第1章-流体流动和输送.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,目录,第一章 流体流动和输送,第一节 流体的物理性质,一、,流体的密度,二、流体的静压强,三、流体的黏性,第二节 流体流动的基本概念,一、流体静力学,二、稳定流动与非稳定流动,三、流量与流速,目录,四、流体流动类型与雷诺准数,五、流体在圆管内的速度分布,六、边界层和边界层的分离,第三节 流体流动的物料衡算和能量衡算,一、,物料衡算,连续性方程式,二、机械能衡算,柏努利方程式,习题课,第四节 流体流动的阻力损失,一、直管阻力损失的计算,二、局部阻力损失的计算,目录,第五节 管路计算,一、,简单管路,二、复杂管路,习题课,第六节 流体流动原理在食品工业中的应用,一、流速与流量测量,二、流体输送机械,第一章 小结,第一章 流体流动和输送,将流体视为由无数流体微团组成的连续介质，,每个流体微团称为质点。,气体和液体统称为流体,连续性假设：,第一章 流体流动和输送,第一节 流体的物理性质,用,表示，属于物性，,kg/m,3,影响因素：,气体,-,种类、压力、温度、浓度,液体,-,种类、温度、浓度,一、流体的密度,-,压力或温度改变时，密度随之显著改变,-,压力或温度改变时，密度改变很小,一、流体的密度,获得方法：,（,1,）查物性数据手册,（,2,）公式计算：,液体混合物：,气体混合物：,气体：,-,理想气体状态方程,二、流体的静压强,垂直作用在单位面积上的力称为,压强,，习惯上称之为压力，用符号,p,表示。,静压力各向同性,（,1,）压力单位,SI,制中，,N/m,2,=Pa,，称为帕斯卡,约定：本教案中出现红线框之处为需读者记忆的,（,2,）压力大小的两种表征方法,-,以当地大气压为基准,思考：,1,、表压与真空度是何关系？,2,、真空度越大，意味着什么？,二、流体的静压强,三、流体的黏性,在动画所示的流体分层流动情形下，有,流体内部存在内摩擦力或粘滞力，流体流动时产生内摩擦力的性质，称为流体的黏性。请点击,化原素材,动画,第一章流体输送,平板液体速度分布,.,swf,看动画。,牛顿粘性定律发表在,1687,年,单位面积上的的内摩擦力，,N/m,2,速度梯度,动力黏度,简称,黏度,（一）牛顿黏性定律,非牛顿型流体：,-,体系粘度随剪切速率的增加而降低。,流动形式表现为剪切稀化现象,.,-,体系粘度随剪切速率的增加而增大。,-,受到外力作用时并不立即流动而要待外力增大到某一程度时才开始流动,不符合牛顿粘性定律的流体,牛顿型流体：,符合牛顿粘性定律的流体,（一）牛顿黏性定律,物理意义：,衡量流体黏性大小的一个物理量,单位：,获取方法：,属物性之一。实验、有关手册或资料、经验公式计算。,影响因素：,思考：,为什么？,（二）流体的黏度,气体内摩擦力产生的原因可以从动量传递角度加以理解,液体的内摩擦力则是,由分子间的吸引力所产生,运动黏度，用符号,表示,SI,制单位：,m,2,/s,一、流体静力学,因为流体静止，故,微元段,d,z,流体所受合力,0,积分得,第二节 流体流动的基本概念,流体静力学方程,静压头,位压头,一、流体静力学,适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩；,在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点，其压强相等,；,压力可传递,-,巴斯噶原理,；,静止流体内压强或压强差的大小可以用液柱高度来表示。,静力学方程的讨论：,一、流体静力学,二、稳定流动与不稳定流动,稳定流动,-,流动参数都不随时间而变化,不稳定流动,-,至少有一个流动参数随时间而变化,1,U,形,压差计（,manometer,）,等压面,思考：,对指示剂有何要求？,U,形压差计适用场合？,2,、,双液柱压差计,1,略小于,2,2,2,1,1,思考：,面,1-1,、,2-2,哪个是等压面，哪 个不是？,U,形压差计适用于被测压差不太小的场合。若所测压力差很小，用,U,形压差计难以读准，可改用如图所示的双液体压差计，将读数放大。