流體流動(dòng)過程第1頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述液體和氣體統(tǒng)稱為流體。流體的壓縮性是流體的基本屬性，任何流體都是可以壓縮的，只是可壓縮的程度不同而已。液體——不可壓縮流體氣體——可壓縮流體第2頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)流體靜力學(xué)基本方程式單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，用“ρ”表示。

ρ

=m/V

單位kg/m3各種流體其密度各不相同，但任何一種流體都是隨壓力和強(qiáng)度而變化的。ρ

=?（p，T）流體的熱力學(xué)屬性密度（ρ）第3頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式p對(duì)液體的ρ影響較小，常忽略不計(jì)，ρ=?（T）這種流體稱為不可壓縮流體?；どa(chǎn)中，處理的流體多半是幾種組合的混合物。對(duì)于混合液體，其平均密度為：

1/ρ=w1/ρ1+w2/ρ2+……+wn/ρnρ1，ρ2，……ρn----液體混合物中各組分的密度，kg/m3

w1，w2，……wn-------是液體混合物中各組合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)液體第4頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式具有壓縮性和膨脹性，ρ=?（p，T）----稱為可壓縮性流體。對(duì)于理想氣體ρ=pM/RT（M----氣體的摩爾質(zhì)量kg/kmol）對(duì)于混合氣體a）平均摩爾質(zhì)量M=M1y1+M2y2+……Mnyn

M1，M2，……Mn----混合物中各組分的摩爾質(zhì)量。

y1，y2……yn----混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）b）平均密度ρ=ρ1y1+ρ2y2+……ρnyn

ρ1，ρ2，……ρn----各部分的密度。

y1，y2……yn------各部分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）氣體第5頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式單位質(zhì)量流體的體積稱為流體的比體積（或比容）

υ=V/m=1/ρ

它是密度的倒數(shù)單位m3/kg，這個(gè)物理量在氣體中應(yīng)用較多。比體積（比容）第6頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式流體垂直作用于單位面積上的壓力----稱為壓強(qiáng)（壓力）

p=F/A單位：SI中“N/m2”也稱為帕斯卡，符號(hào)“Pa”，其105倍為巴（bar）。過去流體壓強(qiáng)單位有很多種，這些單位目前仍繼續(xù)使用：1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）=10132N/m2（Pa）=101.325kPa=760mmHg≈10.33mH2O=1.033kgf/cm2工程上為了方便，將1kgf/cm2近似作為1大氣壓，稱為工程大氣壓，1工程大氣壓（at）=1kgf/cm2=98.1kPa=10mH2O=735.6mmHg

壓力第7頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式我們把用絕對(duì)零壓作為起點(diǎn)計(jì)算的壓力稱為絕對(duì)壓力。相對(duì)于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ南鄬?duì)值稱為相對(duì)壓力。當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力>外界大氣壓時(shí)，壓力表上測(cè)得值為表壓。

表壓=絕對(duì)壓力-大氣壓或

絕對(duì)壓力=大氣壓+表壓當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力<外界大氣壓時(shí)，壓力表上測(cè)得值稱為真空度。

真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力或絕對(duì)壓力=大氣壓-真空度絕對(duì)壓力、表壓、真空度被測(cè)體系被測(cè)體系hh真空度=-表壓第8頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式測(cè)定壓力大氣壓（表壓為零；真空度為零）測(cè)定壓力絕對(duì)零壓力參考指標(biāo)絕對(duì)壓力（余壓）真空度大氣壓表壓絕對(duì)壓力p圖2-1絕對(duì)壓力、表壓與真空度的關(guān)系第9頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式①壓力表上刻度為0點(diǎn)時(shí)，絕對(duì)壓強(qiáng)就相當(dāng)于大氣壓。②大氣壓數(shù)值是個(gè)可變量，它是由氣溫、濕度和所在地區(qū)的海拔高度決定的，測(cè)量計(jì)算時(shí)，應(yīng)以當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽闇?zhǔn)。③記錄時(shí)，必須注明“真空度”和“表壓”字樣。為了避免絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓、真空度三者的混淆，對(duì)于表壓和真空度必須標(biāo)注，如450mmHg（真空度），2800Pa（表壓），記錄真空度時(shí)，還應(yīng)注明當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮?。④真空度越高，絕對(duì)壓強(qiáng)越低。注意事項(xiàng)第10頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓力稱為該點(diǎn)處的流體靜壓力。特點(diǎn)：①靜壓力方向與作用面相垂直；②各個(gè)方向作用于某一點(diǎn)上的靜壓力相等；③同一水平面上各點(diǎn)的靜壓力相等。靜壓力沿垂直方向上發(fā)生變化

