过程流体机械1.绪论

过程流体机械,教学课件,0.前言,1.本课程特点：是本专业核心课程，涉及内容广泛，教材内容信息量大，具有一定深度，作业有一定难度。立足设计，主要是机器的选型与使用。2.教材：李云、姜培正（主编）过程流体机械第二版3.参考书：流体机械、过程机械（过程机器）、压缩机、泵、离心机相关的资料,0.前言,4.过程流体机械教学核心：讲授关于在化工生产中对所加工的对象进行机械作用（压缩、输送、分离等）的机械。重点介绍：基本概念；各种流体机械（往复式压缩机、离心式压缩机、离心泵、离心机）的工作原理、运行特性、基本性能以及影响效率的因素；分析机器的基本结构原理、主要零部件的特点；根据要求正确选型与应用。,0.前言,5.课程安排（共16周，48学时）：第1章：绪论（1-2学时）第2章：容积式压缩机（17-18学时）第3章：离心式压缩机（13-14学时）第4章：泵（6学时）第5章：离心机（6学时）作业讲解及总复习：剩余时间,6.考核方法：平时成绩（作业、考勤）(30%)期末考试成绩(70%)7.几点要求：1）不准迟到。2）不准旷课，事假或病假要有假条。3）上课不准讲闲话。4)上课做相应的笔记。5）作业按时、独立完成。,0.前言,1绪论,1.1过程流体机械1.2流体机械分类1.3气体性质和热力过程1.4压缩机概述1.5流体机械的发展趋势,1.1过程流体机械,内容提要,1.1过程流体机械,1.1.1过程、生产过程状态：当系统的温度、压力、体积、物态、物质的量、相、各种能量等一定时，我们就说系统处于一个状态。过程：系统从一个状态（始态）变成另一个状态（终态），我们就说：发生了一个过程。始态和终态的温度相等的过程叫做等温过程。始态和终态的压力相等的过程叫做等压过程。始态和终态的体积相等的过程叫做等容过程。状态方程和过程方程：,如气体：,生产过程人利用工具改变劳动对象以适应人们需要的过程。指劳动对象进入生产领域到制成产品的全部过程。化工生产过程由多个生产环节组成。如NH3的合成。化工生产过程中的生产工具：过程装备。,1.1过程流体机械,1.1.2过程装备过程工业：指涉及物质转化过程的工业部门总称。包括：化工、石油化工、制药、食品、冶金、能源等行业。处理的物料：流程性物料（气体、液体、粉体）过程工业特点：使用的原料主要是自然资源，生产过程多半是连续的，物料中的物质在生产过程中经历了许多物理和化学变化，产量的增加主要依靠扩大工业生产规模和形成成套装置来实现，容易造成环境污染且治理较为困难，生态化和绿色化是其发展方向。,1.1过程流体机械,过程装备：主要是指过程工业生产过程中所涉及的典型装置与设备。是实现过程工业生产的硬件设施。过程设备过程机器管道、阀门、工具、测量仪器控制仪表、电脑、调节机构过程装备分为：单元过程设备塔、换热器、反应器、储罐等单元过程机器泵、压缩机、分离机等（即流体机械）,1.1过程流体机械,1.1.3过程流体机械流体机械以流体（气体、液体、粉体）为工质进行能量转换、处理与输送的机械。流体机械直接、间接参与产品的生产过程。流体机械是动设备。具有结构复杂、高速运动、与流体直接作用的特点。流体机械一个工厂的心脏。是能量的提供者、物质流通的输送者、生产环节的制造者。,1.1过程流体机械,内容提要,1.2流体机械的分类,1.2流体机械的分类,1.2流体机械的分类,1.2流体机械的分类,压缩机：,泵：,离心机：,1.3气体性质和热力过程,1.3.1气体状态方程1.理想气体（完全气体/完美气体）：a、分子体积忽略不计（但分子有质量）；b、分子之间没有相互吸引力；c、分子为弹性质点，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失。d、是实际不存在的假想气体。实际气体中，凡本身不易被液化的气体，性质很近似理想气体，一般气体当温度不是很低、压力不是很高时，也非常接近理想气体。,2.理想气体状态方程其中：R0通用气体常数，R0=8.3145J/molKR气体常数，例如：空气R=8314.5/29=287J/kgK,1.3气体性质和热力过程,3.