，容器內(nèi)的液面高度即為允許的最大高度。遠程液位測量裝置（三）確定液封高度

為了控制設備內(nèi)氣體壓力不超過規(guī)定的數(shù)值，采用安全液封（或稱為水封）裝置，當設備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時，氣體就從液封管排出，以確保設備操作的安全。水封管插入液面下的深度h為：安全液封p1為表壓1.3

流體動力學1）必要性

化工廠中流體大多沿密閉的管道流動，研究管內(nèi)流體流動的規(guī)律十分必要。2）主要內(nèi)容連續(xù)性方程伯努利方程

一、流量與流速（一）流量體積流量：Q（m3/s）

單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積。質(zhì)量流量：W（kg/s）單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量。兩者之間的關(guān)系

W=Qρ（二）流速1）平均流速（體積流速）：u（m/s）

u＝Q/A

W=ρQ

=ρAu2）質(zhì)量流速：G（kg/m2·s）

！由于氣體的體積與溫度、壓力有關(guān)，當溫度、壓力發(fā)生變化時，氣體的體積流量與流速隨之改變，但質(zhì)量流量不變，采用質(zhì)量流速比較方便。3）管道直徑的估算以d表示管內(nèi)徑一般液體流速為0.5～3m/s。氣體為10～30m/s。二、定態(tài)流動與非定態(tài)流動1）定態(tài)流動：流體在管道中流動時，任一點上的流速、壓力等有關(guān)流動的物理參數(shù)都不隨時間改變。

2）非定態(tài)流動：流動的流體中，有關(guān)流動的物理參數(shù)，至少有一個隨時間改變。三、連續(xù)性方程流體連續(xù)穩(wěn)定流動時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律

W

s

1＝W

s

2即：

ρ1A1u1＝ρ2A2u2

不可壓縮流體：

A1u1＝A2u2

圓形管道：不可壓縮流體在管道中的流速與管道內(nèi)徑的平方成反比。

1′122′ws1ws2四、伯努利方程式（Bernoulli’sequation）流體機械能衡算式（一）方程推導1、假設：流體無黏性（理想流體）：在管內(nèi)流動時無摩擦損失；流體在管內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定流動。2、原理：力學原理（牛頓第二定律）作用于流體上的合力等于流體動量變化的速率。受力分析：作用于微管段流體上的各力沿x方向的分力之和為：

pA－(p+dp)A－gρAdz＝－Adp－gρAdz

∴ρAudu＝－Adp－gρAdz積分得：

理想流體的伯努利方程二、伯努利方程的物理意義gz：單位質(zhì)量流體所具有的位能(J/kg)

p/ρ：單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能(J/kg)

u2/2：單位質(zhì)量流體所具有的動能(J/kg)

機械能壓頭：單位重量流體所具有的能量位壓頭：z靜壓頭：p/ρg動壓頭(速度壓頭)：u2/2g五、

實際流體的機械能衡算式（一）實際流體的機械能衡算式

實際流體在管道內(nèi)流動時，由于流體的內(nèi)摩擦作用，要消耗一部分機械能，在機械能量衡算時必須加入能量損失項。

∑Hf：壓頭損失，m如果有外加機械功（H）輸入其它形式：∑hf

：單位質(zhì)量流體的能量損失W=gH：單位質(zhì)量流體的外加能量二、伯努利方程式的應用分析和解決流體輸送有關(guān)的問題液體流動過程中流量的測定調(diào)節(jié)閥流通能力的計算注意：1、截面選取：確定物料衡算和機械能衡算的范圍。①與流動方向垂直②兩截面間流體連續(xù)③所求的物理量在截面上能反映出來④截面已知量較多通常選系統(tǒng)的起點和終點為相應的截面2、確定基準面：確定衡量位能大小的基準通常選截面較低的一個水平面為基準面。3、壓力同時采用表壓或絕對壓力4、對于可壓縮流體，（P2-P1）/P1＜20%時，可用。5、對于非定態(tài)流動系統(tǒng)的任一瞬間，方程成立。

例1-3將高位槽內(nèi)料液向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以0.5m/s的速度流動。設料液在管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求高位槽的液面應該比塔入口處高出多少米？例1-4用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強為101.33kPa，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強為26.67kPa（真空度），蒸發(fā)器進料口高于貯槽內(nèi)液面15m，進料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為120J/kg，管路直徑為60mm，求泵的有效功率。例1-5有一高位槽，水從槽底的接管流出，如附圖所示。高位槽直徑D=1m，槽內(nèi)水深2m，底部接一管道，管長3m，管徑d=20mm，液體流過該系統(tǒng)的能量損失hf=2.25u2，試求槽內(nèi)液面下降1m所需的時間。1.4流體流動現(xiàn)象