第11頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式p0p1p2Gz2z1若液柱上表面取在液面上，液柱高度z1-z2=h，則上式可寫成以上諸式，均稱為流體靜力學(xué)基本方程式。第12頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式討論當(dāng)容器液面上方的壓力p0一定時(shí)，靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力的大小，與液體本身的密度ρ和該點(diǎn)距液面的深度h有關(guān)，因此，在靜止的、連通的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)的壓力都相等。此壓力相等的水平面，稱為等壓面。當(dāng)p0改變時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生同樣大小的改變。壓力或壓力差的大小可用液柱高度表示。由此引伸出壓力的大小也可以用一定高度的液柱來表示，這就是壓力可以用mmHg、mH2O等單位計(jì)量的依據(jù)。第13頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式為說明靜力學(xué)基本方程式中各項(xiàng)意義，流體靜力學(xué)基本方程式還可寫成第14頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用壓力測(cè)量Rabz1z2p1p2U形管壓差計(jì)U型管壓差計(jì)在化工廠普通被使用，作為測(cè)量流體壓強(qiáng)的儀表，U型管內(nèi)裝有指示液。常用的指示液有：水、著色水、油、CCl4和Hg作為指示液的條件是：與被測(cè)流體不相容，不起化學(xué)反應(yīng)，ρ0（指示液）>ρ（被測(cè)液體）△p=p1–p2=（ρ0-ρ）gR※若流體為氣體ρ0-ρ≈ρ0，△p=ρ0gR第15頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式“II”式壓差計(jì)

△p=p1–p2=ρgR測(cè)量壓力時(shí)，應(yīng)特別注意將傳壓管和壓差計(jì)玻璃管中液柱內(nèi)的氣泡排除干凈，以免影響測(cè)量精度。Rp1p2空氣第16頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式單管壓差計(jì)

△p=p1–p2=ρg△h（a/A+1）如果壓差計(jì)的幾何參數(shù)已定，則1+a/A是一個(gè)常數(shù)，此常數(shù)稱為壓差計(jì)校正常數(shù)。在一般情況下a/A<<1，故1+a/A是一個(gè)稍大于1的常數(shù)。p2p1△h△h’O第17頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式液位測(cè)量最原始的液位計(jì)是在容器底部及液面上方容器壁處各開一個(gè)小孔，用一根玻璃管將兩孔連通，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程式，玻璃管內(nèi)所示的液面高度即為容器內(nèi)的液位高度。第18頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體靜力學(xué)基本方程式確定液封高度安全液封煤氣柜作用：①封閉作用----防止氣體泄漏②止逆作用----防止氣體倒流若工藝要求設(shè)備內(nèi)壓力不超過p（表壓），根據(jù)靜力學(xué)基本原理，液封高度h應(yīng)符合如下條件:通常，液封中溢出的水中溶有部分氣體，或氣體為水所夾帶，而使ρH2O降低，故實(shí)際安裝時(shí)，為安全起見，管子插入液體的高度h應(yīng)略大于由上式得到的計(jì)算值。h氣體水第19頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)流體流動(dòng)的基本方程式單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一規(guī)定表面（管道截面）的流體體積，qV=V/t

