目錄

第一章流體流動(dòng)與輸送設(shè)備..................................................(3)

第一節(jié)流.....................................................(3)

第二節(jié)流彳物將.....................................................(5)

第三節(jié)管IA1OW*..........................................(7)

第四節(jié)流體流動(dòng)阻力....................................................(8)

第五節(jié)管路第.......................................................(11)

第六節(jié)流..............................................(in

第七節(jié)流彳4?..............................................(13)

第二章非均相物系分離.......................................................(21)

第一節(jié)腳.............................................................(21)

第二節(jié)廨搟........................................................(22)

第三節(jié)過后.............................................................(25)

第四節(jié)遞般蟋.................................................(27)

第三章傳熱................................................................(28)

第一節(jié)概述...............................................................(28)

第二節(jié)熱傳導(dǎo).............................................................(28)

第三節(jié)對(duì)流傳熱.............................................................(30)

第四節(jié)傳熱計(jì)算............................................................(30)

第五節(jié)對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式................................................(31)

第六節(jié)輻射傳熱...........................................................(34)

第七節(jié)換熱器.............................................................(35)

第四章蒸發(fā)..................................................................(37)

第一節(jié)睚................................................................(37)

第二節(jié)轍(37)

第三節(jié)皴皴...........................................................(40)

第四節(jié)蒸發(fā)設(shè)備...........................................................(41)

第五章氣體吸收............................................................(42)

第一節(jié)概述..............................................................(42)

第二節(jié)翎(45)

第三節(jié)雎目像...........................................................(46)

第四節(jié)相際對(duì)流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程.......................................(49)

第五節(jié)吸收塔的計(jì)算.........................................................(51)

第六節(jié)填料塔..............................................................(58)

第六章蒸儲(chǔ)..................................................................(60)

第一節(jié)概述................................................................(60)

第二節(jié)雙組分物系的氣液相平衡.............................................(60)

第三節(jié)簡單蒸儲(chǔ)和平衡蒸儲(chǔ)..................................................(62)

第四節(jié)精鐳................................................................(63)

第五節(jié)雙組分連續(xù)精儲(chǔ)的計(jì)算................................................(63)

第六節(jié)間歇精儲(chǔ)............................................................(67)

第七節(jié)恒沸精儲(chǔ)與萃取精偏..................................................(67)

第八節(jié)板式塔..............................................................(67)

第九節(jié)過程的強(qiáng)化與展望....................................................(69)

第七章干燥................................................................(71)

第一節(jié)概述................................................................(71)

第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖...............................................(71)

第三節(jié)干燥過程的物料衡算與熱量衡算.......................................(73)

第四節(jié)干燥速率和干燥時(shí)間..................................................(75)

第五節(jié)干燥器..............................................................(76)

第六節(jié)過程強(qiáng)化與展望......................................................(78)

第一章流體流動(dòng)與輸送設(shè)備

第一節(jié)流體靜力學(xué)

流體靜力學(xué)主要研究流體處于靜止時(shí)各種物理量的變化規(guī)律。

1-1-1密度

單位體積流體的質(zhì)量，稱為流體的密度。

夕=/（P，T）

液體密度一般液體可視為不可壓縮性流體，其密度基本上不隨壓力變化，但隨溫度變

化，變化關(guān)系可從手冊(cè)中查得。

液體混合物的密度由下式計(jì)算：

1a,a、a?

-------=--H--I---------1-

PmP\----Pl--------Pn

式中，/為液體混合物中i組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

氣體密度氣體為可壓縮性流體，當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方

程計(jì)算

P="

RT

?般在手冊(cè)中查得的氣體密度都是在一定壓力與溫度下的數(shù)值，若條件不同，則此值需

進(jìn)行換算。

氣體混合物的密度由下式計(jì)算：

式中，R為氣體混合物中i組分的體積分?jǐn)?shù)。

或

RT

其中Mm+M2y2+…+

式中，以為氣體混合物中各組分的摩爾分率。對(duì)于理想氣體，其摩爾分率y與體積分?jǐn)?shù)。相

同。

1-1-2壓力

流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，乂稱為壓力。在靜止流體中，作

用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。

壓力的單位

（1）按壓力的定義，其單位為N/n?,或Pa；

（2）以流體柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的換算關(guān)系：

5

latm=1.013X10Pa=760mmHg=10.33mH2O

壓力的表示方法

表壓=絕對(duì)壓力一大氣壓力

真空度=大氣壓力一絕對(duì)壓力

1-1-3流體靜力學(xué)基本方程

靜力學(xué)基本方程：

壓力形式p2=+pg（Zt-z2）

能量形式+Z]g=*■+Z2g

pp

適用條件：在重力場中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮流體。

（1）在重力場中，靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)的靜壓力與該點(diǎn)所在的垂直位置及流體的密度有

關(guān)，而與該點(diǎn)所在的水平位置及容器的形狀無關(guān)。

（2）在靜止的、連續(xù)的同種液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力處處相等。液面上方

壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。

（3）物理意義：靜力學(xué)基本方程反映了靜止流體內(nèi)部能量守恒與轉(zhuǎn)換的關(guān)系，在同一靜

止流體中，處在不同位置的位能和靜壓能各不相同二者可以相互轉(zhuǎn)換，但兩項(xiàng)能量總和恒為

常量。

應(yīng)用：

1.壓力及壓差的測量

（1）U形壓差計(jì)

P「P2=（PLP）gR

若被測流體是氣體，可簡化為

P\-Pi-RgPo

U形壓差計(jì)也可測量流體的壓力，測量時(shí)將U形管一端與被測點(diǎn)連接，另一端與大氣相

通，此時(shí)測得的是流體的表壓或真空度。

(2)倒U形壓差計(jì)

p「P2=Rg〈P-PMRgp

(3)雙液體U管壓差計(jì)

Pi-Pi=Rg。-Pc)

2.液位測量

3.液封高度的計(jì)算

第二節(jié)流體動(dòng)力學(xué)

1-2-1流體的流量與流速

一、流量

33

體積流量Vs單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積，m/s或m/h?

質(zhì)量流量ms單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量，kg/s或kg/h。

二、流速

平均流速w單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離，m/so

質(zhì)量流速G單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量，kg/(m2.s)o

相互關(guān)系:

質(zhì)量流量/nskg/s}ms=VsP

nis=GA=冗d2G/4

體積流量Vm3/s

sVs=uA=nd?u/4

}

質(zhì)量流速Gkg/(m2.s)

(平?均)流速um/sG=uP

1-2-2定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)

流體流動(dòng)系統(tǒng)中，若各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時(shí)間

變化，這種流動(dòng)稱之為定態(tài)流動(dòng)；若流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時(shí)間

變化，則稱為非定態(tài)流動(dòng)。

1-2-3定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量守恒——連續(xù)性方程

/nsi=/nS2=…=常數(shù)

W|PiA1=u2p2A2—??二常數(shù)

)二常數(shù)(不可壓縮流體)

匕1=匕2=.,=常數(shù)

W|A,=U2A2=3=常數(shù)

1

"3；=u2d}='??=■常數(shù)

1-2-4定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒——柏努利方程

一、實(shí)際流體的柏努利方程

以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)：

Z|gH—u?~+W=Z2g—“，~+—+ZWfJ/kg

2pe2p

以單位重量流體為基準(zhǔn)：

7]H---U|-+Pi+H3—Z2''----“丁H--——FS/ifJ/N=m

2gpg2g-pg

適用條件：（1）兩截面間流體連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)；

（2）適于不可壓縮流體，如液體；

對(duì)于氣體，當(dāng)心二空〈20%，可用兩截面的平均密度0m計(jì)算。

Pi

二、理想流體的柏努利方程

理想流體是指沒有黏性（即流動(dòng)中沒有摩擦阻力）的不可壓縮流體。

12P12P

Z|g+”+-t=zg+-u+—2

2p22p2

12Pt12Pl

Z|+丁"l+—=72+丁02+一

2gpg2gpg

表明理想流體在流動(dòng)過程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)，

三、柏努利方程的討論

（1）當(dāng)系統(tǒng)中的流體處于靜止時(shí)，柏努利方程變?yōu)?/p>

Zrg+—=Zg+—

P2P

上式即為流體靜力學(xué)基本方程式。

（2）在柏努利方程式中，zg、-u\"分別表示單位質(zhì)量流體在某截面上所具有的位

2P

能、動(dòng)能和靜壓能；而此、￡明是指單位質(zhì)量流體在兩截面間獲得或消耗的能量。

輸送機(jī)械的有效功率：P.=msWe

輸送機(jī)械的軸功率：P="

四、柏努利方程的應(yīng)用

應(yīng)用柏努利方程時(shí)需注意的問題：

(1)截面的選取

所選取的截面應(yīng)與流體的流動(dòng)方向相垂直，并且兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)。截面

宜選在已知量多、計(jì)算方便處。截面的物理量均取該截面上的平均值。

(2)基準(zhǔn)水平面的選取

基準(zhǔn)水平面可以任意選取，但必須與地面平行。為計(jì)算方便，宜于選取兩截面中位置較

低的截面為基準(zhǔn)水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選管中心線的水

平面。

(3)計(jì)算中要注意各物理量的單位保持一致，對(duì)于壓力還應(yīng)注意表示方法一致。

第三節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象

1-3-1流體的黏度

一、牛頓黏性定律

牛頓黏性定律表明流體在流動(dòng)中流體層間的內(nèi)摩擦力或剪應(yīng)力與法向速度梯度之間的關(guān)