1、雷諾實驗u比較小時，流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條輪廓清晰的直線，平穩(wěn)地流過整根玻璃管，與旁側(cè)的水不混合；u↑，直線流動的有色細流開始出現(xiàn)波動成波浪形細線；速度再增，細線的波動加劇，然后被沖斷而向四周散開，最后使整個玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。1883年奧斯本?雷諾(OsborneReynolds)做雷諾實驗裝置流體流動類型2、流動類型層流：流體在管中流動時，質(zhì)點始終沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點之間互不混合的流動狀態(tài)稱為層流(laminarflow)或滯流(viscousflow）。湍流：流體質(zhì)點除了沿著管道向前流動外，各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都發(fā)生變化，質(zhì)點間彼此碰撞并互相混合，這種流動狀態(tài)稱為湍流(turbulentflow)或紊流。過渡區(qū)3、雷諾數(shù)Re物理意義：表明慣性力與黏性力之比。量綱：1，無因次Re≤2000：層流

Re≥4000：湍流

2000<Re<4000：過渡區(qū)4、邊界層流體流經(jīng)壁面時，由于流體具有黏性，在垂直于流體流動的方向產(chǎn)生較大速度梯度的區(qū)域。層流內(nèi)層層流邊界層湍流邊界層usususxc以速度為主體流速的99%處作為劃分邊界層的界限。5、流體在圓管內(nèi)的速度分布（一）層流時的速度分布

速度分布為拋物線狀管中心的流速最大，向管壁的方向漸減，靠管壁的流速為零，平均速度為最大速度的一半。

哈根—泊謖葉公式層流時由于摩擦阻力所產(chǎn)生的壓差△p與流速u的一次方成正比。（二）流體在圓管中湍流時的速度分布流體質(zhì)點間進行著湍流動量傳遞，使管截面上的速度分布比較均勻。Re增大，流體湍動程度增大，速度分布曲線頂部區(qū)域越寬闊而平坦。4×104＜Re＜1.1×105時，n=61.1×105＜Re＜3.2×106時，n=7Re＞3.2×106時，n=10一、管材1）鋼管：普通鋼管和合金鋼管焊接鋼管：有縫鋼管，多為低碳鋼管，通常用于壓強較低的輸送系統(tǒng)。無縫鋼管：石油和化工生產(chǎn)中使用最多的一種管型，分為熱軋和冷拔兩種。其特點是質(zhì)量均勻、強度高。2）鑄鐵管常用于埋在地下的給水總管，煤氣管及污水管等1.5管內(nèi)流動阻力計算3）有色金屬管銅管、鉛管、鋁管等。銅管導熱性好且重量較輕，適宜于制作換熱器。細的紫銅管常用來作為機械設備的潤滑系統(tǒng)或油壓系統(tǒng)的儀表管路。鉛管具有易于輾壓，鍛制或焊接的有點，且能抗硫酸及10%以下鹽酸的腐蝕，故可作為這類物料的輸送管路。但鉛管機械強度差，較笨重且導熱率低。鋁的導熱性能良好，能代替昂貴的銅管用于制造換熱器。由鋁的純度決定其耐蝕性，廣泛用于輸送濃硝酸，蟻酸，醋酸等物料，但不耐堿。4）非金屬管陶瓷管、水泥管、塑料管等。陶瓷管：能耐酸堿，但性脆，強度低不耐壓，多用來排除腐蝕性的污水。水泥管：可用作地下水管、污水管，也用來輸送無壓氣體。塑料管：最常用的有聚氯乙烯管、聚乙烯管、酚醛塑料及有機玻璃等塑料管。塑料管具有良好的耐腐蝕性而且質(zhì)輕，但強度較低，耐熱性較差。2、管件及閥門1）管件管與管的連接部件，用來改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵塞管道等。90o彎頭45o彎頭180o彎頭管箍活接頭法蘭三通2）閥門閘門閥：通過控制體內(nèi)閘門的升降來啟閉閥門的，閘板和流體流向相垂直，通道的大小通過改變閘板與閥座之間的相對位置來改變的，當閘板與閥座緊密貼合時可阻止介質(zhì)通過。。單向閥（止回閥）：靠流體而啟閉，控制流體單向流動的閥門。多用于泵和壓縮機的管路上，以及疏水器的排水管上和其它不允許流體反向流動的地方。球心閥：閥芯呈球狀，故叫球心閥。其主要裝置是螺旋桿端連有盤塞，在閥的中心隔板上裝有盤座。旋塞（考克）：其主要部件為中間開有孔道的錐形旋塞，將旋塞旋至使其孔道與管子相通位置時，流體即由孔道流過。當旋塞旋轉(zhuǎn)90°時管流完全停止。

