第3章流体流动(2)

1、在柏努利方程式中在柏努利方程式中, hf是指流体在管路系统中的总阻力损是指流体在管路系统中的总阻力损失，失， 管内流动阻力可分为管内流动阻力可分为直管阻力和局部阻力直管阻力和局部阻力。 直管阻力直管阻力(hf)是当流体在直管中流动时因是当流体在直管中流动时因内摩擦力内摩擦力而而产生的阻力；产生的阻力； 局部阻力局部阻力(hl)是流体在流动中，由于管道的局部阻力是流体在流动中，由于管道的局部阻力障碍障碍(管件、阀门、流量计、管经变化）管件、阀门、流量计、管经变化）所引起的阻力。所引起的阻力。 3管内流动阻力计算管内流动阻力计算(3-34)lffhhhguhf22 式中式中 是一比例系数，称为阻力

2、系数。是一比例系数，称为阻力系数。 (3-35)流体在管路中流动阻力与流速有关。流速愈快，能量损流体在管路中流动阻力与流速有关。流速愈快，能量损失就愈大，失就愈大，即阻力损失与流体的动压头呈正比即阻力损失与流体的动压头呈正比. . (1)直管阻力的计算直管阻力的计算 流体在长为流体在长为l，内径为，内径为d的管内以流速的管内以流速u作作定态流动定态流动，在截面在截面1-1和和2-2设其静压力分别为设其静压力分别为p1和和p2，且，且p1p2，在两个截面之间的柏努利方程式为：在两个截面之间的柏努利方程式为： fhgpguZgpguZ/2/2/22221211fhgpguZgpguZ/2/2/22

3、221211 在等径水平管内在等径水平管内，有，有Z1= Z2，u1=u2=u，上式变为：，上式变为：fghpp21(3-36)垂直作用于垂直作用于流体柱流体柱两端截面两端截面11和和22上的力分别为：上的力分别为： d d1 1= =d d2 2= =d d，故推动流体流动的推动力，故推动流体流动的推动力而平行作用于管内表面上的摩擦力而平行作用于管内表面上的摩擦力F F为为为管壁处的剪应力。为管壁处的剪应力。4/)(212121dppFFdlF4/211111dpApF4/222222dpApF 流体在管内作流体在管内作定态等速流动定态等速流动，作用于流体上的推，作用于流体上的推动力和摩擦阻

4、力必然大小相等，方向相反，有：动力和摩擦阻力必然大小相等，方向相反，有： 代入式代入式(3-36)得得:dlu2828u代入式代入式(3-35)得得:(3-37)gdlhf/4dldpp4/)(2221dlpp/421(3-38)令：令：(3-39)将将(3-38)及及(3-39)代入式代入式(3-35)得：得：fghpp21guhf22上两式称为上两式称为范宁范宁(Fanning)(Fanning)公式公式，是直管阻力的计算，是直管阻力的计算通式通式。流体在直管内流动的阻力及压力损失与流体流流体在直管内流动的阻力及压力损失与流体流速呈正比，比例系数速呈正比，比例系数 称为称为摩擦阻力系数，摩

5、擦阻力系数，量纲为一，量纲为一，它主要与流体的流动形态有关它主要与流体的流动形态有关。 gudlhf2222udlghpff(3-40)(3-40a)或或 如图所示，选管中心至管壁的任一如图所示，选管中心至管壁的任一r处的流体圆筒，管处的流体圆筒，管长为长为l，则截面积为，则截面积为r2，滑动表面积为，滑动表面积为2rl。取微分距离。取微分距离dr, 滑动摩擦阻力为：滑动摩擦阻力为： 滞流时的摩擦阻力系数滞流时的摩擦阻力系数 drdurldyduAF2 滞流时，其滞流时，其阻力主要是流体层间的内摩擦力阻力主要是流体层间的内摩擦力，遵从，遵从牛顿粘性定律。牛顿粘性定律。du/dy） FA要克服要

6、克服F而使流体流动，流体必须接受与其大小相等、而使流体流动，流体必须接受与其大小相等、方向相反的推动力方向相反的推动力-(p1-p2)r2，即有，即有Rudulrdrpp0021max2)(drdurlrpp2)(221r：0R，u：umax0整理并积分，整理并积分，得：得：max222/luRp以以 d=2R，u=umax/2代入，并整理代入，并整理 或或gudlgphf2Re6422/32dulp(3-41)Re/64式（式（3-41）为流体在圆直管内滞流流动阻力计算公式，）为流体在圆直管内滞流流动阻力计算公式，与式（与式（3-40）比较有：）比较有：(3-42)gudlhf22湍流时的摩