系，其表達(dá)式為

〃，d"du

F=uA~-或T=u——

dydy

牛頓黏性定律適用于層流。

黏度是度量流體黏性大小的物理量，?般由實(shí)驗(yàn)測定。

物理意義：促使流體在與流動(dòng)相垂直方向上產(chǎn)生單位速度梯度時(shí)的剪應(yīng)力。

單位：Pa-s,cPlcP=l(y3pa-s

影響因素：溫度與壓力

液體：T\,不考慮p的影響。

氣體Pt；一般在工程計(jì)算中也不考慮p的影響。

剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓黏性定律的流體，稱為牛頓型流體：不符合牛頓黏性

定律的流體稱為非牛頓型流體。

運(yùn)動(dòng)黏度為黏度〃與密度0的比值，單位為n?/s,也是流體的物理性質(zhì)。

1-3-2流體的流動(dòng)型態(tài)

一、流體流動(dòng)類型

層流(或滯流)流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，流體分為若干層平行向

前流動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；

湍流(或紊流)流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在

大小和方向上都隨時(shí)發(fā)生變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。

二、流型判據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)

&=也^(1-28)

Re為無因次準(zhǔn)數(shù)，是流體流動(dòng)類型的判據(jù)。

(1)當(dāng)&W2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；

(2)當(dāng)Re24000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；

(3)當(dāng)2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡

區(qū)。

根據(jù)Re準(zhǔn)數(shù)的大小將流動(dòng)分為三個(gè)區(qū)域：層流區(qū)、過渡區(qū)、湍流區(qū)，但流動(dòng)類型只有兩

種：層流與湍流。

雷諾準(zhǔn)數(shù)物理意義：表示流體流動(dòng)中慣性力與黏性力的對(duì)比關(guān)系，反映流體流動(dòng)的湍動(dòng)

程度。

1-3-3流體在圓管內(nèi)的速度分布

一、層流時(shí)的速度分布

由實(shí)驗(yàn)和理論已證明，層流時(shí)的速度分布為拋物線形狀，管中心處速度為最大，管壁處

速度為零。管截面上的平均速度與中心最大流速之間的關(guān)系為

1

U=5〃max

二、湍流時(shí)的速度分布

湍流時(shí)速度分布由實(shí)驗(yàn)測定，管中心區(qū)速度最大，管壁處速度為零。管截面上的平均速

度與中心區(qū)最大流速之間的關(guān)系為

ux

0.8”max

三、層流內(nèi)層的概念

當(dāng)流體在管內(nèi)處于湍流流動(dòng)時(shí)，由于流體具有黏性和壁面的約束作用，緊靠壁面處仍有一

薄層流體作層流流動(dòng)，該薄層稱為層流內(nèi)層(或?qū)恿鞯讓?，

層流內(nèi)層為傳遞過程的主要阻力。其厚度與流體的湍動(dòng)程度有關(guān)，流體的湍動(dòng)程度越高,

層流內(nèi)層越薄。層流內(nèi)層只能減薄，但不能消失。

第四節(jié)流體流動(dòng)阻力

1-4-1流體在直管中的流動(dòng)阻力

一、直管阻力的通式

范寧公式的幾種形式：

/2

能量損失W=2--

ra2

,.1w2

%=—=4----

壓頭損失sd2g

壓力損失Apf=pWf=大《咚~

d2

二、層流時(shí)的摩擦系數(shù)

層流時(shí)摩擦系數(shù)八是雷諾數(shù)Re的函數(shù)

人竺

Re

流體在直管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)能量損失的計(jì)算式為

32〃“

嗎

pd

或Apr=必坐——哈根-泊謖葉方程

d-

表明層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比。

三、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)

因次分析法主要步驟

(1)通過初步的實(shí)驗(yàn)和較系統(tǒng)的分析，找出影響過程的主要因素；

(2)通過無因次化處理，將影響因素組合成幾個(gè)無因次數(shù)群，減少變量數(shù)和實(shí)驗(yàn)工作量;

(3)建立過程的無因次數(shù)群關(guān)聯(lián)式(通常采用鼎函數(shù)形式)，通過實(shí)驗(yàn)確定出關(guān)聯(lián)式中

各待定系數(shù)。

因次分析法的基礎(chǔ)：因次一致性，即每一個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，而且每一

項(xiàng)都應(yīng)具有相同的因次。

因次分析法的基本定理：設(shè)影響某一物理現(xiàn)象的獨(dú)立變量數(shù)為n個(gè)，這些變量的基本因

次數(shù)為加個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用N=個(gè)獨(dú)立的無因次數(shù)群表示。

湍流時(shí)摩擦系數(shù)4是Re和相對(duì)粗糙度芻的函數(shù)：

d

X=以Re,4)

a

4-Re-■—圖：

d

A-MlRe,與三無關(guān)

（1）層流區(qū)Re<2000%,/if0cu

d

（2）過渡區(qū)2000<Re<4000A=f(Re,—)

d

（3）湍流區(qū)Re>4000A=f(.Re,—)Wf9hf8

d

4=/（芻）與Re無關(guān)0c2

（4）完全湍流區(qū)Re>RecW(,h(w

d

（阻力平方區(qū)）（虛線以上）

四、非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力

此時(shí)仍可用圓管內(nèi)流動(dòng)阻力的計(jì)算式，但需用非圓形管道的當(dāng)量直徑代替圓管直徑。

,“流通截面積=4x4

當(dāng)量直徑d=4x___________

,一潤濕周邊n

1-4-2局部阻力

一、阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動(dòng)能的某?倍數(shù),

2

%"5或

2g

式中，4稱為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測定。注意，計(jì)算突然擴(kuò)大與突然縮小局部阻力時(shí),

u為小管中的大速度。

進(jìn)口阻力系數(shù)，進(jìn)口=0.5,出口阻力系數(shù)如2=1。

二、當(dāng)量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為乙的直管所產(chǎn)生的阻力即