球心閥截止閥蝶閥

旋塞

3）管子的連接螺紋連接：管端有螺紋，一般用于直徑100mm以下，介質(zhì)溫度小于100℃，工作壓強小于1MPa的環(huán)境。法蘭連接：法蘭連接裝拆方便，密封可靠，適用的溫度、壓力和管徑范圍大。該法廣泛應用于大管徑耐溫、耐壓與密封性高的管路連接和管路與設備之間的連接。焊接連接：焊接連接在化工廠中被廣泛采用，適用于有壓管道和真空管道。此方法連接方式簡單、方便不漏。承插連接：適用于埋在地下的管路。插口和套口之間環(huán)隙中須填塞填充物，如麻絲、棉繩等，再塞入石棉水泥或水泥砂漿等膠合劑。二、流體在直管中的流動阻力1、阻力的分類直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時，所產(chǎn)生的阻力。局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門及進出口時，受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力。由于流速大小或方向突然改變，從而產(chǎn)生邊界層分離，出現(xiàn)大量旋渦，導致很大的機械能損失。三、層流的摩擦阻力

摩擦系數(shù)四、湍流的摩擦阻力一、因次分析法只是一種數(shù)學分析方法，不能代替實驗。可大大減少變量個數(shù)

（1）通過實驗找到所有影響因素：（2）找出各物理量量綱中所涉及的基本量綱

基本量綱個數(shù)r＝3

（3）選擇3個物理量作為基本物理量（4）將其余物理量逐一與基本物理量組

成特征數(shù)。（5）根據(jù)量綱一致性原則確定特征數(shù)方程的各項必需具有相同的量綱

----歐拉（Euler）數(shù)4個特征數(shù)-----相對粗糙度

Π定理：量綱為1的獨立物理量的個數(shù)N等于該現(xiàn)象所涉及的物理量數(shù)目n減去表示這些物理量的基本量綱數(shù)目m（二）管壁粗糙度的影響光滑管：玻璃管、銅管、鉛管、塑料管粗糙管：鋼管和鑄鐵管絕對粗糙度：管壁粗糙面凸出部分的平均高度，ε

相對粗糙度：ε/d層流：流速比較緩慢，流體對管壁凸出部分沒有碰撞作用，λ=f（Re）水力光滑管：層流底層的厚度δ>εδ<ε：λ=f(Re，ε/d)水力光滑管

完全湍流粗糙管

水力光滑管(1)層流區(qū)：Re≤2000，λ可計算，也可以查圖

∴hf∝u(2)過渡區(qū)：

2000<Re<4000，流動類型不穩(wěn)定，為安全計，按湍流計算λ。(3)湍流區(qū)：Re>4000及虛線以下的區(qū)域λ=f(Re,ε/d)(4)完全湍流區(qū)（在圖中虛線以上的區(qū)域）λ=f(ε/d)λ一定，hf∝u2

此區(qū)域也稱為阻力平方區(qū)（5）λ與Re及ε/d的關(guān)聯(lián)式光滑管，布拉修斯公式，3×103＜Re＜105

湍流區(qū)的光滑管、粗糙管，完全湍流區(qū)考萊布魯克（Colebrook）關(guān)聯(lián)式在完全湍流區(qū)，Re對λ的影響很小，式中含Re項可以忽略。五、非圓形管內(nèi)的流動阻力1、當量直徑deA：管道截面積；Π：潤濕周邊長度

例：套管的環(huán)隙，外管的內(nèi)徑d2，內(nèi)管的外徑d1

邊長為a，b的矩形管2、層流時摩擦阻力計算C—常數(shù)，無因次，可查表不同形狀管道的截面積相等時，方形管道比矩形管道能量損失少，圓形管道比方形管道能量損失少；從減少能量損失的角度看，圓形截面是最佳的。某些非圓形管的常數(shù)C值非圓形管的截面形狀正方形等邊三角形環(huán)形長方形長：寬=2：1長：寬=4：1常數(shù)C5753966273六、局部摩擦阻力損失（一）局部阻力系數(shù)法1、計算式ξ：局部阻力系數(shù)2、常用管件和閥門的ξ可查手冊3、突然擴大突然縮小注意：當流體從管道中流入截面較大的容器，或氣體從管道排放到大氣中，ξ=1

