化工-第二章流体流动与输送.ppt

化学工程基础 Fundamentals of Chemical Engineering,河南理工大学物理化学学院 张大峰 Tel:E-mail: ,第二章 流体流动与输送,2.1 流体静力学 2.2 流体流动 2.3 流体流动系统的质量衡算 2.4 流体流动系统的能量衡算 2.5 管内流动阻力 2.6 流体流量的测量 2.7 流体输送设备,3,本章主要内容：,1. 主要讨论流体处于相对静止和流动过程的基本原理和基本规律：流体静力学基本方程、连续性方程、机械能衡算方程、流动阻力及能量损失的计算；,2. 流体在输送系统中压强的变化与测量；,3. 输送管路设计与所需功率的计算；,4. 流量测量；,5. 输送设备的选型与操作；,掌握： 流体的密度、粘度和压强的定义、单位和换算 流体静力学基本方程式、流量方程式、连续性方程式、柏努利方程式及其应用 流体的流动类型及其判定，雷诺数及其计算 流体在圆形直管内阻力及其计算 了解： 圆形直管内流体流动的速度分布，边界层的基本概念 局部阻力的计算 孔板流量计、转子流量计的基本结构、测量原理 了解典型流体输送设备离心泵,2.1 流体静力学,基本名词 流体的静力学属性及静力学方程 流体静力学方程的应用,2019/7/7,6,2.1 流体静力学,2.1.1 基本名词,1.流体,是否仅指液体？,2019/7/7,7,流体微团（或流体质点）：,宏观上足够小，以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；,同时微观上足够大，它里面包含着许许多多的分子，其行为已经表现出大量分子的统计学性质.,2019/7/7,8,流体的特征,气体 液体,9,2.流体的静力学属性,1) 流体的密度,2019/7/7,10,液体混合物： (无体积效应),气体混合物：,(wn：质量分数),(n：体积分数),11,3）流体的压强及其表示方法,流体的压强：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，简称压强。用p表示，工程上习惯称之为压力。,12,表压绝对压力 - 当地大气压,真空度当地大气压 - 绝对压力,（2）压强大小的两种表征方法,绝对压强,表压强,【例】：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33kPa。,分析：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压，根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 解: 绝压=大气压 - 真空度 = 85300 80000 = 5300Pa 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030Pa,14,2.1.2 流体静力学基本方程式,如重力、离心力等，属于非接触性的力。,法向力 (压力),切向力 (剪力),- 单位面积上的压力称为压强,习惯上称为静压力。,- 重力场中单位质量流体所受质量力,即为重力加速度。,反映了流体不受水平外力作用，只在重力作用下流体内部压力（压强）的变化规律。,15,流体静力学方程的推导,如图所示，取一垂直流体柱，其底面积为A，在距底面高度为z的水平面上作用的压强为p，分析此水平面上厚度为dz的薄层流体所受的力为：,(1) 向上作用于薄层底面的总压力pA；,(2) 向下作用于薄层顶面的总压力(p+dp)A；,(3) 薄层向下作用的重力gdzA,16,流体静止时，作用于流体柱的力处于平衡状态，三力之和应等于零，即：,简化得：,pA - (p + dp)A - gAdz = 0,dp + gdz = 0,若为常数，上式的不定积分：,如取z1和z2为积分下、上限，而作用于z1和z2两个平面上的压强分别为p1、p2，则：,流体静力学方程,17,适用场合：绝对静止、连续、均质、不可压缩流体,流体静力学基本方程式的讨论,压强可以用液柱高度表示； 静止流体内部任一点的压强仅为深度的函数 同种流体，同一水平面上的压强相等； 液面上方的压强能够以同样的大小传递到流体内部； 静止流体内部任一点，位能与静压能之和为一常数。