，單位為m3/s或m3/h。流體的流動(dòng)屬性流量體積流量質(zhì)量流量單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一規(guī)定表面（管道截面）的流體質(zhì)量，qm=m/t，單位為kg/s或kg/h。兩種流量的關(guān)系：qm=ρqV第20頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，流體在導(dǎo)管中流動(dòng)的距離，m/s。實(shí)際上流體流動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)管截面各點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的流速是不一致的，為了計(jì)算方便，一般采用平均流速u

u=qV/A，qm=ρqV=ρAu流速平均流速第21頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式因?yàn)闅怏w的體積與壓力和溫度有關(guān)，V=f(p,T)，當(dāng)壓力、溫度變化時(shí)，氣體的體積流量必將隨之而變，但其質(zhì)量不變。此時(shí)采用單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道截面積的質(zhì)量表示比較方便，即質(zhì)量流速，以W表示，單位是kg·m-2·s-1。

W=qm/A=ρAu/A=ρu質(zhì)量流速第22頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式管徑的估算第23頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式流體在管道中流動(dòng)時(shí)，在空間任一點(diǎn)上的流速、壓力等有關(guān)物理量都不隨時(shí)間而改變的流動(dòng)。流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)定態(tài)流動(dòng)若流體流動(dòng)時(shí)，其在管道內(nèi)部流速的大小和方向隨時(shí)間而變化，這種流動(dòng)參量隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為非定態(tài)流動(dòng)。非定態(tài)流動(dòng)第24頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式qm1=qm2=qm3u1A1ρ1=u2A2ρ2上式稱為流體在管道中做定態(tài)流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程式。對(duì)于不可壓縮流體，ρ為常數(shù)u1/u2=A2/A1

對(duì)于圓形管道u1/u2=d22/d12連續(xù)性方程式112233u1u2u3第25頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式1、位能流體在1-1處的位能為mgz1；流體在2-2處的位能為mgz2；2、動(dòng)能流體在1-1處的動(dòng)能為流體在2-2處的動(dòng)能為3、靜壓能流體在1-1處的靜壓能為流體在2-2處的靜壓能為伯努利方程式1122u1u2P1P2z1z2基準(zhǔn)面流體流動(dòng)過程的能量衡算第26頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式根據(jù)能量守恒定律：對(duì)于單位質(zhì)量（1kg）流體而言：對(duì)于1N的流體：以上三式均表示流體在定態(tài)流動(dòng)情況下的能量守恒與轉(zhuǎn)化關(guān)系。由于沒有考慮其他方面的影響，無摩擦、不可壓縮、無其他損失，故稱為理想流體定態(tài)流動(dòng)時(shí)的能量衡算式，也稱為理想流體的伯努利方程式。[J][J/kg][J/N或m]第27頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)，總是有一部分能量消耗在摩擦阻力上，并且有外界能量的供給，才能達(dá)到預(yù)期的輸送目的。4、能量消耗質(zhì)量為mkg的流體通過控制體積時(shí)所消耗的能量為mWf