流體自容器進入管的入口，或從很大的截面突然縮小到很小的截面，ξ=0.5計算阻力損失時用小管中的流速。（二）當量長度法

將流體流過管件或閥門所產(chǎn)生的局部阻力損失，折合成流體流過長度為le的直管的阻力損失，le由實驗測定。常用當量長度查P32圖名稱阻力系數(shù)ξ當量長度與管徑之比le/d彎頭，4500.3517彎頭，9000.7535三通150回彎頭1.575管接頭、活接頭0.042球式止逆閥703500搖板式止逆閥2100全開閘閥0.179半開閘閥4.5225全開截止閥6300半開截止閥9.5475角閥，全開2100水表，盤式7350七、流體在管內(nèi)流動的總阻力損失計算直管阻力損失所有管件、閥門等的局部阻力損失計算類型簡單管路復雜管路：有并聯(lián)、分支或匯合設計型：指給定輸送任務，如流量，要求設計出經(jīng)濟、合理的管路，如確定優(yōu)化的管徑d等。操作型：管路系統(tǒng)已定，要求核算出在操作條件改變時管路系統(tǒng)的輸送能力或某項技術(shù)指標。八、管路計算已知管徑、管長、管件和閥門的設置及流體的輸送量，求流體通過管路系統(tǒng)的能量損失，以便道一步確定輸送設備所加入的外功、設備內(nèi)的壓強或設備間的相對位置等。這一類計算比較容易。

已知管徑、管長、管件和閥門的設置及允許的能量損失，求流體的流速或流量。已知管長、管件和閥門的當量長度、流體的流量及允許的能量損失，求管徑。

！后面兩種情況需試差。設計內(nèi)容計算依據(jù)：連續(xù)性方程ρ1A1u1＝ρ2A2u2機械能衡算方程

阻力損失計算式

例1-6如附圖所示，生產(chǎn)中需將高位槽的水輸送到低位槽中，流量為36.0m3/h。管徑φ89×3.5mm，管長為138m（含管件的當量長度），管壁相對粗糙度為1×10-4，水的密度為103kg/m3，黏度為10-3Pa·s。試求兩水槽液面的高度差。例1-7料液自高位槽流入精餾塔，如附圖所示。塔內(nèi)壓強為1.96×104Pa（表壓），輸送管道為φ36×2mm無縫鋼管，管長8m。管路中裝有90°標準彎頭兩個，180°回彎頭一個，球心閥（全開）一個。為使料液以5m3/h的流量流入塔中，問高位槽應安置多高？（即位差Z應為多少米）。料液在操作溫度下的物性：密度ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。

如圖所示的簡單管路中，設兩貯槽內(nèi)液位保持恒定，各管段直徑相同，液體穩(wěn)態(tài)流動。管路中安裝一閥門，閥前后各裝一壓力表，閥門在某一開度時，管路中流體的流量為Q，壓力表讀數(shù)分別為pA、pB。問：當閥門開度減小時，管路中流量Q、pA、pB及阻力損失如何變化。1.6流量的測定類型：測速管孔板流量計轉(zhuǎn)子流量計重點：流量計測量結(jié)構(gòu)、原理，安裝、應用的特點1、結(jié)構(gòu)①兩根彎成直角的同心套管；②內(nèi)管管口敞開；③外管的管口封閉；④外管前端壁面四周開有若干測壓小孔。

一、測速管（皮托管）

Pitottubep測速管實物圖2、測速原理當某一流體以流速u流經(jīng)測速管時，由于測速管內(nèi)已充滿待測流體，在其前端形成駐點，動壓能頭在A處轉(zhuǎn)化為靜壓能，內(nèi)管所測的為靜壓能和動壓能之和，稱為沖壓能。B點測得靜壓能。

若被測流體為氣體，ρ`

>>ρ

測量點速度，可利用該測速管測出管截面上流體的速度分布。1051061071041031020.50.60.70.80.9

u/umax與Re、Remax的關(guān)系3、（動能式）特點常用于氣體速度測量流體阻力小，適于測量大直徑管道內(nèi)的氣體流速

不能直接讀平均流速不能測定含有固體雜質(zhì)的流體測速管的尺寸不可過大，一般測速管直徑不應超過管道直徑的1/15。測速管安裝時，必須保證安裝點位于充分發(fā)展流段，一般測量點的上、下游最好各有50d以上的直管段作為穩(wěn)定段。測速管管口截面要嚴格垂直于流動方向。4、測速管使用：二、孔板流量計1、結(jié)構(gòu)由在管道中安裝一片中央帶有圓孔的孔板構(gòu)成。孔板流量計數(shù)字壓差計安裝在管路上的孔板流量計