实际气体状态方程其中：Z压缩因子，是实际气体的摩尔体积与同温同压下理想气体的摩尔体积之比，其数值由实验确定。理想气体Z=1。Z表示气体压缩难易程度。Z1难压缩,1.3气体性质和热力过程,1.3.2理想气体热力过程,当n=1时，为等温过程；当n=k时，为绝热过程。k为绝热指数，单原子气体k=1.66-1.67；（见教材图1-2）双原子气体k=1.40-1.41；多原子气体k=1.1-1.3。例如：空气绝热指数k=1.4混合气体绝热指数计算方法其中:-气体组分体积分数-气体组分绝热指数,1.3气体性质和热力过程,重要结论：在P-V图中，相同起始状态下，无论是压缩过程还是膨胀过程，绝热线比等温线陡。（膨胀过程如右图）,1.3气体性质和热力过程,内容提要,1.4压缩机概述,1.4.1压缩机的分类1、按照工作原理分容积式压缩机动力式压缩机容积式压缩机依靠工作腔容积的变化来压缩气体。工作腔容积的变化是由运动部件的周期运动来实现的。其中有做往复运动的，如活塞、柱塞，称为往复式压缩机；有做回转运动的，如转子，称为回转式压缩机。动力式压缩机是依靠叶轮对气体做功，使气体的压力和速度提高，之后再使气体的速度降低，将大部分动能转化为压力能，进一步提高气体的压力，实现对气体的压缩。分为离心式、轴流式、漩涡式、喷射式等。,1.4压缩机概述,2、按排气压力(表压)分通风机（100MPa),1.4.1压缩机的分类,3、按压缩机级数分单级压缩机：气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩两级压缩机：气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩多级压缩机：气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩（通过几次即为几级压缩）4、按功率大小分小型压缩机（5kw）中型压缩机（5-450kw）大型压缩机（450kw）,1.4.1压缩机的分类,动力用压缩机（如发动机用压缩空气启动、高压空气爆破采煤等）化工工艺用压缩机（如：合成氨反应条件为高温高压）制冷（提高制冷剂压力）气体分离用压缩机（如空分系统）气体输送用压缩机（管道输送和装瓶输送）,1.4.2压缩机的用途,1.4.3各种压缩机的特点和适用范围,活塞式（往复式）排气压力最大轴流式容积流量最大,1.表压力和绝对压力直接作用于容器或物体表面的压力，称为“绝对压力”，（绝对压力值以绝对真空作为起点）。总绝对压力超过周围大气压力之数。（“表压力”由气压表测得，以大气压力为起点。）2.名义吸气压力和名义排气压力工作腔进、排气法兰接管处所测得的压力3.吸气温度和排气温度工作腔进、排气法兰接管处所测得的温度,1.4.4压缩机的一些术语和基本概念,4.压力比末级排气压力与首级进气压力之比5.工况压缩机运行时的进排气压力和进气温度状态参数称为压缩机的工况。额定工况和变工况6.标准状态压力为1atm、温度为07.基准状态压力为1atm、温度为某基准值（中国为20）,1.4.4压缩机的一些术语和基本概念,1.5.1创造新机型高压力、高单压比的泵、压缩机活塞式压缩机高达700MPa离心压缩机高达200MPa大流量或小流量泵、压缩机活塞式压缩机小流量达0.01m3/m轴流压缩机大流量高达10000m3/m高转速离心机、压缩机转速高达150000rpm超音速压缩机超音速轴流压缩机操作自动控制的大型离心机,1.5流体机械的发展趋势,1.5.2流体机械内部流动规律的研究与应用进行流场数值计算流场：三维流动粘性湍流可压缩流两相、多相流非牛顿流体空间几何流道形状设计,1.5流体机械的发展趋势,1.5.3高转速转子动力学的研究与应用高速转子的平衡高速转子的弯曲振动、扭转振动高速转子的支撑与抑振高速转子的轴封高速转子的使用寿命预估1.5.4新型制造工艺技术的发展多维数控机床加工叶轮、叶片精密浇注和模锻复杂零