7、擦阻力系数湍流时的摩擦阻力系数 湍流时，流体质点是不规则的紊乱运动，质点湍流时，流体质点是不规则的紊乱运动，质点间互相碰撞激烈，瞬间改变方向和大小。间互相碰撞激烈，瞬间改变方向和大小。 Re越大，滞流底层越薄，管壁粗糙度对湍流阻越大，滞流底层越薄，管壁粗糙度对湍流阻力的影响越大。力的影响越大。湍流的流体阻力或摩擦阻力系数还与管壁粗糙度有湍流的流体阻力或摩擦阻力系数还与管壁粗糙度有关关。 a a析因实验析因实验 对所研究的过程作理论分析和探讨，寻找对所研究的过程作理论分析和探讨，寻找影响过程的主要因素。影响影响过程的主要因素。影响湍流流体阻力湍流流体阻力的诸因素为：的诸因素为： 流体本身的物理性

8、质：密度流体本身的物理性质：密度 ，粘度粘度 ； 流体流动的外部条件：流速流体流动的外部条件：流速u u，管径，管径 d d, ,管长管长 l l 和管壁和管壁的粗糙度的粗糙度 等。等。实验研究的步骤和方法实验研究的步骤和方法),(uldfp(3-43)待求关系式为：待求关系式为：b. b. 规划实验规划实验 确定所研究的物理量与各影响因素的具体确定所研究的物理量与各影响因素的具体关系，需在其它变量不变下，多次改变一个变量。采用关系，需在其它变量不变下，多次改变一个变量。采用正交实验法、量纲分析法等简化实验。正交实验法、量纲分析法等简化实验。量纲分析法量纲分析法是通过把变量组合成为一数群，减少

9、了实验是通过把变量组合成为一数群，减少了实验变量个数，相应减少了实验次数。该法在工程上应用广变量个数，相应减少了实验次数。该法在工程上应用广泛。泛。量纲分析法量纲分析法的基础是量纲一致性原则，即任何方程等式的基础是量纲一致性原则，即任何方程等式两边不仅数值相等，且应具有相同的量纲。两边不仅数值相等，且应具有相同的量纲。可假设为下列幂函数形式：可假设为下列幂函数形式：fedcbaulKdp(3-44)fedcbaulKdp(3-44)式中的常数式中的常数K和指数和指数a, b, c, d, e, f待定。式中待定。式中6个变量的量个变量的量纲如下：纲如下：p = ML-1T-2 = ML-3d

10、= L = ML-1T-1u =LT-1 = L式中式中，M、L、T分别表示质量、长度、时间的分别表示质量、长度、时间的量纲量纲。代入式代入式(3-44)，并整理得：，并整理得：ecfedcbaedTLMTML321feeebfebulKdp12根据量纲一致性原则，得根据量纲一致性原则，得 对于对于M d + e = 1 对于对于L a + b + c - 3d e + f = -1 对于对于T -c e = -2ecfedcbaedTLMTML321设设b, e, f为已知，求得为已知，求得a, c, d, a = -b e f c = 2 e d = 1 - e代入式代入式 (3-44)

11、得得du/为雷诺数为雷诺数Re； 称为称为欧拉数，以欧拉数，以 Eu表示表示；/d为相为相对粗糙度。对粗糙度。 将指数相同的变量合并，得将指数相同的变量合并，得febddudlKup2(3-45)fedcbaulKdp将上式与将上式与 (3-44) (3-44) 比较可看出，经比较可看出，经变量组合和量变量组合和量纲为一纲为一后，自变量由后，自变量由6 6个减少到个减少到3 3个。个。实验时，仅需考察实验时，仅需考察l/d、Re、/d对对Eu的影响的影响。2up(3-44)c.c.实验数据处理实验数据处理 获得量纲为一数群后，它们间的关系还获得量纲为一数群后，它们间的关系还需通过实验，并将实验