縮脈：流體截面的最小處（2-2），u最大，p最低；管道中流體的流量愈大，在孔板前后產(chǎn)生的壓差ΔP=P1-P2

也越大，流量與ΔP呈互為對應的關(guān)系，只要用差壓計測出孔板前后的壓差ΔP，就能確定流量

。2、測量原理流量方程式忽略1-1，2-2截面間的能量損失

∵1）縮脈的具體位置無法確定，用開孔面積A0代替A22）兩截面間的阻力損失存在。其中：C0=f（取壓方式、直徑比m、Re、ε/d）查圖，采用試差法，確定α。流量系數(shù)對于氣體和蒸氣，考慮流體流經(jīng)孔板時由于壓力降低引起的氣體體積的增大εｋ：氣體膨脹系數(shù)，是壓差比、絕熱指數(shù)κ、面積比A0/A1的函數(shù)；可查。3、特點可測氣體及液體流量，簡單方便，阻力較大，是變壓降（變阻力）流量計。4、安裝上下游需要一段內(nèi)徑不變的直徑作為穩(wěn)定段，上游長度至少為管徑的５０倍，下游長度為管徑的１０倍。5、文丘里流量計用漸縮漸擴管代替阻力大的孔板，減少流體流經(jīng)孔板時的能量損失。Cv值一般為0.98～0.99

優(yōu)點：能量損失小。各部分尺寸要求嚴格，加工復雜，造價較高。比托管，孔板、文丘里流量計：恒截面變壓差（變阻力）流量計，人為設置阻力構(gòu)件，造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)性方程關(guān)聯(lián)壓降與流速、流量的關(guān)系。三、轉(zhuǎn)子流量計1、結(jié)構(gòu)

上粗下細的錐形玻璃管（錐角約在4°左右）；固體轉(zhuǎn)子（或稱浮子）；流體自玻璃管底部流入，經(jīng)過轉(zhuǎn)子和管壁之間的環(huán)隙，再從頂部流出。轉(zhuǎn)子受力平衡時：轉(zhuǎn)子最大直徑處的截面積轉(zhuǎn)子體積轉(zhuǎn)子密度流體密度2、原理根據(jù)連續(xù)性方程及機械能衡算方程，

AR—環(huán)隙的截面積

CR—轉(zhuǎn)子的流量系數(shù)（由實驗測定）3、特點變截面流量計恒壓降式，可測量非渾濁液體及氣體流量，能量損失小，結(jié)構(gòu)簡單，可直接讀流量，測量范圍較寬，玻璃制品，不耐高壓。4、流量計的刻度換算出廠前刻度標定：20℃水，或20℃，1atm空氣其它條件使用，需換算5、安裝應嚴格保持垂直6、讀數(shù)讀轉(zhuǎn)子最大截面處的刻度。流體輸送機械1、流體輸送機械：為流體提供能量的機械。2、分類：按輸送的流體分類

輸送液體：泵輸送氣體：風機、壓縮機按工作原理分類

離心式、往復式、旋轉(zhuǎn)式及流體動力作用式。3、重點：

流體輸送機械的作用原理、基本構(gòu)造與性能及有關(guān)計算，以達到能正確選擇和使用的目的。1.7離心泵特點：適用于不同種類液體的輸送，輸送流量大、適用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、操作平穩(wěn)、維修方便。一、離心泵工作原理1、結(jié)構(gòu)泵殼泵軸葉輪葉片吸入管排出管底閥2、工作原理啟動前，泵殼內(nèi)灌滿液體啟動后，泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片間的液體隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，液體從葉輪中心進口處被甩到葉輪外圍，蝸殼截面逐漸擴大，大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，液體以較高的壓力輸送出去。葉輪中心液體被甩出后，泵殼的吸入口形成一定的真空，利用大氣壓和真空度之間的壓力差，把液體壓入。3、注意防止氣縛現(xiàn)象

氣縛：若離心泵在啟動前未充滿液體，泵殼內(nèi)存在空氣，由于空氣密度小，所產(chǎn)生的離心力很小，在吸入口所形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)，雖啟動泵，不能輸送液體。

措施：啟動前泵內(nèi)必須灌滿液體。二、離心泵的主要部件（一）葉輪按結(jié)構(gòu)分類：開式葉輪：無蓋板，適于輸送含較多固體的懸浮液半開式葉輪：無前蓋板有后蓋板，適于輸送含較多固體顆粒和雜質(zhì)的液體閉式葉輪：有前后蓋板，流道是封閉的，適用于高揚程，輸送潔凈的液體。（二）泵殼

收集和導出液體，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

(三)軸封裝置三、離心泵的主要性能參數(shù)

1、主要性能參數(shù)：流量、壓頭（揚程）、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、汽蝕余量2、流量Q