,2019/7/7,18,U形管压强计,p1 - p2 = (0 - )gR,p1 - p2= 0gR,？,？,2.1.3 流体静力学基本方程式的应用,若 0,2019/7/7,19,液位计,p1 = p2 h1 = h2,化工生产中为了了解容器里物料的储存量，需要使用液位计进行液位的测量。,2019/7/7,20,液封,p = pA + 水gh h = (p pA)/ 水g,2019/7/7,21,例：如图所示，蒸气锅炉安装一复式U型水银测压计，截面2-4，6-7之间充水，其余为Hg，已知对基准面而言，各点的标高为：,z0 = 1.8 m, z2 = 0.9 m, z4 = 2.0 m, z6 = 0.7 m, z7 = 2.5 m, 试计算锅炉内水面上蒸气压强p（表压和绝对压强）,2019/7/7,22,解：根据流体静力学方程， p1 = p2, p3 = p4, p5 = p6 对于水平面1-2：p2 = p1 = pa + Hgg(z0 z1) 对于水平面3-4：p4 = p3 = p2 - H2Og(z4 z2) 对于水平面5-6：p6 = p5 = p4 + Hgg(z4 z6) 锅炉上方蒸气压强 p = p6 - H2Og(z7 z6) = pa + Hgg(z0 z1) - H2Og(z4 z2) + Hgg(z4 z6) - H2Og(z7 z6) = 3.66 105 Pa p pa = 2.65 105 Pa,2.2 流体流动,流体的流量和流速 稳态流动与非稳态流动 流体型态 牛顿粘性定律 边界层及边界层分离 流体在管内的速度分布,2019/7/7,24,2.2 流体流动,2.2.1 流体的流量和流速,2019/7/7,25,管路直径的估算与选择,26,2.2.2 稳态流动与非稳态流动,(1) 稳态流动（定常态流动）,流体流动过程中，任一截面上与流动相关的物理量 (流速、压强、密度等) 不随时间变化的流动。,(2) 非稳态流动（非定常态流动）,在流动过程中，流体在任一截面上的物理量随时间而变化的流动。,化工生产多属于连续稳定过程,27,(1)雷诺实验,2.2.3 流动型态,层流,过渡流,湍流,28,(2). 流动型态,层流、湍流,注！过渡流不是一种流型,29,2.2.4 牛顿粘性定律,粘性：流体流动时，产生阻碍流体流动的内摩擦力的一种流动特性，其大小用粘度来衡量,30,牛顿粘性定律：计算层流流体粘度引起的流体内摩擦力F,2019/7/7,31,du/dy: 法向速度梯度，s-1 : 比例系数, (动力)粘度, Ns/m2,内摩擦应力（剪应力）：单位面积上的内摩擦力,（N/m2）,牛顿粘性定律：流体层间的内摩擦应力或剪应力与法向速度梯度成正比,2019/7/7,32, 的物理意义：当速度梯度du/dy = 1时， =，即因流体粘性而产生的剪应力，反映了流体的粘性； 其数值一般由实验测定，与压强关系不大，受温度影响较大。液体：T、 ；气体： T、 。,粘度的常用单位,1 P(泊) = 100 cP(厘泊) = 0.1 Nsm-2 = 0.1 Pas,33,牛顿粘性流体,凡服从牛顿粘性定律的流体，如水、空气、一般气体和低分子量溶液等，称为牛顿型流体；而相对分子质量大的高聚物熔融体等，不服从牛顿粘性定律，则称为非牛顿型流体。本章仅讨论牛顿型流体。,34,2.2.5 流动边界层及边界层分离,(1) 边界层的形成,实际流体沿壁面流动时，流体中存在：边界层和主流区,速度梯度和内摩擦阻力主要集中于边界层,35,(2) 边界层的发展,层流内层的厚度与管内流体流动的雷诺数有关，Re = 105时，b = 0.026d,稳定段长度L0 (入口至边界层汇合处),36,(2) 边界层的发展,稳定段长度L0 (入口至边界层汇合处)也与Re有关，对于层流：L0/d = 0.0575Re，湍流：50 100d,37,(3) 边界层的分离,指：流体通过曲面流动时，出现的边界层脱离固体壁面的流动现象.,产生漩涡 