12、数据进行处理，用适当方式表达出需通过实验，并将实验数据进行处理，用适当方式表达出来。来。)/(Re,d)2/)(/)(/(Re,2/2udldKp(3-47)对式对式(3-45)(3-45)，根据实验得知，根据实验得知，p与与l 呈正比，故呈正比，故b b=1=1。则。则 )2/)(/)(/(Re,2gudldhf或或(3-46)与式与式(3-40)(3-40)比较，对于比较，对于湍流，摩擦阻力系数为湍流，摩擦阻力系数为gudlhf2222udlghpff上式适用于湍流区的整个范围。上式适用于湍流区的整个范围。 工程上，经常用共线图将工程上，经常用共线图将与与Re和和/d的关系形象的关系形象化

13、，将经验关系式转换成图线化，将经验关系式转换成图线, 如图如图325所示。所示。对于粗糙管，常见的有加考莱布鲁克公式对于粗糙管，常见的有加考莱布鲁克公式)/(Re7 .18/2lg274. 12/12/1d(3-49)上式适用于流体在光滑管中上式适用于流体在光滑管中, 3000Re105范围内范围内的计算。的计算。25. 0Re3164. 0 对于对于光滑管光滑管（ =0=0），常用的关联式有），常用的关联式有柏拉修斯柏拉修斯（BlasiusBlasius）公式）公式(3-48)/(Re,dd. 完全湍流区完全湍流区 Re足够大时足够大时,与与 Re无关无关,仅与仅与/d有关。有关。 hfu1

14、.75 a滞流区滞流区 Re2 000，64/Re,与与/d无关。无关。b过渡区过渡区 2 000Re4000，流形为非定态，流形为非定态，易波动易波动, 常作湍流处理。常作湍流处理。c. 湍流区湍流区 Re4 000以及虚线以下区域以及虚线以下区域,与与 Re和和/d均有均有关关,随随 Re的增大而减小的增大而减小, 随随/d增大而增大增大而增大. hfu1.75 例例3636 20 20的水在直径为的水在直径为460mm460mm 3.5mm 3.5mm 的镀锌铁管中以的镀锌铁管中以1ms-11ms-1的流速流的流速流动，试求水通过动，试求水通过100m100m长度管子的压力降及长度管子的

15、压力降及压头损失为多少。压头损失为多少。gudlhf22压力降及压头损失压力降及压头损失直管阻力直管阻力)/(Re,d/Redu查手册共线图共线图 Re/d22udlghpff在图在图 325找到找到 Re5.26104，再在右边找到，再在右边找到/d0.004的线，通过两者的交点在左边读出的线，通过两者的交点在左边读出值值0.031。 Pf=(l/d)(u2/2)0.031(100m/0.053m)(998.2kgm312m2s-2/2)=2.92104 Nm-2 压头损失为：压头损失为： hf=(l/d)u2/(2g)=0.031(100m/0.053m)(12m2s-2/29.807ms

16、-2)=2.98 m水柱水柱 解：解：查手册得查手册得20水水,=998.2kgm-3,=1.005103Pas 已知已知 d603.5253mm, l=100m, u1ms-1所以所以 Re=du/=0.0531998.2/1.00510-3=5.26 104取镀锌铁管绝对粗糙度取镀锌铁管绝对粗糙度0.2mm,则则/d0.2/530.004将上述数据代入压力降公式将上述数据代入压力降公式(3-40a)，得：，得：阻力系数法阻力系数法 将局部阻力所引起的能量损失，表示将局部阻力所引起的能量损失，表示为动压头的一个倍数，即：为动压头的一个倍数，即：（2）局部阻力的计算）局部阻力的计算 当流体在管

17、路的当流体在管路的进口进口、出口、出口、弯头弯头、阀门阀门、突然、突然扩大及收缩扩大及收缩等局部位置流动时，流速的大小和方向发等局部位置流动时，流速的大小和方向发生改变，且流体受到阻碍和冲击，出现生改变，且流体受到阻碍和冲击，出现涡流涡流，产生局，产生局部阻力。局部阻力的计算方法有部阻力。局部阻力的计算方法有阻力系数法阻力系数法和和当量长当量长度法度法两种。两种。)2/(21guh为局部阻力系数，用来表示局部阻碍的几何形状对局部为局部阻力系数，用来表示局部阻碍的几何形状对局部阻力的影响，阻力的影响，由实验确定。由实验确定。(3-50) a a突然扩大与突然收缩突然扩大与突然收缩 流体流过的管道