單位時間內(nèi)泵輸送的液體體積。

單位：m3/s、m3/min、m3/h3、壓頭H（揚程）

定義：單位重量液體流經(jīng)泵后所獲得的能量單位：Ｊ／Ｎ、m影響因素：泵的結(jié)構(gòu)（如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況等）、轉(zhuǎn)速及流量理論壓頭----理想情況下單位重量液體所獲得的能量稱為理論壓頭，用H表示。實際壓頭H實際壓頭比理論壓頭要小。壓頭的確定（實驗法）pM—壓力表讀數(shù)（表壓），N/m2；pV

—真空表讀數(shù)（負表壓值），N/m2；u1、u2—吸入管、壓出管中液體的流速，m/s；ΣHf—兩截面間的壓頭損失，m。由于兩截面之間管路很短，壓頭損失∑Hf可忽略不計4、功率

有效功率Ne：單位時間內(nèi)液體從泵中葉輪所獲得的有效能量。

軸功率N：電動機傳給泵軸的功率式中Ne—泵的有效功率，W；

Q—泵的流量，m3/s；

H—泵的壓頭，m

；

ρ—液體的密度，kg/m3；

g—重力加速度，m/s2

5、效率η

反映液體在泵內(nèi)流動過程中的各種能量損失。水力損失、容積損失、機械損失水力損失ηh

：實際流體在葉片間和泵殼通道內(nèi)流動將損失一部分機械能容積損失ηv

：泵內(nèi)部分高壓液體泄漏到低壓區(qū)，使排出的液體流量小于流經(jīng)葉輪的流量，造成功率損失機械損失ηm

：泵軸與軸承之間的摩擦，泵軸密封處的摩擦等造成的功率損失四、離心泵的特性曲線1、特性曲線

H、N、η與Q之間的關(guān)系曲線通常指額定轉(zhuǎn)數(shù)和1工程大氣壓（10mH2O），20℃清水，產(chǎn)品樣本中常附有。H~Q曲線：Q↑，H↓N~Q曲線：Q↑，N↑；關(guān)閥啟動（Q=0），保護電機，停泵時先關(guān)出口閥以防止高壓液體倒流損壞葉輪。η~Q曲線：存在效率最高點，為泵的設計工作點取最高效率以下7%范圍內(nèi)為高效區(qū)。離心泵最高效率點為額定點，對應的流量為額定流量。泵在銘牌上所標明的是最高效率下的流量，壓頭和功率；離心泵產(chǎn)品目錄和說明書上常常注明最高效率區(qū)的流量、壓頭和功率的范圍等。1）、液體黏度和密度的影響密度影響：

Q與ρ無關(guān)

H與ρ無關(guān)；η與ρ無關(guān)

N∝ρ2離心泵性能曲線的影響因素，N~Q曲線上移。黏度的影響：

μ↑→u↓，Q↓

μ↑→流體的流動摩擦損失↑，H↓μ↑→葉輪的蓋板與流體間的摩擦損失↑→N↑→η↓實驗表明，當<20倍清水的黏度（20℃

）時，對特性曲線的影響很小，可忽略不計。2）、離心泵轉(zhuǎn)速對特性曲線的影響當效率不變時比例定律當泵的轉(zhuǎn)速變化小于20%時，效率基本不變

3）、葉輪直徑對特性曲線的影響當外徑D的減小量＜5﹪，泵的效率不變切割定律

五、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)1、管路特性曲線

1-1、2-2截面間的伯努利方程與Q無關(guān)，令為H0對于特定的管路系統(tǒng)，l、le、d為定值，湍流時摩擦系數(shù)λ的變化也很小令k：管路特性系數(shù)，與管路長度、管徑、摩擦系數(shù)、局部阻力系數(shù)有關(guān)k大：高阻力管路k小：低阻力管路2、工作點工作點（dutypoint）：流量Q與壓頭Ｈ，既是管路系統(tǒng)所要求，又是離心泵所能提供的；若該點所對應效率在最高效率區(qū)，則該工作點是適宜的。3、流量調(diào)節(jié)

通過改變管路特性曲線或泵的特性曲線，改變工作點，調(diào)節(jié)流量。改變管路特性曲線——調(diào)節(jié)閥門開度：關(guān)小或開大閥門，增大或減小管路阻力，改變管路特性曲線。特點：閥門調(diào)節(jié)方便，廣泛被采用；關(guān)小閥門使阻力增加，消耗更多能量以克服阻力，不經(jīng)濟。

改變泵的特性曲線改變泵的轉(zhuǎn)速：沒有節(jié)流引起的附加能量損失，比較經(jīng)濟；用變頻器等設備可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)，克服了以往轉(zhuǎn)速難以連續(xù)調(diào)節(jié)的缺點，使其應用前景廣泛。切割葉輪直徑