。5、外功輸入質(zhì)量為mkg的流體所接受的外功為mWe則實(shí)際流體通過控制體積的總能量衡算式為：

令，，則對(duì)于單位重量流體有：位壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭外加壓頭（或揚(yáng)程）壓頭損失第28頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式例1：如圖所示，貯水槽液面距水管出口的垂直距離為6.5m，且液面維持不變，輸水管為φ114mm×4mm的鋼管。若流經(jīng)全部管路的阻力損失為59J·kg-1，試求管中水的流量為多少m3·h-1（水的密度ρ=1000kg·m-3）。伯努利方程式的應(yīng)用計(jì)算管路中流體流動(dòng)的流量和流速11226.5m第29頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式例2：如圖所示，在直徑d=40mm的管路中接一文丘里管，已知文丘里管上游的壓力表讀數(shù)為1.38×105Pa（忽略壓力表軸心與管路中心的垂直距離），管內(nèi)水的流量為1.4×10-3m3·s-1。管路下方有一貯水池，貯水池水面與管中心的垂直距離為3m，文丘里管喉部直徑為10mm，若在文丘里管喉部接一細(xì)管，細(xì)管另一端插入水池中，忽略此管的阻力損失，問池水能否被吸入管路中？判斷管路中流體的流向u2200113.0m第30頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式例3：將密度為850kg·m-3的原料液送入如圖所示的精餾塔中。高位槽液面維持恒定，塔內(nèi)表壓強(qiáng)p為9.81×103Pa，進(jìn)料量為5m3·h-1，連接管為φ38mm×2.5mm的鋼管。料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為3.05m液柱，問高位槽的液面應(yīng)比精餾塔的進(jìn)料口高出多少米方可使原料液順利輸入精餾塔中？確定容器間的相對(duì)位置1122pz第31頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)的基本方程式實(shí)際流體伯努利方程式中，We是輸送設(shè)備對(duì)單位質(zhì)量流體所做的有效功。單位時(shí)間輸送設(shè)備對(duì)流體所做的有效功，稱為有效功率，用Pe表示，其計(jì)算將在本章后面介紹。確定輸送設(shè)備的有效功率應(yīng)用注意事項(xiàng)繪圖選取截面確定基準(zhǔn)面注意采用一致的單位第32頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體內(nèi)部相鄰兩流體層之間的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力。流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)內(nèi)摩擦力的特性，稱為流體的黏性。牛頓黏性定律與流體的黏度流體的黏性第33頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象上式稱為牛頓黏性定律。所有氣體和大部分液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)均服從此定律，故稱為牛頓型流體。稠厚液體和懸浮液在運(yùn)動(dòng)過程中不符合牛頓黏性定律，則稱其為非牛頓型流體。牛頓黏性定律du/dy——速度梯度，即在與流動(dòng)方向相垂直的y方向上流體速度的變化率Μ——比例系數(shù)，又稱黏性系數(shù)，簡(jiǎn)稱黏度dyu+duuyFu=0x第34頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象黏度的物理意義是：促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。黏度與壓強(qiáng)關(guān)系不大，但受溫度變化的影響較大，液體的黏度隨溫度升高而減??；氣體的黏度隨溫度升高而增大。注意：混合物的黏度數(shù)據(jù)不能按其組分疊加計(jì)算，而應(yīng)當(dāng)從化學(xué)工程手冊(cè)中選用適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。流體的黏度SI單位：Pa·s第35頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)流動(dòng)的型態(tài)雷諾實(shí)驗(yàn)層流(Re≤2000)湍流(Re≥4000)過渡流(2000＜Re＜4000)雷諾數(shù)第36頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象管內(nèi)層流與湍流的比較速度分布1、層流2、湍流平均速度u=0.5umaxu=0.8umaxumaxumax即使管內(nèi)流動(dòng)的流體是湍流，且無論湍動(dòng)程度如何劇烈，但在靠近管壁處總是有一層做層流流動(dòng)的流體薄層，稱為層流底層，其厚度隨Re增大而減小。第37頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象邊界層的概念速度從零到速度等于主體流速u0的99%的區(qū)域?yàn)檫吔鐚?，即u=0.99u0。u=0u=0u0u0u0δ在邊界層以內(nèi)，存在著顯著的速度梯度du/dy，黏性處于主導(dǎo)地位，因此，必須考慮黏度的影響；而在邊界層以外，du/dy≈0，則無需考慮黏性的影響，此處的流體可視為理想流體。第38頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體在順直的導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，整個(gè)管截面都屬于邊界層，顯然沒有劃分邊界層的必要，但當(dāng)流體流過曲面（球體或圓柱體表面等）時(shí)，流體邊界層將會(huì)與固體壁面脫離，形成漩渦，加劇流體質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞、損耗流體的能量。這種邊界層與壁面脫離的現(xiàn)象，稱為邊界層分離。這種現(xiàn)象還常發(fā)生在流體所經(jīng)過的流道有突然擴(kuò)大或縮小，流動(dòng)方向突然改變或繞過物體流動(dòng)。邊界層分離現(xiàn)象曲面上的邊界層第39頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力實(shí)際流體的柏努利方程為：流動(dòng)阻力hf（壓頭損失）：沿程阻力（直管阻力）:流體通過直管時(shí)的能量損失。局部阻力：流體通過管路中的管件，閥門，突然擴(kuò)大、縮小等局部障礙，引起邊界層分離，產(chǎn)生漩渦而造成的能量損失。第40頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力流體在直管中的流動(dòng)阻力設(shè)直徑為d，長(zhǎng)度為l的水平直管，流體流速為u，取1、2兩截面1122LF1F2F′u直管阻力造成的壓頭損失:此式稱為達(dá)西-威斯巴赫公式，λ稱為（摩迪）摩擦系數(shù)（量綱為1），與Re及管壁粗糙度有關(guān)，其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第41頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為絕對(duì)粗糙度，用ε表示。絕對(duì)粗糙度ε與管內(nèi)徑d的比值ε/d，稱為相對(duì)粗糙度，它反映管壁的幾何特性對(duì)流動(dòng)阻力的影響。通?；S生產(chǎn)過程把使用到的玻璃管、塑料管、銅管以及鉛管稱為光滑管；把鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管。管壁粗糙度第42頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力摩擦系數(shù)的確定摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系第43頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力層流時(shí)的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)的確定流體在管內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)Re