,点速度,u,，,单位,m/s,三、流量和流速,，单位,m/s,-,表,1-2,某些流体的经济流速范围,流体类别,经济流速范围,/m,s,-1,流体类别,经济流速范围,/m,s,-1,水及黏度相近液体,油及黏度较大的液体,低压气体（,1MPa,）,易燃、易爆的低压气体,1,3,0.5,1,8,15,4000,湍流,-,根据其值的大小，可以判断流动型态,判据：,五、流体在圆管内的速度分布,（一）层流速度分布,因等径管内稳定流动时为等速运动,合力,0,即,面,1-1,上的总压力,面,2-2,上的总压力,侧面上的黏性阻力,F,积分,r,=,R,时,u,=0,（一）层流速度分布,r,=0,时，,u,max,-,抛物线,哈根,-,泊,谡叶,公式,（二）湍流速度分布,由于湍流运动的复杂性，其管内的速度分布式目前尚不能从理论上导出，只能借助于实验数据用经验公式近似地表达，以下为一种常用的指数形式的经验式：,（式中，,n,值 与,Re,大小有关）,当,1.110,5,Re,3.210,5,时,-1,7,次方律,六、边界层与边界层分离,（一）边界层及其形成,以平板为例,-,壁面附近，其内部存在速度梯度。,如图虚线下方所示。一般以速度为主体流速的,99%,处 作为划分边界层的界限,边界层,-,离壁面较远处，速度尚未受到壁面的影响，速度梯度 几乎为零。,边界层,u,x,=0.99u,外流区,外流区,边界层与流动阻力、传热、传质都密切相关，今后将陆续讲到。,六、边界层与边界层分离,从前沿开始形成边界层，随距板前沿的距离的增加，边界层也越来越厚度。边界层很薄时，边界层内部为层流。随着边界层加厚，边界层内的流动可由层流转变为湍流。在层流与湍流之间还有一个过渡区。,在湍流边界层之内，由于紧靠壁面处的流体速度仍很小，流动型态保持为层流，称为,层流底层,。,平板：,（一）边界层及其形成,管内：,在入口处开始形成边界层，并逐渐加厚，以至于在管中心汇合，此后边界层厚度等于管半径，速度分布不再变化，此时的流动称为,充分发展的流动,。,若边界层汇合时流体流动类型为层流，则这以后管内流动一直保持为层流，反之，若边界层内流动类型已是湍流，则管内流动就将保持为湍流。,进口段长度,-,流动达到充分发展所需的管长,六、边界层与边界层分离,（一）边界层及其形成,（二）边界层分离,-,如图，当流体流过非流线型物体时会发 生边界层脱离壁面的现象，称为,六、边界层与边界层分离,C,点下游的流体在逆压作用下将倒流回来，它们在来流的冲击下，就在点,C,附近形成明显的旋涡，这旋涡象楔子一样将边界层与物面分离开来，就是,边界层分离,。,A,D,C,压力逐渐减小,压力逐渐增大,边界层,当流到点,C,时，速度减为零。,六、边界层与边界层分离,（二）边界层分离,B,C,形体阻力,流线型,边界层分离会增大能量消耗，在流体输送中应设法避免或减轻，但它对混合及传热、传质又有促进作用，故有时也要加以利用。,若将圆柱体改为流线形，使边界层不发生分离阻力损失会大大减小。,返回目录,六、边界层与边界层分离,（二）边界层分离,第三节 流体流动的物料衡算和能量衡算,主要研究流体在,管路,中的流动，,遵循着守恒定律,一、物料衡算,连续性方程,能量守恒,质量守恒,质量衡算方程,-,开放体系，质量守恒定律内容改为如下：,质量守恒定律,-,封闭体系中物质质量不变,对于如图所示的管道内,稳定流动,，,上式第三项为,0,，于是,一、物料衡算,连续性方程,-,管内流动的连续性方程,思考：,如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？,一、物料衡算,连续性方程,二、机械能衡算,柏努利方程,能量守恒,质量守恒,运动着的单位质量流体涉及的能量形式有,内能,、动能、位能、静压能、外功、热,U,，,J/kg,取决于温度,（一）流动系统的总能量衡算,u,2,/2,J/kg,gz,J/kg,p/,J/kg,w,e,，,J,/,kg,外界对流体外功为正，流体向外作功为负,q,e,J,/kg,吸热为正,放热为负,机械能,-,可直接用于输送流体,在流体流动过程中可相互转变,可转变为热或内能。