18、直径突然扩大流体流过的管道直径突然扩大或突然收缩时，局部阻力系数可根据小管与大管的截面积或突然收缩时，局部阻力系数可根据小管与大管的截面积之比之比S S1 1/ /S S2 2从下图查到。从下图查到。 b b进口和进口和出口出口 当流体从容器当流体从容器进入管内进入管内时，可看作从时，可看作从很大截面很大截面 S S1 1突然流入很小截面突然流入很小截面S S2 2即即S S2 2/S/S1 10, 0, 从曲线可从曲线可查得查得 为为0.50.5 。几种常见的局部阻力系数：几种常见的局部阻力系数：u均取小管均取小管中的流速中的流速当量长度法当量长度法 将局部阻力损失折算成相当长度的直将局部阻

19、力损失折算成相当长度的直管的阻力损失，此相当的管长度称为管的阻力损失，此相当的管长度称为当量长度当量长度le。在湍流条件下，某些常见管件与阀门的当量长度折算在湍流条件下，某些常见管件与阀门的当量长度折算关系如图关系如图327327所示。所示。采用当量长度法计算管路的局部阻力：采用当量长度法计算管路的局部阻力： )2/()/(21gudlhe(3-51)例例37 要求向精馏塔中以均匀的流速进料，现装设一高位糟，要求向精馏塔中以均匀的流速进料，现装设一高位糟，使得料液自动流入精馏塔中，如附图所示。若高位槽的液面保使得料液自动流入精馏塔中，如附图所示。若高位槽的液面保持持1.5m的高度不变，塔内操作

20、压力为的高度不变，塔内操作压力为0.4kgfcm-2(表压表压)，塔的，塔的进料量需维持在进料量需维持在50m3h-1，则高位槽的液面应该高出塔的进，则高位槽的液面应该高出塔的进料口多少米才能达到要求？料口多少米才能达到要求？ 若已知料液的粘度为若已知料液的粘度为1.510-3Pas，密度为，密度为900 kgm-3，连，连接管的尺寸为接管的尺寸为108mm4 mm的的钢管钢管，其长度为，其长度为h+1.5 m，管，管道上的管件有道上的管件有 180的回弯头、截止阀及的回弯头、截止阀及 90的弯头各一个。的弯头各一个。解：解：取高位槽内液面为截面取高位槽内液面为截面1一一1，精馏塔的加料口内侧

21、，精馏塔的加料口内侧为截面为截面22”，并取此加料口的中心线为基准水平面。，并取此加料口的中心线为基准水平面。 在两截面间列柏努利方程在两截面间列柏努利方程hfhfhl(l+le)/du2/(2g) Redu/0.1001.77900/0.0011.06105式中式中 Z1= h，Z2=0, u10, He=0u2(50/3600)/(0.10/2)21.77 ms-1(p2-p1)/(g)=0.49.807104/(9009.807) 4.44 m液柱液柱取取0.3 mm，/d0.3/100=0.003，查图查图(3-25)得得 0.0275fhgpguZHegpguZ)/()2/()/()

22、2/(22221211 hf (l/d) u2/(2g)0.0275(h1.5)/0.100 (1.772/29.807)=0.044(h+1.5) 物料由物料由贮槽流入管子，取贮槽流入管子，取le12.1；180回弯头回弯头le210；截止阀截止阀(按按1/2开度计开度计), le3=28；90 弯头弯头le44.5结果表明高位槽液面至少高出塔内进料口结果表明高位槽液面至少高出塔内进料口6.93m6.93m，才，才能满足精馏塔的进料要求。能满足精馏塔的进料要求。 0.0275(2.l10284.5)/0.100 l.772/(29.807)=1.96m液柱液柱hl (le/d) u2/(2g

23、) (le1+ le2+ le3+ le4)/du2/(2g)将以上数据代入柏努利方程：将以上数据代入柏努利方程：h4.441.772/(29.807)0.044(h1.5)1.96解得：解得：h6.93 m流体阻力流体阻力内因内因 摩阻力摩阻力 外因外因管道形状、粗糙度管道形状、粗糙度直管阻力直管阻力局部阻力局部阻力滞流滞流湍流湍流粗糙管粗糙管光滑管光滑管阻力系数法阻力系数法当量长度法当量长度法llffhhhguhf22gudlhf22Re/64)/(Re, d25. 0Re3164. 0)/(Re7 .18/2lg274. 12/12/1d 3.5 流体输送设备流体输送设备 流体流动需要一