/u2

W；或h'f2e

fd2~d2g

式中/c稱為管件或閥門的當(dāng)量長度，也是由實(shí)驗(yàn)測定。

1-4-3流體在管路中的總阻力

當(dāng)管路直徑相同時(shí)，總阻力：

2嗎=嗎+%=(弓+Z?、

或Z%=Wf+

注意：計(jì)算局部阻力時(shí)，可用局部阻力系數(shù)法，亦可用當(dāng)量長度法，但不能用兩種方法

重復(fù)計(jì)算。

第五節(jié)管路計(jì)算

1-5-1簡單管路

在定態(tài)流動(dòng)時(shí)，其基本特點(diǎn)為：

(1)流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體，則體積流量也不變，即

%=匕2=匕3

(2)整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和，即

計(jì)算可分為兩類：設(shè)計(jì)型和操作型。計(jì)算中注意試差法的應(yīng)用。

1-5-2復(fù)雜管路

一、并聯(lián)管路

特點(diǎn)：

(1)主管中的流量為并聯(lián)的各支管流量之和，對(duì)于不可壓縮性流體，則有

(2)并聯(lián)管路中各支管的能量損失均相等，即

ZWfi=ZWf2=ZWf3=ZWfAB

注意：計(jì)算并聯(lián)管路阻力時(shí)，可任選一根支管計(jì)算，而絕不能將各支管阻力加和在一起

作為并聯(lián)管路的阻力。

二、分支管路與匯合管路

特點(diǎn)：

(1)總管流量等于各支管流量之和，對(duì)于不可壓縮性流體，有

(2)雖然各支管的流量不等，但在分支處。點(diǎn)的總機(jī)械能為一定值，表明流體在各支管

流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和必相等。

第六節(jié)流速與流量的測量

1-6-1測速管

測速管測得的是流體在管截面某點(diǎn)處的速度，點(diǎn)速度與壓力差的關(guān)系為:

用U形壓差計(jì)測量壓差時(shí)

2Rg(Po-P)

P

注意測速管安裝時(shí)的若干問題。

1-6-2孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)是利用流體流經(jīng)孔板前后產(chǎn)生的壓力差來實(shí)現(xiàn)流量測量。

2Rg(Po一夕)

P

2Rg(Po-p)

體積流量

P

質(zhì)量流量%=CoA</2Rgp仙-p)

式中Q為流量系數(shù)或孔流系數(shù)，=/(Re,j),常用值為C°=0.6?0.7。

孔板流量計(jì)的特點(diǎn)：恒截面、變壓差，為差壓式流量計(jì)。

1-6-3文丘里(Venturi)流量計(jì)

文丘里流量計(jì)也屬差壓式流量計(jì)，其流量方程也與孔板流量計(jì)相似，即

2Rg(P0—。)

匕=C、

P

式中Cv為文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)（約為0.98?0.99）。

文丘里流量計(jì)的能量損失遠(yuǎn)小于孔板流量計(jì)。

1-6-4轉(zhuǎn)子流量計(jì)

轉(zhuǎn)子流量計(jì)是通過轉(zhuǎn)子懸浮位置處環(huán)隙面積不同來反映流量的大小。

環(huán)隙流速“0=CR產(chǎn)仙一夕）匕1

VM

體積流量Vs=CRAR卜。

V

式中CR為流量系數(shù)，AR為轉(zhuǎn)子上端面處環(huán)隙面積。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：恒壓差、恒環(huán)隙流速而變流通面積，屬截面式流量計(jì)。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度，是用20℃的水（密度為lOOOkg/mD或20℃和101.3kPa下的空氣

（密度為IZkg/n?）進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)被測流體與上述條件不符時(shí)，應(yīng)進(jìn)行刻度換算。

在同一刻度下，兩種流體的流量為

匕2

式中下標(biāo)1表示標(biāo)定流體的參數(shù)，下標(biāo)2表示實(shí)際被測流體的參數(shù)。

注意：轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝；為便于檢修，轉(zhuǎn)子流量計(jì)應(yīng)安裝支路。

第七節(jié)流體輸送設(shè)備

1-7-1離心泵

一、離心泵的工作原理與構(gòu)造

1.工作原理離心泵啟動(dòng)前，應(yīng)先將泵殼和吸入管路充滿被輸送液體。啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)

葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液體從葉輪中心甩向外緣。流體在此過程中獲得能量，

使靜壓能和動(dòng)能均有所提高。液體離開葉輪進(jìn)入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體流