,如果撇开内能和热而只考虑机械能，对下图所示的截面,1,与,2,之间实际流体的稳定流动，存在下述机械能衡算关系：,二、机械能衡算,柏努利方程,（,二,）流动系统的,机械能,衡算,柏努利方程,-,机械能衡算方程,w,f,称为阻力损失，永远为正，单位,J/kg,每一项单位均为J/kg,对理想流体，由于无黏性，则流动时无能量损失；若体系无外功加入，则机械能衡算式简化,-,柏努利,（,Bernoulli,）,方程,二、机械能衡算,柏努利方程,（,二,）流动系统的,机械能,衡算,柏努利方程,含义：,对没有黏性的流体，流动系统上游的机械能等于下游的机械能。,外加压头,静压头,动压头,位头,压头损失,每一项单位均为,m,-,机械能衡算方程,-,机械能衡算方程,每一项单位均为,J,m,-3,即,Pa,压力损失,二、机械能衡算,柏努利方程,（三）柏努利方程式的意义与应用,（,1,）适用条件：不可压缩、连续、均质流体、等温、非等温流动,-,静力学方程。,可见流体静止状态是流体流动的一种特殊形式。,（,2,）对流体静止，可化简得：,（,3,）若流动系统无外加功，即,w,e,0,，则,这说明流体能自动从高（机械能）能位流向低（机械能）能位。,二、机械能衡算,柏努利方程,（三）柏努利方程式的意义与应用,习题课,使用机械能衡算方程时，应注意以下几点（,结合例,1,说明,）：,包含待求变量。,体系内的流体必须连续、稳定流动；,有流体进出的流通截面应与流动方向相垂直，且已知条件最多；,体系（上下游截面）的选取：,基准水平面的选取,压力,用绝压或表压均可，但两边必须统一。,一般将基准面定在某一流通截面的中心上,【,例,】,轴功率的计算,如图所示，,Vs=13 m,3,/h,泵进口管为,561.5,mm,，泵出口为,501.5,mm,储槽液面距蒸发器入口处的垂直距离为,6 m,，,为,96 J/kg,，,p,2,=70.166,kPa,(,真空度,),，操作地区的平均大气压强为,101.33,kPa,。牛奶的密度为,1090 kg/m,3,。试求：（,1,）泵的有效功率；（,2,）若该泵效率为,0.63,，泵的轴功率。,解：,按照截面,选取原则,，应取面,1-1,至面,2-2,，而不能取面,1-1,至面,3-3,。并以,1-1,截面为基准水平面,【,例,】,轴功的计算,在面,1-1,和面,2-2,间有,z,2,=6 m,，,w,f,=96 J/kg,p,2,70166 Pa,（表压）；,【,例,】,轴功的计算,故,泵的有效功率,（,即单位时间内泵对流体所做的有效功,）为：,返回,目录,泵的轴功率为：,第四节 流体流动的阻力损失,机械能衡算方程,-,由于流速大小或方向突然改变，从而产生边界层分离，出现大量旋涡，导致很大的机械能损失。,w,f,分为两类（见图）：,沿程损失（直管损失）,局部损失,第四节 流体流动的阻力损失,一、沿程（直管）阻力损失的计算,（一）计算通式,由机械能衡算得：,-,沿程损失计算通式,范宁公式,长径比,量纲为,1,动能,摩擦系数,量纲为,1,一、沿程（直管）阻力损失的计算,由哈根,-,泊,谡叶,公式：,（二）层流时的直管阻力损失,层流时的摩擦系数,：,一、沿程（直管）阻力损失的计算,1,、量纲分析法,主要依靠实验,建立经验关系式。实验应在,量纲分析法,指导下进行。,（,1,）通过实验找到所有影响因素：,量纲分析法,：,可大大减少变量个数,只是一种数学分析方法，不能代替实验。