24、定的推动力来克服管路和设备的阻力，流体流动需要一定的推动力来克服管路和设备的阻力，才能把流体从低处送到高处，或从低压系统输送到高压系才能把流体从低处送到高处，或从低压系统输送到高压系统。一般把输送液体的机械通称为统。一般把输送液体的机械通称为泵泵，输送气体的机械称，输送气体的机械称为为风机风机或或压缩机压缩机。离心式离心式 利用高速旋转的叶轮给流体提供动能。利用高速旋转的叶轮给流体提供动能。正位移式正位移式 利用活塞、齿轮、螺杆等直接挤压流体利用活塞、齿轮、螺杆等直接挤压流体不属于上述类型的其它形式的泵，如喷射泵。不属于上述类型的其它形式的泵，如喷射泵。 本节以离心泵和往复压缩机为例，简单介绍

25、它们的本节以离心泵和往复压缩机为例，简单介绍它们的基本构造、原理及其相关特性。基本构造、原理及其相关特性。 离心泵是化工生产上广泛应用的一种液体输送设备。离心泵是化工生产上广泛应用的一种液体输送设备。它的主要构造如图所示。泵的主要部件有：它的主要构造如图所示。泵的主要部件有：叶轮、泵轴、叶轮、泵轴、蜗状泵壳、吸入管、压出管及底阀等蜗状泵壳、吸入管、压出管及底阀等。 (1)离心泵的构造和工作原理离心泵的构造和工作原理 1.离心泵离心泵 离心泵启动时，由于空离心泵启动时，由于空气的密度较液体的密度小得气的密度较液体的密度小得多，产生的离心力也很小，多，产生的离心力也很小，此时在叶轮中心造成的真空此

26、时在叶轮中心造成的真空度很低，不足以把液体吸到度很低，不足以把液体吸到叶轮中心，这样泵虽能启动，叶轮中心，这样泵虽能启动，但却不能输送液体的现象称但却不能输送液体的现象称为为“气缚气缚”。为避免为避免“气缚气缚”现象的发生，泵启动前，现象的发生，泵启动前，需先使泵内充需先使泵内充满被输送的流体满被输送的流体。启动后，泵的叶轮高速旋转，流体在。启动后，泵的叶轮高速旋转，流体在离心力的作用下，从叶轮中心被摔向叶轮边缘，从而获离心力的作用下，从叶轮中心被摔向叶轮边缘，从而获得动能。得动能。被摔出的流体进入泵壳后，流道逐渐变宽，流体的流速被摔出的流体进入泵壳后，流道逐渐变宽，流体的流速下降，大部分的下

27、降，大部分的动能转变为静压能动能转变为静压能，具有较高静压能的，具有较高静压能的液体从排出口排出。液体从排出口排出。当液体从叶轮中心被抛出时，当液体从叶轮中心被抛出时，叶轮中心叶轮中心( (进液口的周围进液口的周围) )就就形成低压形成低压，在吸入管外部压力作用下，液体就不断被吸，在吸入管外部压力作用下，液体就不断被吸入泵内。入泵内。 离心泵启动时为什么要关闭出口阀门？离心泵启动时为什么要关闭出口阀门？ 由于在系统启动时，管路常常为空管，没有管阻压力，这由于在系统启动时，管路常常为空管，没有管阻压力，这样会造成泵在一定转速下启动时的开始短时间内偏大流量样会造成泵在一定转速下启动时的开始短时间内

28、偏大流量运转，常常出现泵振动、噪声，甚至电机超负荷运转，将运转，常常出现泵振动、噪声，甚至电机超负荷运转，将电机烧毁。电机烧毁。 关闭出口阀，等于人为设置管阻压力，随泵正常运转后，关闭出口阀，等于人为设置管阻压力，随泵正常运转后，缓慢启动阀门，让泵沿其性能曲线规律逐步正常工作。缓慢启动阀门，让泵沿其性能曲线规律逐步正常工作。（2）离心泵的主要性能参数）离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数包括：离心泵的主要性能参数包括：扬程、流量、功率和效率。扬程、流量、功率和效率。功率功率 在单位时间内，在单位时间内，液体自泵实际得到的功液体自泵实际得到的功称为泵称为泵的的有效功率有效功率。用符号。用符