速逐漸降低，又將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的靜壓能進(jìn)一步提高，最后以

高壓沿切線方向排出。液體從葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成低壓，在貯槽液面和泵

吸入口之間壓力差的作用下，將液體吸入葉輪?？梢姡灰~輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)連續(xù)

不斷地吸入和排出，達(dá)到輸送的目的。

氣縛現(xiàn)象：離心泵啟動(dòng)前泵殼和吸入管路中沒有充滿液體，則泵殼內(nèi)存有空氣，而空氣

的密度又遠(yuǎn)小于液體的密度，故產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將

貯槽內(nèi)液體吸入泵內(nèi)，此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵，也不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象，表明

離心泵無自吸能力。因此，離心泵在啟動(dòng)前必須灌泵。

2.離心泵的主要部件

葉輪其作用為將原動(dòng)機(jī)的能量直接傳給液體，以提高液體的靜壓能與動(dòng)能（主要為靜壓

能。

泵殼具有匯集液體和能量轉(zhuǎn)化雙重功能。

軸封裝置其作用是防止泵殼內(nèi)高壓液體沿軸漏出或外界空氣吸入泵的低壓區(qū)。常用的軸

封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。

二、離心泵的性能參數(shù)與特性曲線

1.性能參數(shù)

流量Q離心泵單位時(shí)間內(nèi)輸送到管路系統(tǒng)的液體體積，m3/s或m3/h,

壓頭（揚(yáng)程）H單位重量的液體經(jīng)離心泵后所獲得的有效能量，J/N或m液柱。

效率〃反映泵內(nèi)能量損失，主要有容積損失、水力損失、機(jī)械損失。

軸功率尸離心泵的軸功率是指由電機(jī)輸入離心泵泵軸的功率，W或kW。

離心泵的有效功率凡是指液體實(shí)際上從離心泵所獲得的功率。

〃=-上X100%

P

-QHP,(1kw=102kgm/s)

泵的有效功率：P。=QHpg或Pc

102

=QHpg_QHp

泵的軸功率為P或P二

7~102/7

2.特性曲線

圖心泵特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下，用20C水測定，由從。、P-Q,〃-Q三條曲線組成。

（1）曲線：離心泵的壓頭在較大流量范圍內(nèi)隨流量的增大而減小。不同型號(hào)的離心

泵，。曲線的形狀有所不同。

（2）P-Q曲線：離心泵的軸功率隨流量的

增大而增大，當(dāng)流量。=0時(shí)，泵軸消耗的功率

最小。因此離心泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥門，使啟

動(dòng)功率最小，以保護(hù)電機(jī)。

（3）〃-。曲線：開始泵的效率隨流量的增大而增大，達(dá)到一最大值后，又隨流量的增加

而下降。這說明離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，該點(diǎn)稱為離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。一般離心

泵出廠時(shí)銘牌上標(biāo)注的性能參數(shù)均為最高效率點(diǎn)下之值。高效率區(qū)通常為最高效率的92%左

右的區(qū)域。

3.影響離心泵性能的主要因素

密度：ot-。不變，”不變，〃基本不變，Pt；

黏度：〃tfQJ,Hl,n\,Pt;

轉(zhuǎn)速：比例定律義="；區(qū)=（"尸；&"-

Q2n2H2n2P2n2

葉輪直徑：切割定律上=幺；幺=（幺）2；乙=（必）3

Q2D2H2D2P2D2

三、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)

1.管路特性曲線

管路特性曲線表示在特定的管路系統(tǒng)中，輸液量與所需壓頭的關(guān)系，反映了被輸送液體對(duì)

輸送機(jī)械的能量要求。

管路特性方程H^A+BQ2

.，即八，8/+Z/,

其中A—----->B—A----------

Pg無Xd

管路特性曲線僅與管路的布局及操作條件有關(guān)，而與泵

的性能無關(guān)。曲線的截距4與兩貯槽間液位差&及操作壓

力差即有關(guān)，曲線的陡度8與管路的阻力狀況有關(guān)。高阻力管路系統(tǒng)的特性曲線較陡峭，低

阻力管路系統(tǒng)的特性曲線較平坦。

2.工作點(diǎn)

泵安裝在特定的管路中，其特性曲線H-Q與管路特性曲線He-Q的交點(diǎn)稱為離心泵的工作

點(diǎn)。若該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的效率在離心泵的高效率區(qū)，則該工作點(diǎn)是適宜的。

工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量與壓頭，可利用圖解法求取，也可由

「管路特性方程："e=/（Q）

I泵特性方程:H=（KQ）

聯(lián)立求解。

3.流量調(diào)節(jié)

(1)改變管路特性曲線

最簡單的調(diào)節(jié)方法是在離心泵排出管線上安裝調(diào)節(jié)閥。改變閥門的開度，就是改變管路

的阻力狀況，從而使管路特性曲線發(fā)生變化。

這種改變出口閥門開度調(diào)節(jié)流量的方法，操作簡便、靈活，流量可以連續(xù)變化，故應(yīng)用

較廣，尤其適用于調(diào)節(jié)幅度不大，而經(jīng)常需要改變流量的場合。但當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，不僅增加