,粗糙度,请点击看下表,物理量总数,n,7,（三）湍流时的直管阻力损失,返回,上,页,一、沿程（直管）阻力损失的计算,（,2,）找出各物理量所涉及的基本量纲,基本量纲个数,m,3,（,3,）,根据,定理：,该物理现象可用,n-m,7,3,4,个独立的特征准数之间的关系式来表示,d,=,l,=,=m=L ,u,=m,s,-1=L,T,-1,=kg,m,-3,M,L,-3,=,Pa,s,=M,L,-1,T,-1,w,f,=J,kg,-1,=(kg,m,2,s,-2,),kg,-1,=L,2,T,-2,（三）湍流时的直管阻力损失,（,4,）根据,量纲一致性原则,确定上述待定指数,方程两边的各项必须具有相同的量纲,将各物理量的量纲代入，得：,以,b,、,e,、,f,表示,a,、,c,、,d,，联立解得,以相应的幂函数的形式表示为,三者函数关系的实验结果标绘在双对数坐标图上，称为,莫狄（,Moody,）摩擦系数图,代入，指数相同的各物理量合并，得,欧拉（,Eu,）准数,量纲为,1,雷诺（,Re,）准数,根据实验得知，,p,f,与,l,成正比，,则,b,1,与 对照，得,水力光滑管,思考：,由图可见，,Re,，,，这与,阻力损失随,Re,增大而增大是否矛,盾？,如何使用莫狄图？,使用时注意经验式的适用范围,柏拉修斯（,Blasius,）式：,顾毓珍等公式：,（,2100Re10,5,）,（,3000Re3,10,6,）,普兰特式（,Prandtl,）：,（,2300ReA,1,，阻力系数,o,=1,管入口：,A,1,A,2,，阻力系数,i,=0.5,二、局部阻力损失的计算,2-2,面取在出口外侧时，,w,f,中应包括出口阻力损失（其大小为 ），但,2-2,面,的动能为零。,总阻力损失,管出口,弯管,阀门,管入口,机械能衡算方程：,2-2,面取在出口内侧时，,w,f,中应不包括出口阻力损失，但出口截面处的动能,2,2,u,2,特别注意：,管出口截面的选取位置不同，总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算方程结果相同。见下图：,思考：,如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？试分别列出来。,2,2,u,2,将,5,的鲜牛奶以,5000 kg/h,的流量从贮奶罐输送至杀菌器进行杀菌。这条管路系统所用的管子为外径,38 mm,，,内径,35 mm,的不锈钢管，管子,长度,12 m,，中间有,一只摇板式单向阀，三只,90,弯头,，试计算管路进口至出口的摩擦阻力。已知鲜奶,5,时的,粘度为,3,cP,，密度为,1040 kg/m,3,解：例,】,总阻力损失的计算,查表,1-3,0.2 mm,，,则,/,d,0.2/35,0.00571,查图,1-12,1,=0.035,（,1,）用阻力系数法计算,管子入口,i,0.5,1,只摇板式单向阀,1,2.0,3,只,90,弯头,3,2,30.75,2.25,管子出口,o,1,因此总阻力损失为：,返回,目录,（,2,）按当量长度法计算,管子入口,i,0.5,1,只摇板式单向阀,l,e1,/,d,100,3,只,90,弯头,3(,l,e2,/,d,),335,105,管子出口,o,1,因此总阻力损失为：,第五节管路计算,已有公式：,第五节管路计算,一、简单管路,-,没有分支和汇合,特点：,1,、稳定流动，通过各管段的质量流量不变，对不,可压缩均质流体，则体积流量不变，即,2,、整个管路的总摩擦损失为各管段及各局部摩擦损失之和，即,第五节管路计算,一、简单管路,-,指给定输送任务，如流量,V,s,，要求设计出经济、合理的管路，主要指确定优化的管径,d,对给定的流量,V,s,，若选定的,u,越小，则,d,越大，导致设备费用也越大；反之，,u,越大，则,d,越小，设备费用越小，但流体流动过程中的阻力损失却随,u,增大而变大，于是，输送流体所需的有效功率就越大，这意味着操作费用的增加。,使上述总费用为最小的平均流速称为优化流速,u,opt,或经济流速,。,一、简单管路,-,管路系统已定，要求核算出在操作条件改变 时管路系统的输送能力或某项技术指标。,操作问题举例：,习题课：,操作问题举例,解：,（,1,）,管内流量,1-1,面和,2-2,面（出口截面外侧）间有,：,【,例,】,如图，现将,阀门开度减小,，试定性分析以下各流动参数：管内流量、阀门前后压力表读数,p,A,、,p,B,、摩擦损失,w,f,（包括出口）如何变化？