29、号NeNe表示，单位为表示，单位为WW。 扬程扬程 泵对单位重力的流体所做的功称为扬程泵对单位重力的流体所做的功称为扬程( (或或压头压头) ) ，亦即液体进出泵前后的压头差，用符号，亦即液体进出泵前后的压头差，用符号HeHe表示，单位表示，单位为米液柱。为米液柱。流量流量 离心泵的流量又称排液量或输送能力，指在单离心泵的流量又称排液量或输送能力，指在单位时间内泵所排送的液体数量，用符号位时间内泵所排送的液体数量，用符号q qv v表示，单位为表示，单位为mm3 3ss-1-1或或mm3 3hh-1-1。效率效率 泵在输送流体过程中，不可避免地有能量损失，泵在输送流体过程中，不可避免地有能量损

30、失，即泵所做的功不能全部为液体所获得，常用效率来表示即泵所做的功不能全部为液体所获得，常用效率来表示能量的损失。能量的损失。 泵的泵的有效功率有效功率Ne、轴功率轴功率Na和和效率效率三者之间的关三者之间的关系如下：系如下： 式中式中 He 泵的扬程，泵的扬程，m； 一一 流体的密度，流体的密度，kgm-3 qv 泵的流量，泵的流量，m3s-1 g 重力加速度，重力加速度，ms-2。gHeqNevaeNN /(3-52)(3-53)（3）离心泵的特性曲线）离心泵的特性曲线离心泵的主要性能参数之间的关系由实验确定，测出的离心泵的主要性能参数之间的关系由实验确定，测出的流量流量与与扬程扬程、功率功

31、率, , 效率效率之间的关系曲线称为离心泵的之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线。特性曲线或工作性能曲线。上图是离心水泵的特性曲线。其遵循下面的规律：上图是离心水泵的特性曲线。其遵循下面的规律：qvHe曲线曲线 离心泵的扬程随着流量的增大而下降。离心泵的扬程随着流量的增大而下降。qvNe曲线曲线 离心泵的功率随着流量的增大而升高。离心泵的功率随着流量的增大而升高。qv曲线曲线 效率开始时随流量的增大而增加，达到最效率开始时随流量的增大而增加，达到最大值后，如继续增大流量，则泵效率反而下降。大值后，如继续增大流量，则泵效率反而下降。泵在与最高效率点对应的流量、扬程下工作最为经济。泵在

32、与最高效率点对应的流量、扬程下工作最为经济。离心泵的特性曲线是在离心泵的特性曲线是在固定转速固定转速下，由下，由输送清水输送清水实验实验测定的，若输送液体性质与水差异较大时，泵的特性测定的，若输送液体性质与水差异较大时，泵的特性曲线必须进行校正。曲线必须进行校正。离心泵的离心泵的转速转速与与He, Ne及及qV的关系式如下：的关系式如下：（4）离心泵的安装高度和气蚀现象）离心泵的安装高度和气蚀现象离心泵的安装高度有一定的限度，超过这一限离心泵的安装高度有一定的限度，超过这一限度，泵就不能吸入液体，这个限度取决于度，泵就不能吸入液体，这个限度取决于泵的吸上泵的吸上真空度真空度。212,1 ,/n

33、nqqvv2212 ,1 ,)/(/nnHHee3211 ,)/(/2,nnNNee(3-54a)(3-54b)(3-54c)设设泵的入口处的压力为泵的入口处的压力为p1，储槽液面上的压力为，储槽液面上的压力为pa，液体的密度为液体的密度为，液体在吸入管路的摩擦损失液体在吸入管路的摩擦损失(包括包括局部阻力为局部阻力为)为为hf，液体在泵入口处的流速为，液体在泵入口处的流速为u1，而储槽内液体的流速近似为零。而储槽内液体的流速近似为零。以储槽液面以储槽液面00为基为基准面，在准面，在00与与11之间液体流动的能量之间液体流动的能量衡算式为：衡算式为：fgahgugpHgp)2/()/()/(2