減少葉輪直徑，使泵的流量變小并降低能耗，但可調(diào)節(jié)范圍不大，難以做到流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，且直徑減小不當還會降低泵的效率，實際生產(chǎn)中很少采用。

離心泵的并聯(lián)操作

當一臺泵的流量不夠時，可以用兩臺泵并聯(lián)操作，以增大流量。特點：使低阻力管路系統(tǒng)的流量增加較多，高阻力管路系統(tǒng)流量增加較少。

當生產(chǎn)上需要提高泵的壓頭時，可以將泵串聯(lián)使用。

離心泵的串聯(lián)操作串聯(lián)操作較適用于高阻管路。

六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度1、汽蝕現(xiàn)象

當葉輪入口最低壓力p1降到液體在該處溫度下的飽和蒸汽壓pv時，液體將有部分汽化，小汽泡隨液體流到葉輪內(nèi)壓力高于pv區(qū)域，小汽泡會突然破裂，其中的蒸氣會迅速凝結(jié)，周圍的液體將以高速沖向剛消失的汽泡中心，造成很高的局部沖擊壓力，沖擊葉輪，發(fā)生噪音，引起震動。金屬表面受到壓力大、頻率高的沖擊而剝蝕，使葉輪表面呈現(xiàn)海綿狀的破壞，這種現(xiàn)象稱為“汽蝕”（Cavitation）。

低壓區(qū)→產(chǎn)生氣泡→高壓區(qū)→氣泡破裂→產(chǎn)生局部真空→水力沖擊→發(fā)生振動、噪音，對部件產(chǎn)生麻點、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。葉片表面產(chǎn)生蜂窩狀腐蝕；泵體震動，并發(fā)出噪音（600~25000Hz）；流量、壓頭、效率都明顯下降；嚴重時甚至吸不上液體。為避免汽蝕的發(fā)生，泵的安裝高度不能太高。汽蝕的危害：1）汽蝕余量

NPSH（netpostivesuctionhead)：凈正吸入壓頭2、汽蝕余量2）臨界汽蝕余量(NPSH)c

發(fā)生汽蝕的臨界條件：葉輪入口處附近的最低壓強等于液體的飽和蒸汽壓Pv，泵入口處的壓強必等于某確定的最小值P1，min

在泵入口處1和葉輪入口處附近K截面列柏努利方程

(NPSH)c=實驗測定：用20℃清水測定。以泵的揚程較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標志，測定泵剛好發(fā)生汽蝕時的p1即可。理論計算：3）必須汽蝕余量(NPSH)r(NPSH)r=(NPSH)c+0.3m3、離心泵的允許安裝高度1）安裝高度Hg：在吸液池液面a-a’截面和進口管路上的1-1截面間列柏努利方程2）最大安裝高度Hg,max

3）允許安裝高度

規(guī)定：實際汽蝕余量比還要大0.5m以上，即泵的實際安裝高度Hg比低0.5m。

4、允許吸上真空高度HsHs：泵入口處壓力P1可允許達到的最高真空度七、離心泵的種類、型號、選用及操作1、離心泵的類型清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵1）清水泵：用于工業(yè)生產(chǎn)，輸送物理、化學性質(zhì)與清水類似的液體。泵的標準