,不变,不变,（动能位能静压能）,一般变化很小，可近似认为是常数,（,2,）,p,A,：,1-1,面和,A-A,面间有：,习题课,：操作问题举例,【,例,】,如图，现将,阀门开度减小,，试定性分析以下各流动参数：管内流量、阀门前后压力表读数,p,A,、p,B,、阻力损失,w,f,（包括出口）如何变化？,（,3,）,p,B,：,B-B,面和,2-2,面（出口截面内侧）间有：,不变,不变,（,4,）阻力损失,w,f,（包括出口）,1-1,面和,2-2,面（出口截面外侧）间有：,不变,习题课,：操作问题举例,结论：,简单管路中局部阻力系数,，,如阀门关小,这个规律具有普遍性。,管内流量,，,阀门上游压力,，,下游压力,。,二、复杂管路,-,有分支和汇合,并联管路的特点,:,总流量等于各并联支管流量之和，对,=,常数的流体，则有：,并联各支管的阻力损失相等，即,Why?,二、复杂管路,长而细的支管通过的流量小，短而粗的支管则流量大,。,二、复杂管路,总流量等于各并联支管流量之和，对,=,常数的流体，则有：,可在分支点（或汇合点）处将其分为若干个简单管路，对每一段简单管路，仍然满足机械能衡算方程，以,ABC,段为例，有：,分支或汇合管路的特点,:,二、复杂管路,【,例,】,设计型问题举例,见下页图。,40,的粗汽油，,710 kg,m,-3,，液面维持恒定，用泵抽出，流经三通后分成两路。一路送到设备一的顶部，最大流量为,10800 kg,h,-1,，另一路送到设备二的中部，最大流量为,6400 kg,h,-1,。已估计出：阀全开时,h,f,AB,=2 m,液柱，,h,f,BC,=6 m,液柱,，,h,f,BD,=5m,液柱。,求泵所需功率，设泵效率为,60%,。,解,：这是分支管路设计型问题，可沿两分支管路分别计算三通,B,处的机械能总能头值,h,B,，从中选取较大者。,【,例,】,设计型问题举例,通向,设备一,的支路：,710 kg,m,-3,，设备一最大流量为,10800 kg,h,-1,，设备二最大流量为,6400 kg,h,-1,。,h,f,AB,=2 m,液柱，,h,f,BC,=6 m,液柱，,h,f,BD,=5m,液柱。泵效率为,60%,。求泵所需功率，,通向,设备二,的支路：,所以，须取,【,例,】,设计型问题举例,710 kg,m,-3,，设备一最大流量为,10800 kg,h,-1,，设备二最大流量为,6400 kg,h,-1,。,h,f,AB,=2 m,液柱，,h,f,BC,=6 m,液柱，,h,f,BD,=5m,液柱。泵效率为,60%,。求泵所需功率，,在液面,A-A,和,B-B,间列机械能衡算式：,W,或,15.4 kW,解：,（,1,）,k,1,关小，则,V,s1,减小。,V,s2,、,V,s3,不变,V,s,变小，故假设不成立,假设,V,s,变大,V,s,变小，故假设不成立,排除法,现将支路,1,上的阀门,k,1,关小，则下列流动参数将如何变化？,(1),总管流量,V,s,、支管,1,、,2,、,3,的流量,V,s1,、,V,s2,、,V,s3,；,(2),压力表读数,p,A,、,p,B,。,假设,V,s,不变,V,s,将变小,E,tA,、,E,tB,不变,E,tA,变小、,E,tB,变大,V,s2,、,V,s3,变小,V,s1,V,s2,、,V,s3,变大,E,tA,变大、,E,tB,变小,V,s,V,s2,V,s3,【,例,】,操作型问题分析举例,【,例,】,操作型问题分析举例,（,2,）压力表读数,p,A,、,p,B,现将支路,1,上的阀门,k,1,关小，则下列流动参数将如何变化？,(1),总管流量,V,s,、支管,1,、,2,、,3,的流量,V,s1,、,V,s2,、,V,s3,；,(2),压力表读数,p,A,、,p,B,。,V,s1,E,tA,变大,p,B,变小,E,tB,变小,p,A,变大,1-1,与,A,间的机械能衡算,B,与,2-2,间的机械能衡算,【,例,】,操作型问题分析举例,第六节,流体流动原理在食品工业中的应用,(,一,),变压头流量计,一、流速与流量测量,变压头流量计,变截面流量计,测速管,孔板流量计,文丘里流量计,1,、测速管：又称皮托（,Pitot,）管,p,结构：,如图所示,。