<2000時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，層流邊界層很厚，粗糙的管壁浸沒在邊界層中，因而使得摩擦系數(shù)λ與管壁的粗糙度無關(guān)，僅為Re的函數(shù)，即：第44頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力湍流時(shí)的摩擦系數(shù)當(dāng)流動(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)，Re>4000時(shí)，一方面流體質(zhì)點(diǎn)間的相互碰撞，另一方面，湍流引起的層流底層減薄，使得粗糙管壁的凸出部分暴露于湍流主體中，使流體質(zhì)點(diǎn)受阻而損失能量。故摩擦系數(shù)λ既與Re有關(guān)，又與管壁相對(duì)粗糙度ε/d有關(guān)。λ隨Re的增大而減小，至足夠大的Re后，λ值與Re無關(guān)，λ~Re曲線趨近于水平線。第45頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力對(duì)于光滑管道，當(dāng)Re=3×103~1×105時(shí)，λ值可根據(jù)柏拉修斯（H.Blasius）歸納的公式計(jì)算

：當(dāng)流體進(jìn)入過渡區(qū)（2000<Re

<4000）時(shí)，管內(nèi)流型因環(huán)境而異，此時(shí)湍流流動(dòng)可按考萊布魯克（C.F.Colebrook）公式計(jì)算：第46頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力皮勾（R.J.S.Pigott）推薦過渡區(qū)和完全湍流粗糙管區(qū)之間的分界線（虛線）的雷諾數(shù)為：完全湍流粗糙管區(qū)的λ可按尼古拉茲（J.Nikuradse）歸納的公式計(jì)算：實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，生產(chǎn)條件下管內(nèi)流動(dòng)的λ值變化范圍并不太大，通常在0.02左右。第47頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力流體在非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力當(dāng)量直徑有些研究結(jié)果表明，當(dāng)量直徑適用于湍流，且矩形通道截面長(zhǎng):寬<3:1才比較可靠。管截面為環(huán)形時(shí)可靠性較差。對(duì)層流的阻力計(jì)算中用當(dāng)量直徑計(jì)算是不可靠的，因此，必要時(shí)，應(yīng)將求層流λ值的公式進(jìn)行修正，即λ=C/Re。第48頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力阻力系數(shù)法局部阻力的計(jì)算此法近似地認(rèn)為克服局部阻力所引起的能量損失可以表示成動(dòng)壓頭的倍數(shù)：ξ——局部阻力系數(shù)第49頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力當(dāng)量長(zhǎng)度法此法是將流體流過閥門、管件所產(chǎn)生的局部阻力，近似地折算成流體流過相當(dāng)于長(zhǎng)度為le的同一直管時(shí)所產(chǎn)生的阻力損失。這個(gè)直管長(zhǎng)度，稱為當(dāng)量長(zhǎng)度le：流體流經(jīng)管道的總阻力可采用阻力系數(shù)法或當(dāng)量長(zhǎng)度法：第50頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)管路計(jì)算化工過程計(jì)算的類型設(shè)計(jì)型計(jì)算核算型計(jì)算(也稱操作型計(jì)算)1、設(shè)計(jì)型計(jì)算的特點(diǎn)已知條件：已知待處理的物料及所需的處理能力，以及有關(guān)的工藝要求。