属于形体阻力,38,边界层分离示例,2019/7/7,39,流体的粘性决定： 圆形管道截面上，流体质点的流速沿管道半径方向不同，且管壁处质点速度=0，而管道中心处其速度最大,管内层流流速分布,管内湍流流速分布,2.2.6 流体在管内的速度分布,40,(1) 层流速度分布（匀速）,Fp1,Fp2,FW,流体柱的受力分析:,2019/7/7,41,42,（b）（c）相除得：,(c),在管中心，r = 0，流速最大umax =:,43,(2) 湍流速度分布,44,(3) 平均流速,层流,湍流,湍流时，雷诺数越大，平均流速越接近于管中心的最大速度,2019/7/7,45,2.3 流体流动系统的质量衡算,流体流动过程中涉及三大守恒定律：,质量守恒,动量守恒,能量守恒,质量衡算,能量衡算,46,流体定常态流动时的质量衡算,根据质量守恒定律有：,连续性方程式（仅适用于定常态流动）,流入系统的流体质量流量 = 流出系统的流体质量流量,47,思考： 如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？,柏努利方程的推导,2.4 流体流动系统的能量衡算,1.伯努利方程式：能量衡算式,49,压力能的概念：,在静止和流动流体内部都存在着静压强，因此，系统的任一截面上都具有压力。当流体要通过某一截面进入系统时，必须要对流体做功，才能克服该截面的压力，把流体压入系统内。这样通过该截面的流体便带着与此功相当的能量进入系统，流体所具有的这种能量称为压力能或静压能。,= qmp/,50,流体稳定流动时的能量衡算,qmU1 + qmgz1 + qmu12/2 + qmp1/1 + Qe +W,qmU2 + qm gz2 + qmu22/2 + qm p2/2 + E失,= p1qV,2019/7/7,51,1) 理想流体流动过程的能量衡算,52,2).实际流体流动过程的能量衡算,53,对实际流体的能量衡算：,可写成：,54,机械能衡算方程（柏努利方程）讨论：,(1) 适用条件：不可压缩（压强变化 20%）、连续、均质流体、等温流动,(3) 理想流体的柏努利方程表明，理想流体在等温流动过程中任意截面上的总机械能或总压头为常数，但不同截面上各形式的能量不一定相等，相互间可转换,55,伯努利方程式的应用,使用机械能衡算方程时，应注意以下几点：,系统的选取：,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。,系统的流体必须连续、均质； 有流体进出的那些流通截面应与流动方向相垂直，且已知条件最多； 包含待求变量,通常选两截面之一为基准面,(m),2019/7/7,56,例：从一水池中用虹吸管吸水，系统的尺寸如图所示。所用的虹吸管直径为38 mm 2.5 mm。 1）求水管每小时的输水量(qV)（设管道的阻力可忽略）； 2）A点位于进水口水管的中心，B点位于水管顶端的中心。求输水过程中A, B两点的静压强。（水的密度取1000 kgm-3）,z1 = 3 m z2 = 0 u1 = 0 u2 = ?待求 p1 = 0 p2 = 0 He = 0 hf = 0,2019/7/7,57,2019/7/7,58,2) 求A, B两点的静压强：,在水池液面与水管进口A截面处列出柏努利方程式（以水池液面为基准面）,2.5 管内流动阻力,直管阻力损失计算通式 层流流动的阻力损失计算 湍流摩擦阻力计算与量纲分析法 非圆型管内的流动阻力* 局部阻力损失计算,2019/7/7,60,流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。,化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是管件、阀门等。 相应流体流动阻力也分为两种：,61,若1 kg流体流动时产生的阻力损失为hf (Jkg-1) ，则流体密度为时，1 m3流体流动时的阻力损失为hf ，其单位与压强的单位一致，故此时阻力损失可用压强降来表示：,hf = hf + hf,总阻力损失：,p = hf = (hf + hf),62,范宁公式,范宁公式适用于不可压缩流体的定常态流动，可用于层流、湍流，计算阻力损失的关键是确定不同流动型态下的摩擦系数。