,测速原理：,请点击看动画,测出,v,max,Re,max,平均速度,u,流量,1,、测速管,测速管加工及使用注意事项：,测速管的尺寸不可过大，一般测速管直径不应超过管道直径的,1/15,。,测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，一般测量点的上、下游最好各有,50,d,以上的直管段作为稳定段。,测速管管口截面要严格垂直于流动方向。,优点：,结构简单、阻力小、使用方便，尤其适用于测量气体管道内的流速。,缺点：,不能直接测出平均速度；,压差计读数小，常须放大才能读得准确。,(,一,),变压头流量计,测速管,孔板流量计,文丘里流量计,2,孔板流量计,结构：,如图所示,。,测量原理：,孔板,测出孔板上、下游两个固定位置之间的压差，便可计量出流量的大小。,取压方法：,采用角接法（取压口在法兰上）,思考：,1,、,2,间的压力分布为何呈现,上图所示的形状？,请点击看动画,2,孔板流量计,测量原理：,暂不计摩擦损失，,1,、,0,之间有：,考虑到流体有阻力损失,2,孔板流量计,对于测压方式、加工状况等均已确定的标准孔板，孔流系数,C,0,可以表示为：,C,0,值多在,0.6,至,0.7,之间,在孔板的设计和使用中，,C,0,值通常为常数,图,1-17,孔流系数,C,0,与,Re,及,(,d,0,/,d,1,),2,的关系,2,孔板流量计,优点：,构造简单，制造和安装都很方便,缺点：,机械能损失（称之为,永久损失,）大，,当,d,0,/d,1,=0.2,时，永久损失约为测得 压差的,90%,，,常用的,d,0,/d,1,=0.5,情形下，永久损失 也有,75%,。,安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，,上游长度至少应为,10d,1,下游为,5d,1,使用时的注意事项,：,(,一,),变压头流量计,3,文丘里（,Venturi,）流量计,收缩段锥角通常取,15,25,，,扩大段锥角要取得小些，一般为,5,7,测速管,孔板流量计,文丘里流量计,优点：,其永久损失小，故尤其适用于低压气体的输送（,式中,V,可 取为,0.98,0.99,）。,缺点：,加工比孔板复杂，因而造价高,安装时需占去一定管长位置。,(,一,),变压头流量计,总结：,变压头流量计的特点是,恒截面，变压头,(,二,),变截面流量计,特点：,恒压头，变截面,转子流量计：,微锥形玻璃管，锥角约为,4,左右,转子（或称浮子）,直径略小于玻璃管的内径；,转子密度须大于被测流体的密度,。,请点击看动画,结构：,如图所示,。,测量原理：,流体入,流体出,当流体不流动时，因重力,浮力，故转子沉在底部。,当流体流入时，转子受到重力和流体施加的向上的力（流体摩擦力的反作用力，包括浮力和升力），因（浮力升力）,重力，故转子将上升。,转子流量计,测量原理：,随着转子的上浮，环隙面积逐渐增大，环隙内流速将减小，于是升力也随之减小。,当转子上浮至某一高度时，升力与净重力（重力浮力）相等，转子受力达到平衡，并停留在这一高度上。,转子流量计就是依据这一原理，用转子的位置来指示流量大小的。,转子流量计,对照：孔板流量计,转子可以视为收缩口面积变化的孔板，将上式代入孔板流量计的公式，并用,C,R,表示转子流量计的流量系数，则,转子流量计,思考：,以下几个说法是否正确？,1,、转子流量计以转子的位置来指示流 量，是因为高度与流量成正比。,2,、转子流量计的环隙速度,u,0,为常数。,3,、转子流量计的升力不随流量而变。,转子流量计,读数常需换算：,转子流量计出厂前流量刻度是用,20,C,水或,20,C,、,101.3,kPa,的空气标定的的，如果使用时被测流体物性（,、,）与上述标定用流体不同，则流量计刻度必须加以,换算,：,V,s,1,、,1,标定用,流体的流量、密度；,V,s2,、,2,实际工作流体的流量、密度,转子流量计使用、安装中注意事项：,转子流量计必须垂直安装,应安装旁路以便于检修。,优点：,读取流量方便,流体阻力小，,测量精确度较高，,能用于腐蚀性流体的测量,流量计前后无须保留稳定段。