IS

50-32-250

國際標準單級單吸清水離心泵泵的吸入口直徑，mm泵排出口直徑，mm泵葉輪的名義尺寸，mm2）耐腐蝕泵

輸送酸、堿、鹽等腐蝕性液體時，需用耐腐蝕泵。

F單級單吸式離心泵使用較多，近年來已推出許多新產(chǎn)品。3）油泵對密封性要求高，以免易燃液體泄漏。

Y型油泵使用較多。4）液下泵

葉輪由加長的泵軸伸入到液體貯槽內(nèi)，軸封要求不高、可用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體。液下泵的型號有“FY”。5）屏蔽泵無密封泵，葉輪與電機連為一體，密封在泵殼內(nèi)，無需軸封裝置，可用于輸送易燃易爆、劇毒等液體，效率較低。2、選擇步驟：確定所需的壓頭，功率根據(jù)具體的管路布置條件和工藝規(guī)定的流量計算出壓頭，功率。確定離心泵的類型及型號根據(jù)輸送液體的性質(zhì)，選擇合適類型的離心泵。根據(jù)所需的壓頭，流量，功率選擇滿足要求的型號。校核型號確定后，通過計算校核所選的泵是否滿足要求。1.8其他類型泵一、往復泵原理：利用活塞的往復運動，將能量傳遞給液體，以完成液體輸送任務。特點：輸送流體的流量只與活塞的位移有關(guān)，與管路無關(guān)；壓頭只與管路情況有關(guān)，具有這種特性的泵稱為正位移泵。使用：適于壓力高、流量小、黏度大的液體輸送。1、往復泵的工作原理活塞運動左→右：泵內(nèi)形成低壓，排出閥受壓而關(guān)閉，吸入閥被泵外液體的壓力推開，將液體吸入；右→左：泵內(nèi)液體壓力增大，吸入閥受壓而關(guān)閉，排出閥開啟，液體被排出。死點：活塞左右移動的頂點沖程：兩死點之間的活塞行程（活塞運動的距離）2、往復泵的類型1）單動泵：間歇排液，流量不均勻2）雙動泵3）三聯(lián)泵3、往復泵的輸液量和流量調(diào)節(jié)1）理論流量QT：單動泵QT=ASnr/60雙動泵QT=(2A-a)Snr/60

A—活塞面積，m2；D—活塞直徑，m；

S—活塞的種程，m；n—活塞往復的次數(shù)，1/mina—活塞桿截面積，m22）實際流量Q

由于吸入閥和排出閥啟、閉滯后的漏液，填料處漏液，實際流量小于理論流量。

ηV：容積效率4、往復泵的特性曲線和工作點

QT=常數(shù)5、流量調(diào)節(jié)

旁路調(diào)節(jié)改變電機轉(zhuǎn)速121-旁路閥2-安全閥與離心泵比較：-----具有自吸能力，不必灌液

----安裝高度也受限制，但無汽蝕現(xiàn)象啟動前是否需要灌液？安裝高度是否有限制？流量Q與壓頭H關(guān)系？-----流量與壓頭幾乎無關(guān)

與離心泵比較：輸液量均勻性？連續(xù)性？流量調(diào)節(jié)方法？----輸液量不均勻、不連續(xù)

----流量調(diào)節(jié)不可用出口閥門調(diào)節(jié)方法。

適用于小流量、高壓頭的情況下輸送高粘度的液體。效率高，通常為7293%。離心泵應用范圍最廣。特別適用于化工生產(chǎn)的原因是它的流量均勻而易于調(diào)節(jié)，又能輸送有腐蝕性、含懸浮物的液體。往復泵往復泵只宜在壓頭高、流量也較大的情況下使用。與離心泵比較：二、齒輪泵1）結(jié)構(gòu)：主動輪：由電機帶動從動輪：與主動輪相嚙合而轉(zhuǎn)動2）原理：在泵的吸入口，兩齒輪的齒向兩側(cè)撥開，形成了低壓區(qū)而將液體吸入，齒輪旋轉(zhuǎn)時，液體分為兩路沿泵內(nèi)壁，被齒輪嵌住，隨齒輪轉(zhuǎn)動到達排出空間，在排出端兩齒輪的齒相互合攏，形成高壓區(qū)將液體排出。3）使用：可產(chǎn)生很高的壓頭，流量較小，適宜于輸送粘稠液體，但不能輸送含固體顆粒的懸浮液。齒輪泵三、螺桿泵

1）結(jié)構(gòu)：螺桿泵主要有泵殼和螺桿構(gòu)成，2）原理：螺桿在具有內(nèi)螺紋的泵殼中偏心轉(zhuǎn)動，將液體沿軸向推進，由排出口排出。3）使用：壓頭高、效率高、噪音低，適用于輸送高粘度液體。

1-吸入口2-螺桿3-泵殼

4-壓出口四、旋渦泵特殊類型的離心泵1）結(jié)構(gòu)：由葉輪和泵殼組成，葉輪是一個四周銑有凹槽的圓盤，凹槽構(gòu)成輻射狀的葉片，2）原理：葉輪旋轉(zhuǎn)時，泵內(nèi)液體隨之旋轉(zhuǎn)，在流道和葉片間反復運動并獲得能量，間壁和葉輪的縫隙很小，泵的吸入口和排出口由與葉輪間隙很小的間壁分開。3）使用：啟動前要灌泵。1-葉輪2-葉片3-泵殼4-流道5-間壁

五、軸流泵1）結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)軸、螺旋槳行葉片2）原理：軸流泵通過液體對葉片作繞流運動后在葉輪兩側(cè)所形成的壓差提供壓頭。3）使用：提供給液體的壓頭較小，但是輸送量很大，適用于大流量、低壓頭的液體的輸送。軸流泵1-吸入室2-葉片3-導葉4-泵體5-出水彎管1.9氣體輸送機械1、壓縮比壓縮比=氣體排出壓力/吸入壓力（絕對壓力）2、分類