,2.5.1. 直管阻力损失计算通式,阻力损失来源：靠近管壁处流体内产生的摩擦应力,2019/7/7,63,管壁处的剪应力W与压强降p = p1 p2关系的推导:,截面1-1、2-2间流体的受力：, 压强差p 引起：, 管壁处剪切力Fw引起：,Fw =WA = W(dl),64,即：,流体作定常态流动时，受力平衡：,改写上式：,（p W关系）,65,令范宁因子f：,以上几式均称为范宁公式,注意：压力损失p是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差p = p1 p2意义不同，只有当管路为水平时，二者才相等,66,2.5.2 层流流动的阻力损失计算,67,2.5.2 层流流动的阻力损失计算,设厚度为dr的流体薄层的截面积为dA，半径r处的流速为ur，则该流体的体积流量dqV为：,层流阻力损失计算,dqV = ur2rdr,当r从0R时，dqV从0qV，上式两边积分得：,68,则，管内流体的平均流速u为：,（d:管道内径）,Hagen-Poiseuille方程，表示管内流体作层流运动时平均流速u与压强降p的关系,69,则，管内流体的平均流速u为：,（d:管道内径）,Hagen-Poiseuille方程，表示管内流体作层流运动时平均流速u与压强降p的关系,70,对比：,71,2.5.3 湍流摩擦阻力计算与量纲分析法,用量纲分析法确定湍流的摩擦阻力系数 原因：湍流的剪应力不能用牛顿粘性定律表示。,若按照常规方法，固定其中四个变量而改变一个变量来研究每个变量对摩擦系数的影响，则需作55=3125次实验。,72,为了减少实验次数，应用量纲分析法来处理。,量纲分析法：将许多影响因素，归纳整理成为数不多的几个特征数，然后以这几个特征数为变量，即可使实验的次数大为减少。,73,根据量纲一致性原则，上式两边每个基本量纲的量纲指数 应相等，故有：,L： a+b-3c-e=0 M： c+e=0 T： -b-e=0,解得：,a = -e; b = -e; c = -e,74,式中 /d为管壁粗糙度 和管径d之比，称为相对粗糙度，量纲为1。,若考虑管壁的粗糙度对于摩擦系数的影响，也只有两个量纲为1的变量Re和 /d, 即：,75,对于光滑管，经实验测定，有以下两种结果：,一：,柏拉修斯式，适用于Re: 5k 100k,二：,2019/7/7,76,摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度 /d的关系,莫狄(Moody)摩擦系数图,Re ,77,例：用一直径 32 mm 3mm，长度l = 30 m的不锈钢管输送密度 = 1.84 103 kgm-3、粘度 =2.5 10-2 Pas的浓硫酸，当管内流速分别用u = 0.50 ms-1和2.3 ms-1时，试分别计算管道所产生的压强降p（不锈钢管道的粗糙度= 0.3 mm）,78,79,80,(1) 当量长度法,(2) 阻力系数法,当量长度法：局部阻力损失折算成与其相当的直管长度的摩擦阻力损失来计算。即：“当量长度”，以le表示。,阻力系数法：局部阻力引起的能量损失用动能倍数表示，：局部阻力系数，量纲为1，实验测定。,2.5.5 局部损失计算,导致局部阻力的部分管件阀门,闸阀,止逆阀,82,例：用泵将溶剂由地面贮槽输送至距槽内液面10 m高处的塔中。地面贮槽通大气，塔内压力为0.2 atm（表压），流量qV = 6 m3h-1时，输送管道为 32 mm 3mm的无缝钢管，管长l = 20 m，泵的吸入管路底部有一摇板式止逆底阀，管路中有10个标准90 弯头， 一个标准截止阀（全开）， 一个闸阀（全开）。 求输送单位质量流体需要 提供的机械能。 （输送温度下溶剂的物性： = 861 kgm3， = 6.43 10-4 Pas）,83,解：取贮槽液面为截面1-1，管路出口端面为截面2-2，并以1-1面为基准面，在两截面间列能量衡算式：,84,p2 p1 = 0.2 atm =2.026 104 Nm-2,溶剂在管中的流速：,取管壁粗糙度 = 0.3 mm，则/d = 0.00938,查图得：摩擦系数 = 0.038,85,查表得各管件的局部阻力系数值分别为：,因此，单位质量流体需获得的能量为：,90 标准弯头 = 0.75 摇板式止逆底阀 = 2 闸阀（全开） = 0.17 标准截止阀（全开） = 6.0,86,工程上计算流体流动阻力时，若能估计出管路在使用中的腐蚀情况，则应按估计的值查取 而不能用新管的 ，较常用的办法是采用安全系数，即按使用 情况将根据新管的查出的乘以大于1的安全系数。一般平均使用510年的钢管，其安全系数可取1.21.3，以适应粗糙度的变化。,p70,习题7：如图所示，高位水槽液面恒定，距地面10 m，水从108 mm 4 mm钢管流出。钢管出口中心线与地面的距离为2m，管路的总阻力（包括进、出口等局部阻力损失）可按hf = 16.15u2 Jkg-1计算，式中u为水在管内的流速（ms-1）。求： （1）A-A截面处的流速为多少？ （2）水的流量为多少?,88,例：液体由高位槽流向一密闭的连续流动反应器，反应器内压强为4.5 104 Pa(表压)，输送管道为 108 mm 4 mm的无缝钢管，管长l = 30 m，流速u = 0.8 ms-1时。求计算高位槽液面与反应器液面之间的垂直高度(两液面保持不变)。(输送温度下溶剂的物性： = 720 kgm3， = 1.7 10-3 Pas),已知： 钢管绝对粗糙度 = 0.3 mm 孔板流量计 le/d = 200 由储槽进入导管处 le/d = 20 其余均为标准件 2个全开闸阀 2个90 弯头 1个三通 1个截止阀（半开）,89,90,（2）求le：查表 孔板流量计: le/d = 200 由储槽进入导管处: le/d = 20 2个全开闸阀: le/d = 9 2 = 18 2个90 弯头: le/d = 35 2 = 70 1个三通: le/d = 50 1个截止阀（半开） le/d = 475 le = 833,91,（3）求Hf：,92,2.6 流体流量的测量,孔板流量计 转子流量计,94,2.6.1 孔板流量计,孔板流量计操作示意图,流量测量是化工生产中的一个重要操作,0-0：带圆孔的孔板 1-1：流体截面尚未收缩处 2-2：流体截面收缩至最小处（缩脉） a, b：孔板前后，接U型管压强计,2019/7/7,95,(1) 测量原理（机械能守恒）,数据： 1-1：p1, u1, z1, A1 2-2：p2, u2, z2, A2 0-0：p0, u0, z0, A0,96,根据流体流动性方程：qV = u1A1 = u2A2,97,用孔板0-0截面处数据代替缩脉2-2截面数据， 即：u0和A0代替u2和A2，pa和pb代替p1和p2， 并作校正得：,2019/7/7,98,若U型管压强计中液体密度为0，读数为R，则：,99,结构简单，制作容易； 采用不同孔口直径的孔板可测量不同流量范围的流量，应用广泛； 缺点是阻力损失大，若孔口边缘受流体腐蚀或磨损，应定期校正，实际生产常用文丘里流量计。,孔板流量计的优缺点：,文丘里流量计,2019/7/7,100,2.6.2 转子流量计,构造：,由一个倒锥形的玻璃管和一个能上下移动并且比流体密度大的转子构成，流体自下而上流动，转子的上浮高度，表示流体的流量,2019/7/7,101,测量原理和计算公式,垂直向上的推动力，等于流体流经转子与锥管间的环形截面所产生的压力差； 垂直向下的净重力，等于转子所受的重力减去流体对转子的浮力.,转子受到两个力的作用：,转子上下端压强差造成的升力 = 转子的重力 转子所受浮力,2019/7/7,102,设：转子体积Vf，密度f，最大截面Af，流体密度，当转子处于平衡状态时，则有：,103,转子处于平衡状态时，转子稳定在锥管中某一高度，管壁与转子之间的环形面积不变，这种情况与流体流过孔板流量计的孔口情况相似，故计算转子流量计流量的公式可仿照孔板流量计的流量公式表示为：,104,AR：转子与管壁之间的环隙面积，m2，实际生产中的唯一变量 CR：转子流量计的流量系数，量纲为1，由实验测定,105,其他流体流量的校正：,（1）液体,（2）气体,转子流量计的结构简单，读数方便，精度较高，阻力损失较小，故应用较为普遍。