,缺点：,玻璃管易碎，且不耐高温、高压。,转子流量计使用、安装中注意事项：,返回,目录,流体输送机械,二,、,流体输送机械,按工作原理分,:,特点：,依靠旋转的叶片向液体传送机械能,特点：机械内部的工作容积不断发生变化。,二,、,流体输送机械,1,、离心泵的主要部件及工作原理,(1),离心泵的主要部件,：,二,、,流体输送机械,（一）离心泵,叶轮,闭式叶轮的内漏最小，故效率最高，敞式叶轮的内漏最大。,但敞式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象,思考：,三种叶轮中哪一种效率高？,叶轮是离心泵的心脏部件，有,6,至,12,片弯曲的叶片。,(1),离心泵的主要部件,：,思考：,泵壳的主要作用是什么？,泵壳,汇集液体，并导出液体；,能量转换装置（动能变静压能）,呈蜗牛壳状,轴封装置,(1),离心泵的主要部件,：,-,减少泵内高压液体外流，或防止空气侵入泵内。,对于输送酸、碱的离心泵，密封要求比较严，多用机械密封。,（,2,）离心泵的工作原理,请点击观看动画,思考：,流体在泵内都获得了哪几种能量？,其中哪种能量占主导地位？,思考：,泵启动前为什么要灌满液体,气缚现象,答案：动能和静压能，其中静压能占主导,1,、离心泵的主要部件和工作原理,离心泵的主要性能参数,铭牌2,、离心泵的主要性能参数和特性曲线,转速,H,，又称扬程，泵对单位重量流体提供的有效能量，,m,。可用如图装置测量。,Q,，泵单位时间实际输出的液体量，,m,3,/s,或,m,3,/h,。可测量。,n,，单位,r.p.s,或,r.p.m,在泵进口,b,、泵出口,c,间列机械能衡算式：,流量,压头,2,、离心泵的主要性能参数和特性曲线,轴功率和效率,轴功率，用,N,表示，单位,W,或,kW,效率,，无量纲,有效功率,N,e,=,m,s,w,e,Q,gH,，,单位,W,或,kW,三者关系（如图）：,2,、离心泵的主要性能参数和特性曲线,轴功率和效率,N,Ne,机械损失,容积损失,水力损失,小型水泵：,一般为,50,70%,大型泵：,可达,90%,以上,（,1,）容积损失：,（,2,）水力损失,（,3,）机械损失,内漏,与效率,有关的各种能量损失：,环流损失、阻力损失和冲击损失,泵轴与轴承、密封圈等机械部件之间的摩擦,2,、离心泵的主要性能参数和特性曲线,NQ,曲线,Q,曲线,测定条件：,固定转速，,20,C,清水,上述这些主要性能参数间的关系无法理论推得，一般由厂家测定，并用曲线表示出来，称为离心泵特性曲线。常用的共有三条线，如图。,H,Q,曲线,2,、离心泵的主要性能参数和特性曲线,（,2,）离心泵的特性曲线,设计点,最高效率,5,8,区域为泵高效区,由图可见：,Q,，,H,，,N,，,有最大值（设计点）。,思考：,离心泵启动时出口阀门应关闭还是打开，,why,？,2,、离心泵的主要性能参数和特性曲线,（,2,）离心泵的特性曲线,离心泵特性曲线的影响因素,液体性质,密度,:,黏度,:,当,比,20,清水的大时，,H,，,N,，,实验表明，当,20,倍清水的黏度（,20,）时，,对特性曲线的影响很小，可忽略不计。,对,H,Q,曲线、,Q,曲线无影响，但,故,，,N,Q,曲线上移。,离心泵特性曲线的影响因素,叶轮转速,当转速,变化不大时（小于,20%,），利用出口速度三角形相似的近似假定，可推知：,若,不变，则,比例定律,离心泵特性曲线,的影响因素,叶轮直径,当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于,20%,，则,若,不变，则,什么是安装高度？,泵轴与吸液方液面间的垂直高度，称为安装高度，用,H,g,表示。可正可负。,思考：,安装高度为什么受限制？,3,、离心泵的汽蚀现象与安装高度,图,1-23,离心泵的安装高度,思考：,安装高度为什么受限制？,为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度,H,g,max,。,(1),汽蚀现象：,叶片背面,当,p,k,p,v,时，,K,处发生部分汽化现象。