了管路的阻力，使增大的壓頭用于消耗閥門的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，經(jīng)濟(jì)上

不合理。

(2)改變泵特性曲線

通過改變泵的轉(zhuǎn)速或直徑改變泵的性能。由于切削葉輪為詼性調(diào)節(jié)，因而通常采用改

變泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。

這種調(diào)節(jié)方法，不額外增加阻力，且在一定范圍內(nèi)可保持泵在高效率下工作，能量利用

率高。

4.離心泵的組合操作

(1)并聯(lián)操作

兩泵并聯(lián)后，流量與壓頭均有所提高，但由于受管路特性曲線制約，管路阻力增大，兩

臺(tái)泵并聯(lián)的總輸送量小于原單泵輸送量的兩倍。

(2)串聯(lián)操作

兩泵串聯(lián)后，壓頭與流量也會(huì)提高，但兩臺(tái)泵串聯(lián)的總壓頭仍小于原單泵壓頭的兩倍。

(3)組合方式的選擇

如果單臺(tái)泵所提供的最大壓頭小于管路兩端(Az+包)，則只能采用串聯(lián)操作。

Pg

對(duì)于低阻輸送管路，并聯(lián)組合優(yōu)于串聯(lián)；而對(duì)于高阻輸送管路，串聯(lián)組合優(yōu)于并聯(lián)。

四、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度

1.汽蝕現(xiàn)象

汽蝕現(xiàn)象是指當(dāng)泵入口處壓力等于或小于同溫度下液體的飽和蒸氣壓時(shí)，液體發(fā)生汽化,

氣泡在高壓作用下，迅速凝聚或破裂產(chǎn)生壓力極大、頻率極高的沖擊，泵體強(qiáng)烈振動(dòng)并發(fā)出

噪聲，液體流量、壓頭(出口壓力)及效率明顯下降。這種現(xiàn)象稱為離心泵的汽蝕。

2.汽蝕余量

實(shí)際汽蝕余量NPSH=&+巴--旅

Pg2gps

2

允許汽蝕余量(NPSH)=&L+巧--區(qū)

Pg2gpg

(NPS〃)允般由泵制造廠通過汽蝕實(shí)驗(yàn)測定。泵正常操作時(shí)，實(shí)際汽蝕余量NPS〃必

須大于允許汽蝕余量(NPS")允，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定應(yīng)大于0.5m以上。

3.離心泵的允許安裝高度

離心泵的允許安裝高度是指貯槽液面與泵的吸入口之間所允許的垂直距離。

3允=馬二""允—訪g

P8

根據(jù)離心泵樣本中提供的允許汽蝕余量(NPS")允，即可確定離心泵的允許安裝高度。

實(shí)際安裝時(shí)，為安全計(jì)，應(yīng)再降低0.5?1m。

判斷安裝是否合適：若"g實(shí)低于"g允，則說明安裝合適，不會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，否則，需

調(diào)整安裝高度。

欲提高泵的允許安裝高度，必須設(shè)法減小吸入管路的阻力。泵在安裝時(shí)，應(yīng)選用較大的

吸入管路，管路盡可能地短，減少吸入管路的彎頭、閥門等管件，而將調(diào)節(jié)閥安裝在排出管

線上。

五、離心泵的類型與選用

1.離心泵的類型

按輸送液體性質(zhì)和使用條件，離心泵可分為以下幾種類型：

(1)清水泵：適用于輸送各種工'也用水以及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的其它液體。

(2)耐腐蝕泵：用于輸送酸、堿、濃氨水等腐蝕性液體。

(3)油泵：用于輸送石油產(chǎn)品。

(4)液下泵：通常安裝在液體貯槽內(nèi)，可用于輸送化工過程中各種腐蝕性液體。

(5)屏蔽泵：用于輸送易燃易爆或劇毒的液體。

2.離心泵的選用

基本步驟：

(1)確定輸送系統(tǒng)的流量和壓頭

一般液體的輸送量由生產(chǎn)任務(wù)決定。如果流量在一定范圍內(nèi)變化，應(yīng)根據(jù)最大流量選泵,

并根據(jù)情況，計(jì)算最大流量下的管路所需的壓頭。

(2)選擇離心泵的類型與型號(hào)

根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)及操作條件，確定泵的類型；再按已確定的流量和壓頭從泵樣本