但不能经受高温高压，在安装时注意保持垂直。,1：标定用液体 2：被测流体 f：转子,1：标定用气体 2：被测气体,2.7 流体输送设备,离心泵的构造及工作原理 往复泵 旋转泵 真空泵,107,输送液体泵 输送气体鼓风机或压缩机。,离心式流体输送设备 往复式流体输送设备 旋转式流体输送设备,用来输送流体并向流体提供能量的机械设备,分类：,根据介质分类,按照工作原理分：,2019/7/7,108,1.离心泵,构造,（1）叶轮：离心泵核心部件，由6-12片叶片组成，构成数目相同的液体通道。按有无盖板分为开式、闭式和半开式。,开式：输送含较多固体的悬浮液或浆状、糊状物料。 半开式：输送含固体颗粒、杂质流体。 闭式：输送洁净的流体，扬程高。,109,（2）泵壳：泵体的外壳，在叶轮四周形成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。此外，泵壳还设有与叶轮所在平面垂直的入口和切线出口。 （3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的一根轴。它由电机带动旋转，以带动叶轮旋转。,110,离心泵的工作原理,从轴心至叶轮边缘，提速,进入叶轮与泵壳间的通道，且截面渐大动能静压能（压强增大）,轴心处形成负压，流体吸入,叶轮旋转，液体甩向叶轮边缘，中心液体减少,111,离心泵的特性参数,离心泵的主要性能参数有扬程、流量、轴功率和效率,扬程：又称泵的压头，指泵对每牛顿重力的液体提供的机械能，He，单位m， 与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程不是升举高度！,112,测定：1-1，2-2截面间能量衡算,He泵的扬程，m H0 （z2 z1）, m H1 真空表度数, m H2 压强计度数, m,扬程He,113,流量：指泵在单位时间内输送流体的体积，又称送液能力，qV, 单位m3s-1或m3h-1，由实验测定,114,115,离心泵的特性曲线,表征离心泵He、P、qV 间的关系，反映泵的性能，是分析和选用泵的重要依据,116,例：用泵将地面贮槽中密度为1840 kgm-3的液体以1.5 kgs-1的流量送至贮罐中。地面贮槽内液面恒定，贮罐高出地面贮槽液面10 m，地面贮槽和贮罐皆通大气。输送管道内径25 mm，流动过程的能量损失为52.0 Jkg-1，若泵的效率为50%，计算泵所需的轴功率。,即求：扬程He,能量衡算：1-1，2-2截面间，且1-1面为基准面,117,解： 以1-1截面为基准面，在两截面间应用柏努利方程：,118,有效功率：,所以轴功率：,效率为 = 50%,P =Pe/ = 454.4 W,119,例：用泵将温度为20 C的水，以qV =10.8 m3h-1的流量通过48 mm 3.5 mm的管道由低位贮槽送到高位贮槽，两槽均通大气。入口管不伸到高位槽液面内。管道的水平距离为150 m，垂直高度为10 m其中各种管件和阀门的当量长度为管径的260倍，管壁的绝对粗糙度为0.3 mm，若泵的效率为60%，问需要多大功率的离心泵？,即求：扬程He,能量衡算：1-1，2-2截面间，且1-1面为基准面,120,解： 以1-1截面为基准面，在两截面间应用柏努利方程：,121,判断流型：,流动型态为湍流,相对粗糙度：,查表得： = 0.034,以上数据代入式：,得扬程：,122,有效功率：,所以轴功率：,效率为 = 60%,P =Pe/ = 2.3 kW,123,例：某车间要将密度为 = 1200 kgm-3的溶液以qV =100 m3h-1的流量从贮槽送到高10 m（从贮槽的液面向上计算）的高位槽内，贮槽内的压强为0.1 MPa（绝对压强），高位槽内的压强为0.05 MPa（表压），导管的直径为159 mm4.5 mm，管路的长度为150 m（直管长度加上局部阻力的当量长度）。 假设管路的摩擦系数为 = 0.03， 问能否选用扬程He = 17.1 m， 送液能力为0.0306 m3s-1的离心泵？