計(jì)算內(nèi)容：確定設(shè)備的材料、類型和大小。2、操作型計(jì)算的特點(diǎn)已知條件：已知一定結(jié)構(gòu)形式的過程設(shè)備。計(jì)算內(nèi)容：求最大的生產(chǎn)能力或最低的能耗。此類問題計(jì)算較復(fù)雜，多數(shù)情況下要用試差法求解。第51頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管路計(jì)算相同直徑或不同直徑的管道組成的串聯(lián)管路稱為簡(jiǎn)單管路例：生產(chǎn)中需要將高位槽中的液體連續(xù)輸送到貯槽中。涉及的計(jì)算問題主要有以下幾種：1122z11、已知：管路直徑d、管長(zhǎng)l、le、z1、∑hf，求：流速u和流量qv解法：注意：若λ已知?jiǎng)t直接求u；若λ未知，則用試差法求u簡(jiǎn)單管路第52頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管路計(jì)算2、已知：管長(zhǎng)l、管徑d、le、qV，求高位槽的高度z1。解法：由求：u3、已知：z1、l、u，求：d解法：因?yàn)镽e未知，不能直接計(jì)算λ可以利用試差法求解。第53頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管路計(jì)算復(fù)雜管路是由直徑不同或管道粗糙度不同的若干段管道連接而成的。

特點(diǎn)：（1）串聯(lián)管路各管段的質(zhì)量流量相等。qm1=qm2=qm3（2）系統(tǒng)中總阻力損失等于各管段阻力損失之和。

計(jì)算問題：（1）已知：d、l、ε/d、qV，求：Δz。（2）已知：d、l、ε/d、Δz，求：qV。復(fù)雜管路分為：串聯(lián)管路、并聯(lián)管路及分支管路。串聯(lián)管路第54頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管路計(jì)算并聯(lián)管路AB123qVqV特點(diǎn)：（1）并聯(lián)管路的阻力損失與各分管道的阻力損失相等。

hf,AB=hf,1=hf,2=hf,3（2）并聯(lián)管路的總流量等于各分管道的流量之和

qV

=qV,1+qV,2+qV,3在已知管道尺寸時(shí)，管道粗糙度以及流體性質(zhì)的條件下，并聯(lián)管路計(jì)算問題可以分為兩類:A.

已知A、B點(diǎn)的勢(shì)能（gz+p/ρ），求：qV

解法：（1）由柏努力方程求出各分支管路的流速u，再求分支管路的qV。

（2）計(jì)算總流量qV

=qV,1+qV,2+qV,3第55頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B.已知總流量qV，求各分支管道的流量和能量損失。解法：（1）根據(jù)管道尺寸和粗糙度，假設(shè)分管道1的流量為qV,1′（2）由qV,1′求u1；再求hf,1′（由阻力計(jì)算公式計(jì)算）（3）根據(jù)hf,1′=hf,2′=hf,3′，求管2、3的流量qV,2′和qV,3′（4）假設(shè)總流量qV按qV,1′、qV,2′和qV,3′的比例分配給各分管路，則各分管道的計(jì)算流量為：第56頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月管路計(jì)算（5）由qV,1、qV,2、qV,3計(jì)算各分管的流速u1、u2、u3，由阻力公式計(jì)算hf,1、hf,2和hf,3。（6）若hf,1、hf,2和hf,3可以近似看成相等（即在誤差范圍內(nèi)），則上述的流量qV,1、qV,2、qV,3分配合理。若hf,1、hf,2和hf,3之間的差別超過了誤差范圍，則應(yīng)以qV,1為新的假設(shè)流量，從（2）開始重復(fù)上述的計(jì)算直到符合規(guī)定的精度要求為止。第57頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)流量的測(cè)量測(cè)量流量的儀器通常稱為流量計(jì)，通?？煞譃槿莘e式或推理式兩種。