中選出合適的型號(hào)。若沒有完全合適的型號(hào)，則應(yīng)選擇壓頭和流量都稍大的型號(hào)；若同時(shí)有

兒個(gè)型號(hào)的泵均能滿足要求，則應(yīng)選擇其中效率最高的泵。

(3)核算泵的軸功率

若輸送液體的密度大于水的密度，則要核算泵的軸功率，以選擇合適的電機(jī)。

1-7-2其它類型化工用泵

一、往復(fù)式泵

1.往復(fù)泵

(1)往復(fù)泵的構(gòu)造及工作原理

主要部件：泵缸、活塞、活塞桿、吸入閥和排出閥。

工作原理：依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，吸入并排出液體。

(2)往復(fù)泵的流量與壓頭

單動(dòng)泵流量QT=

當(dāng)活塞直徑、沖程及往復(fù)次數(shù)一定時(shí)，往復(fù)泵的理論流量為一定值。

往復(fù)泵的壓頭與泵的幾何尺寸無關(guān)，與流量也無關(guān)。

往復(fù)泵具有正位移特性，即流量僅與泵特性有關(guān)，而提供的壓頭只取決于管路狀況。

(3)往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)

多采用旁路調(diào)節(jié)或改變活塞沖程或往復(fù)次數(shù)。

往復(fù)泵適用于輸送小流量、高壓頭、高黏度的液體，但不適于輸送腐蝕性液體及有固體

顆粒的懸浮液。

2.計(jì)量泵

計(jì)量泵也為往復(fù)式泵，適用于要求輸送量十分準(zhǔn)確的液體或幾種液體按比例輸送的場合。

3.隔膜泵

為輸送腐蝕性液體或懸浮液的往復(fù)式泵。

二、旋轉(zhuǎn)泵

旋轉(zhuǎn)泵包括齒輪泵和螺桿泵，其工作原理是依靠泵內(nèi)一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來吸液和排

出液體。

旋轉(zhuǎn)泵與往復(fù)泵一樣，也具有正位移特性，因此也采用旁路調(diào)節(jié)或改變旋轉(zhuǎn)泵的轉(zhuǎn)速，

以達(dá)調(diào)節(jié)流量的目的。

1-7-3氣體輸送設(shè)備

一、離心式通風(fēng)機(jī)

1.工作原理與結(jié)構(gòu)

離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和單級(jí)離心泵相似，工作原理也與離心泵完全相同，藉蝸殼中葉輪

旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將氣體壓力提高而排出。

2.性能參數(shù)與特性曲線

流量（風(fēng)量）。是指單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)輸送的氣體體積，以通風(fēng)機(jī)進(jìn)口處氣體的狀態(tài)計(jì),

m3/s或m'/h。

風(fēng)壓PT是指單位體積的氣體流經(jīng)通風(fēng)機(jī)后獲得的能量，J/n?或Pa。

P2

PT-（P2-Pt）+y?2

靜風(fēng)壓Ps=（P「Pi）

動(dòng)風(fēng)壓〃卜=^i/2

全風(fēng)壓PT-Ps+Pk

軸功率與效率

p=PT。

1000"

特性曲線

一定型號(hào)的離心式通風(fēng)機(jī)的特性曲線以20℃、10L3kPa的空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行測定，

包括全風(fēng)壓與流量靜風(fēng)壓與流量Ps-Q軸功率與流量P-Q和效率與流量/Q四條線。

3.離心式通風(fēng)機(jī)的選用

離心式通風(fēng)機(jī)的選用與離心泵相仿，即根據(jù)輸送氣體的風(fēng)量與風(fēng)壓，由通風(fēng)機(jī)的產(chǎn)品樣

本來選擇合適的型號(hào)。但應(yīng)注意，通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與密度成正比，當(dāng)使用條件叮通風(fēng)機(jī)標(biāo)定條

件（203101.3kPa,空氣的密度夕°=L2kg/m3）不符時(shí)，需將使用條件下的風(fēng)壓換算為標(biāo)定

條件下的風(fēng)壓，才能選擇風(fēng)機(jī)。換算關(guān)系為

_Pa_L2

PTO-PT—-PT--

PP

二、往復(fù)式壓縮機(jī)

1.往復(fù)壓縮機(jī)的工作過程

壓縮機(jī)的一個(gè)工作過程是由膨脹、吸氣、壓縮和排出四個(gè)階段組成的。

余隙系數(shù)￡：余隙體積心與一個(gè)行程活塞掃過的體積（%一幺）之比

vc-vA

容積系數(shù)Ho:在一個(gè)壓縮循環(huán)中，氣體吸入的體積（％一%）與活塞掃過的體積（％一

VA）之比

A）

VC-VA

對(duì)于多變壓縮過程，二者關(guān)系

2

20=\-￡--1

IP"