,叶片表面产生蜂窝状腐蚀,；,泵体震动，并发出噪音；,流量、压头、效率都明显下降；,严重时甚至吸不上液体。,3,、离心泵的汽蚀现象与安装高度,（,2,）离心泵的安装高度,3,、离心泵的汽蚀现象与安装高度,汽蚀余量,h,是泵的特性参数之一，由厂家测定。,防止汽蚀现象,的,措施,：,要求泵的安装高度不能超过某一定值，以确保泵内,p,K,p,v,h,min,的实验测定,：,用,20,清水测定。以泵的扬程较正常值下降,3%,作为发生汽蚀的标志，测定泵刚好发生汽蚀时的,p,e,即可,实际的安装高度还应比允许值低,0.5,1m,。,在液面,0-0,与截面,1-1,之间列柏努利方程，得：,图,1-23,离心泵的安装高度,3,、离心泵的汽蚀现象与安装高度,（,2,）离心泵的安装高度,当输送条件与测定条件不同时，则要对,h,值进行校正。求校正系数的曲线载于泵的说明书中。校正系数常小于,1,，故为简便计，也可不校正，而将其视为外加的安全因数。,h,的校正：,3,、离心泵的汽蚀现象与安装高度,（,2,）离心泵的安装高度,4,、离心泵的工作点与流量调节,泵,-,供方,管路,-,需方,匹配：,（,1,）离心泵的工作点,泵提供的流量,=,管路所需的流量,泵提供的压头,H,=,管路所需的压头,h,e,-,管路所需压头,h,e,与流量关系曲线,管路特性曲线,管路特性方程,与流量无关,与流量有关,对如图所示的管路列机械能衡算式：,4,、离心泵的工作点与流量调节,（,1,）离心泵的工作点,调节阀门（改变曲线中的,B,）,改变,n,、切割叶轮,阀门开大,阀门关小,工作点,两种方法,缺点：多耗动力，并可能使泵低效率区工作,优点：迅速、方便，可在某一最大流量与零之间随意变动。,不经常改变流量时用，大中型泵的流量调节倾向于首先考虑采用这一技术,4,、离心泵的工作点与流量调节,（,2,）离心泵的流量调节,5,、离心泵的并联和串联操作,（,1,）并联操作,图,1-26,离心泵的并联操作,工作点,合成特性曲线,5,、离心泵的并联和串联操作,（,2,）串联操作,图,1-27,离心泵的串联操作,工作点,合成特性曲线,低阻管路,(a),选择并联,.,高阻管路,(b),选择串联,.,a,b,串,并,qv,0,H,1,1,2,2,取决于管路特性,(3),如何选择,类型,：,不下百种,6,离心泵的类型、选用与安装操作,高效区,选用原则：,定类型,-,根据流体性质及操作条件,定规格,-,根据流量、压头；,裕量控制在,10%,左右。,校核泵的特性参数,返回,目录,6,、离心泵的类型、选用与安装操作,安装与运转：,泵的安装高度必须低于允许值，以免出现汽蚀现象或吸不上液体,离心泵启动前，必须于泵内灌满液体,，,防止气缚现象。,离心泵应在出口阀关闭即流量为零的条件下启动，此点对大型的泵尤其重要,运转过程中要定时检查轴承发热情况，注意润滑,返回,目录,6,、离心泵的类型、选用与安装操作,离心泵设计选型计算举例,【,例,】,要用泵将河水以,100 m,3,/h,的流量，输送到一高位槽中，已知高位槽水面高出河面,10 m,，此流量下管路系统的总压头损失为,7 mH,2,O,。试选择一适当的离心泵并估算由于阀门调节而多消耗的轴功率。,【,解,】,取,h,e,的,1.05,1.1,倍则为,17.918.7m,。,根据已知条件，选用清水泵。以河面所在水平面为基准面，在河面与高位槽水面间列柏努利方程式，则管路所需压头为,查得：,IS100-80-125,，,n,2900 r,min,-1,泵的性能参数为：流量,Q,100 m,3,/h,；压头,H,20mH,2,O,；轴功率,N,7.00 kW,；效率,78%,。,由于所选泵压头稍高，操作时靠略为关小阀门调节，故由于用阀调节而多消耗的轴功率为,：,离心泵设计选型计算举例,第一章 小结,第一章 小结,重要概念：,连续介质、等压面、牛顿黏性定律、黏度,及其影响因素、雷诺数、层流与湍流的本质区别、量纲分析法本质、边界层概念、边界层的形成和发展、边界层分离,设备及仪表：,压差计、流量计等结构及测量原理。,离心泵的设计选型计算,