容積式流量計(jì)是以單位時(shí)間內(nèi)自測(cè)量腔室內(nèi)所排出流體的固定容積數(shù)量作為測(cè)量依據(jù)的。例如，濕式流量計(jì)、盤式流量計(jì)及橢圓齒輪流量計(jì)等。

推理式流量計(jì)是利用流體流動(dòng)過程中的物理現(xiàn)象或物理特性與流速、流量間的關(guān)系而工作的。例如，節(jié)流式或壓差式流量計(jì)、面積式流量計(jì)等。第58頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流量的測(cè)量孔板流量計(jì)C0=0.6~0.7第59頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流量的測(cè)量文丘里流量計(jì)CV=0.98~0.99第60頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流量的測(cè)量測(cè)速管12u1

p1p2u2第61頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流量的測(cè)量轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)算公式:刻度換算:

流量計(jì)出廠前，直接用293K水和293K，1kPa的空氣標(biāo)定，將流量值刻在玻璃管上。當(dāng)被測(cè)流體與上述條件不符時(shí)，應(yīng)將刻度加以換算。

若轉(zhuǎn)子密度為ρf，標(biāo)態(tài)時(shí)流體密度為ρ,被測(cè)流體密度為ρa(bǔ)。刻度為qV對(duì)應(yīng)的被測(cè)流體的流量為:第62頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)流體輸送機(jī)械可以向流體做功并提高其機(jī)械能的裝置稱為流體輸送機(jī)械。用于輸送液體的機(jī)械稱為泵，通常，用于輸送氣體的機(jī)械稱為風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。第63頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械離心泵第64頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

流體密度愈大，產(chǎn)生的離心力就愈大。故當(dāng)離心泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)未充滿液體，即存在有空氣時(shí)，由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力亦很小，此時(shí)，葉輪中心難以形成足夠的負(fù)壓。雖然被啟動(dòng)的離心泵葉輪在高速旋轉(zhuǎn)，但不能輸送液體，這種現(xiàn)象稱為“氣縛”。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，啟動(dòng)泵前須向泵殼內(nèi)注滿被輸送的液體。流體輸送機(jī)械“氣縛”現(xiàn)象構(gòu)造及工作原理第65頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月是指單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送液體的體積，亦稱送液能力。用qV表示，單位為m3·s-1或m3·h-1流體輸送機(jī)械

流量主要性能參數(shù)

揚(yáng)程

是指單位重量（1N）的流體經(jīng)泵后所獲得的能量，又稱泵的壓頭，用符號(hào)He表示，單位為m液柱。He=H1+H2H1和H2分別表示泵的進(jìn)出口安裝的真空表和壓力表上的讀數(shù)，以m液柱（表壓）計(jì)。第66頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有效功率

流體輸送機(jī)械

功率與效率軸功率

電動(dòng)機(jī)功率

選配電動(dòng)機(jī)的功率

qV和ρ的單位分別為m3·s-1、kg·m-3，Pe單位為kW

η為泵的總效率

ηt為傳動(dòng)效率，ηm為電動(dòng)機(jī)效率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)和泵采用軸聯(lián)器相聯(lián)時(shí)，ηt≈1，ηm=0.95