容積系數(shù)九與壓縮機(jī)的余隙系數(shù)￡及壓縮比（P』P\）有關(guān)。

?余隙系數(shù)一定時(shí).，壓縮比越大，容積系數(shù)越?。?/p>

?壓縮比一定時(shí)，余隙系數(shù)越大，容積系數(shù)越小。

2.多級(jí)壓縮

壓縮比大于8時(shí)，宜采用多級(jí)壓縮多級(jí)壓縮，每級(jí)適宜壓縮比為3?5。

三、真空泵

真空泵用于從設(shè)備內(nèi)或系統(tǒng)中抽出氣體，使其處于低于大氣壓下的狀態(tài)。

第二章非均相物系分離

第一節(jié)概述

混合物可以分為均相混合物和非均相混合物。

非均相混合物的特點(diǎn)是在物系內(nèi)部存在兩種以上的相態(tài)，如懸浮液、乳濁液、含塵氣體

等。其中固體顆粒、微滴稱為分散相或分散物質(zhì)；而氣體、液體稱為連續(xù)相或分散介質(zhì)。

非均相物系分離的依據(jù)是連續(xù)相叮分散相具有不同的物理性質(zhì)，因此可以用機(jī)械的方法

將兩相分離。操作方式分為兩種：

(1)沉降分離顆粒相對(duì)于流體(靜止或運(yùn)動(dòng))運(yùn)動(dòng)的過程稱沉降分離。

分為重力沉降、離心沉降。

(2)過濾流體相對(duì)于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)固液分離的過程稱過濾。

分為重力過濾、離心過濾、加壓過濾和真空過濾，也可分為恒壓過濾、先恒速后恒壓過濾。

2-1-1非均相分離在工業(yè)中的應(yīng)用

一、回收分散相

二、凈化連續(xù)相

三、環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)

2-1-2顆粒與顆粒群的特性

顆粒的特性

1,球形顆粒

體積V=—d3

6

表面積S=n/

比表面積S/V=6/d

2、非球形顆粒

工業(yè)上遇到的固體顆粒大多是非球形顆粒

體積當(dāng)量直徑義

表面積當(dāng)量直徑des

S

球形度(形狀系數(shù))

顆粒群的特性

由大小不同的顆粒組成的集合體稱為顆粒群。

1、顆粒群粒徑分布

顆粒群的粒度組成情況即粒徑分布?？捎煤Y分分析法測定各種尺寸顆粒所占的分率。

2、顆粒的平均粒徑

1=14

3、顆粒的密度

顆粒的真密度：當(dāng)不包括顆粒之間的空隙時(shí)，單位顆粒群體積內(nèi)顆粒的質(zhì)量，kg/m\

堆積密度（表觀密度）：當(dāng)包括顆粒之間的空隙時(shí)，單位顆粒群體積內(nèi)顆粒的質(zhì)量,kg/nR

4、顆粒的粘附性和散粒性

第二節(jié)顆粒沉降

2-2-1顆粒在流體中的沉降過程

顆粒與流體在力場中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到三個(gè)力的作用：質(zhì)量力尸、浮力/b.、曳力0o

對(duì)于一定的顆粒和流體，重力&、浮力尺-定，但曳力凡卻隨著顆粒運(yùn)動(dòng)速度而變化。

當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)速度u等于某一數(shù)值后達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)顆粒所受的諸力之和為零

2/=/+乙+"=。

2-2-2重力沉降及設(shè)備

球形顆粒的自由沉降

顆粒在重力沉降過程中不受周圍顆粒和器壁的影響，稱為自由沉降。

固體顆粒在重力沉降過程中，因顆粒之間的相互影響而使顆粒不能正常沉降的過程稱為

干擾沉降。

球形顆粒在靜止流體中沉降時(shí)，顆粒受到的作用力有重力、浮力和阻力。

當(dāng)合力為零時(shí)，顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度小稱為沉降速度，又稱為“終端速度”。

=]4gdg-P）

口3s

其中，是顆粒沉降時(shí)的阻力系數(shù)。并且:是顆粒對(duì)流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的宙諾數(shù)Re,的函數(shù)

，和4）=/（也勺

二與R4的關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)測定，如圖2-2所示?圖中將球形顆粒（火=1）的曲線分為三個(gè)

區(qū)域，即

(1)滯流區(qū)(10"</?自《2)，=——

R。

1Q5

3

(2)過渡區(qū)(2<7?et<10)4=」溫

0(，

Ret

35

(3)湍流區(qū)(10^/?et<2X10)^=0.44

對(duì)應(yīng)各區(qū)的沉降速度小的計(jì)算式為：

(1)滯流區(qū)“尸黯(2二0g

18〃

(2)過渡區(qū)”,=0.27P)g.Re「6

(3)湍流區(qū)wt=1.74『37)g

在計(jì)算沉降速度如時(shí)，可使用試差法，即先假設(shè)顆粒沉降所屬那個(gè)區(qū)域，選擇相對(duì)應(yīng)的

計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，然后再將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行Ret校核。

影響重力沉降速度的因素

(1)顆粒形狀

同一性質(zhì)的固體顆粒，非球形顆粒的沉降阻力比球形顆粒的大的多，因此其沉降速度較球

形顆粒的要小一些。

(2)干擾沉降

當(dāng)顆粒的體積濃度>0.2%時(shí)，干擾沉降不容忽視。

(3)器壁效應(yīng)

當(dāng)容器較小時(shí)，容器的壁面和底面均能增加顆粒沉降時(shí)的曳力，使顆粒的實(shí)際沉降速度

較自由沉降速度低。

重力沉降設(shè)備

1、降塵室

籍重力沉降從氣流中除去塵粒的設(shè)備稱為降塵室。

氣體的停留時(shí)間為e=L