,124,125,所需泵的扬程：,以两贮槽内液面分别为1-1、2-2截面，且取1-1截面为基准面，在两截面间应用柏努利方程，得：,126,127,离心泵的安装高度,如图：若增加泵的安装高度Hg，则叶轮中心处的压力p必然下降。当Hg增加，而p下降至被输送流体在操作温度下的饱和蒸气压时，将在泵内产生： 被输送流体在叶轮中心处发生气化，产生大量气泡； 气泡由中心向周边运动，由于压力增加而急剧凝结，产生局部真空，周围液体高速冲向真空区域； 气泡冷凝发生在叶片表面时，众多液滴高频撞击叶片； 加速叶片的腐蚀 。,气蚀现象,128,安装高度,如图：取泵吸入贮槽水面为截面0-0，水流方向垂直面为截面1-1，并以0-0截面为基准面，进行能量衡算,z0 = 0, z1 = Hg, pa :槽面大气压强， p1：泵入口压强 u0 = 0， u1：入口流速,129,设：,Hs = (pa p1)/g,得离心泵的安装高度Hg：,而： z1 = Hg,130,u12/(2g): 吸入管路上的流体动压头，u1 Hg，故离心泵的吸入管径常大于压出管径，以减小u1 Hf：吸入管路的阻力损失，管路上尽量减少管件、阀门等可减小Hf ，增大安装高度Hg 最大安装高度：开始发生气蚀时的安装高度， Hg,max = (pa p1)/(g) = Hs,习惯用Hs = (pa p1)/(g)液柱高度：允许吸上真空高度；实验测定；产品说明书上常为98.1 kPa下输送20 清水时的结果,开始发生气蚀时的(pa p1)：允许吸入压差；,131,例：某工段领到一台离心泵，泵的铭牌上标着：流量qV =20 m3h-1，扬程He = 30.8 mH2O，转速n = 2900 rmin-1，允许吸上真空高度Hs = 7.2 m，泵的流量和扬程均符合要求，若已知管路的全部阻力为1.8 mH2O，当时当地大气压为736 mmHg，试计算： (1) 输送20水时泵的安装高度为多少？ (2) 输送90水时泵的安装高度又为多少？,2019/7/7,132,133,(2) 输送90水时的安装高度 此时由于水温高, 允许吸上真空高度会有很大变化, 应进行换算： 已知：大气压为736 mmHg 10 mH2O，查表得90时水的饱和蒸汽压pt = 70.1 kPa，该温度下水的密度为 965.3 kgm-3,计算出的Hg为负值，这说明此离心泵在输送90的水时，其安装位置应在贮槽液面以下的2.0 m处.,134,水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体。结构简单，操作容易。 耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成，要求密封可靠。 油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。 泥浆泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。,离心泵的类型,离心泵结构简单，流量均匀操作方便，易于调节和控制，适用于输送各类液体或浆液，应用范围广泛，在化工生产中，约占用泵数量的80% 90%,135,离心泵的选用,选用离心泵一般按以下步骤进行：,首先，根据输送液体的性质和操作条件，选定泵的类型； 按输送任务中的最大流量和设计的输送管路系统计算所需压头（用柏努利方程）； 根据流量和所要求的压头从泵的产品目录中选用泵的合适型号，并留有一定的冗余； 最后根据泵的特性参数（流量和扬程）核算泵的轴功率。,136,2.7.2 往复泵,利用活塞的往复运动将能量传递给液体，以完成液体输送,单动泵：活塞往复一次，吸、排液交替进行各一次，输送液体不连续； 双动泵：活塞两侧都装有阀室，每次行程都在吸液和排液，供液连续，但不均匀； 三联泵：三台单动泵并联，但冲程互相错开120，供液连续均匀。,往复泵的扬程几乎与流量无关，理论上压头可以任意高，但要受泵体和输液管路承压能力的限制。,137,2.7.3 旋转泵,泵壳内有两个齿轮：主动、被动。 吸入腔两齿轮拨开，形成低压吸入液体；液体