β為安全系數(shù)第67頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械例4：用耐腐蝕泵將20℃混酸（以硫酸為主）自常壓貯槽輸送到表壓為196.2kPa的設(shè)備內(nèi)，出口管（φ57×3.5mm）距貯槽液面的距離為6m，要求最大輸送量為10m3·h-1。已知：20℃混酸ρ=1600kg·m-3，μ=2.2×10-2Pa·s，輸液管道長(zhǎng)10m，管道上有90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè)（le/d=35），單向閥門1個(gè)（le/d=80），球心閥2個(gè)（le/d=300），轉(zhuǎn)子流量計(jì)1個(gè)（le/d=400）。若泵的效率η=0.65，電動(dòng)機(jī)由軸聯(lián)器聯(lián)接帶動(dòng)，電機(jī)效率ηm=0.95，求所選配電動(dòng)機(jī)的功率。第68頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械特性曲線P–qVη-qVHe-qVHePη1、He—qV曲線（揚(yáng)程曲線）

qV↑、He↓2、P—qV曲線（功率曲線）

qV

↑、P↑

qV

=0時(shí)，消耗的功率最小，因此離心泵在啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)將出口閥門關(guān)閉，降低啟動(dòng)功率，保護(hù)電機(jī)不致于超負(fù)荷而受損。3、η—qV曲線（效率曲線）最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的qV

、He、P值為最佳工況參數(shù)。將最高效率的92%左右的這段范圍稱為最高效率區(qū)第69頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械汽蝕現(xiàn)象和安裝高度離心泵安裝高度提高時(shí)，將導(dǎo)致泵內(nèi)壓力降低，泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)通常位于葉輪葉片進(jìn)口稍后的一點(diǎn)附近。當(dāng)此處壓力降至被輸送液體的飽和蒸汽壓時(shí)，將發(fā)生沸騰，所生成的蒸汽泡在隨液體從入口向外周流動(dòng)中，又因壓力迅速增大而急劇冷凝。會(huì)使液體以很大的速度從周圍沖向氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高、瞬時(shí)壓力很大的沖擊，這種現(xiàn)象稱為汽蝕。

汽蝕現(xiàn)象第70頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械

允許吸上真空高度O′11′OHgpap1

安裝高度不同條件下的Hs換算：Hs

′=Hs+（Ha-10）-（Hv–0.24）Ha——泵工作處的大氣壓，m水柱Hv——操作溫度下水的飽和蒸汽壓，m水柱0.24----20℃水的飽和蒸汽壓，m水柱第71頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械

汽蝕余量汽蝕余量是指將液體從貯槽經(jīng)吸入管路到泵入口處，液體總壓頭比汽化壓頭（即飽和蒸汽壓頭）高出的部分，以保證不發(fā)生汽蝕，故也稱為有效汽蝕余量，以△ha表示。臨界汽蝕余量為方便安裝和使用離心泵，離心泵生產(chǎn)廠將加上一定的安全量后，以△hr表示，稱為必需汽蝕余量。第72頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械

汽蝕余量與安裝高度的關(guān)系為安全起見，通常是將允許安裝高度Hg,允許值再減去0.5m作為安裝高度的上限。此外，也可以將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝高度與允許安裝高度進(jìn)行比較，若Hg,實(shí)際<Hg,允許，說明安裝合適，不會(huì)發(fā)生汽蝕，否則，應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整安裝高度。

第73頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)

在實(shí)際的管路系統(tǒng)中，離心泵提供的壓頭He可以利用柏努利方程求得：式中（△z+△p/ρg）與管路中流體流量無關(guān)，可以認(rèn)為是一常量，令A(yù)=△z+△p/ρg；若兩計(jì)算截面積很大，其流速可以忽略不計(jì)，即△u2/2g≈0故He

=A+BqV2第74頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械He=A+BqV2管路特性曲線方程qVP″P′PAHeⅢⅠⅡqV,2qV,1qV,3管路特性曲線與泵的特性曲線的交點(diǎn)P稱為泵的工作點(diǎn)分析:1、閥門開小，阻力增大，流量變小，由

qV1減小到qV2

，曲線由Ⅰ移到Ⅱ,工作點(diǎn)由P移到P′。2、閥門開大，阻力減小，流量變大，由qV1增大到qV3，曲線由Ⅰ移到Ⅲ,工作點(diǎn)由P移到P。第75頁(yè)，課件共81頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體輸送機(jī)械P′PAHe