34、11或或(pap1)/g称为称为离心泵吸上真空高度离心泵吸上真空高度，记作，记作Hs， p1越小，越小，Hs越大，越大，Hg便越大便越大。faghgugppH)2/()/()(211(3-55a)(3-55b) 当当P P1 1等于或小于在当时温度下的饱和蒸气压时，液等于或小于在当时温度下的饱和蒸气压时，液体将生成大量气泡，气泡随液体流到叶轮压力较高的区体将生成大量气泡，气泡随液体流到叶轮压力较高的区域后，被压缩、破裂又突然凝结，产生很大的冲击力冲域后，被压缩、破裂又突然凝结，产生很大的冲击力冲击叶轮和泵壳内表面，使叶轮和泵壳内表面造成严重的击叶轮和泵壳内表面，使叶轮和泵壳内表面造成严重的剥蚀

35、现象，这种现象称为剥蚀现象，这种现象称为“气蚀气蚀”。 泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度称为泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度称为最大吸上真空高度最大吸上真空高度( (H Hs,maxs,max) )。为了保证泵在运转中不发生。为了保证泵在运转中不发生气蚀现象，规定留有气蚀现象，规定留有0.30.3米的安全量，称为米的安全量，称为允许吸上真空允许吸上真空高度高度( (HHs s)：3 . 0max,ssHH(3-56)如果输送条件与泵样本所给条件如果输送条件与泵样本所给条件( (清水在温度清水在温度2020及及 1010米水柱的条件下测定米水柱的条件下测定) )不相符时，用下

36、式加以校正：不相符时，用下式加以校正： 式中式中 Hs新条件下的允许吸上真空高度，新条件下的允许吸上真空高度，m水柱；水柱； Hs泵样本上的允许吸上真空高度泵样本上的允许吸上真空高度, m水柱；水柱； Ha泵工作地方的大气压，泵工作地方的大气压，m水柱；水柱； Hv被输送液体的饱和蒸气压被输送液体的饱和蒸气压, m水柱；水柱； 10293 K测定时的大气压力，测定时的大气压力，m水柱；水柱； 0.24在在293 K时水的饱和蒸气压，时水的饱和蒸气压，m水柱。水柱。 )24. 0()10( vassHHHH(3-57)泵出口处压力表的读数为泵出口处压力表的读数为2.6kgf.cm2.6kgf.c

37、m- -2 2, ,泵入口处真空计的读数为泵入口处真空计的读数为200 200 mmHgmmHg，功率表测得电机所消耗的，功率表测得电机所消耗的功率为功率为6.2kW6.2kW。由实验提供的流量。由实验提供的流量曲线查得，曲线查得，当流量计读数为当流量计读数为900mmHg900mmHg时，对应流量为时，对应流量为0.0125m0.0125m3 3.s.s-1-1。两测压口间的垂直。两测压口间的垂直距离为距离为0.5m0.5m。泵由电机直接带动，。泵由电机直接带动，传动效率可视为传动效率可视为1 1，电动机的效率为，电动机的效率为0.930.93。泵的吸入与排出管路具有相。泵的吸入与排出管路具

38、有相同的管径。同的管径。拭求该泵在输送条件下的拭求该泵在输送条件下的压头、轴功率和效率压头、轴功率和效率。例：例：3-83-8 为了核定一台已使用过的离心泵性能，采用如右图所为了核定一台已使用过的离心泵性能，采用如右图所示的定态流动体系，在转速为示的定态流动体系，在转速为2900r.min2900r.min-1-1时，以时，以2020清水清水为介质测得以下数据：为介质测得以下数据：孔板流量计压差计的读数为孔板流量计压差计的读数为900mmHg900mmHg，解：解：泵的扬程计算，选取真空计和压力表所处的位置泵的扬程计算，选取真空计和压力表所处的位置分别为截面分别为截面1-1及及2-2，在两个截

39、面间进行能量恒算：，在两个截面间进行能量恒算：)(.1067. 2.6 .735/10807. 920024241表压mNmNp（表压）25242.1055. 2.10807. 96 . 2mNmNp式中式中Z2-Z1=0.5mmsmmkgmskgmHe2 .29.807. 9.1000/ ).1067. 21055. 2(5 . 0231245又：又：u1 = u2因两测压口间的管路很短，其间的因两测压口间的管路很短，其间的流动阻力可以忽略流动阻力可以忽略，fhgpguZHegpguZ)/()2/()/()2/(22221211泵的轴功率的计算泵的轴功率的计算 电动机的输出功率电动机的输出功

40、率 Na = 6.21030.93 = 5.77103 W = 5.77 kW泵的效率的计算泵的效率的计算 有效功率：有效功率：gHeqNev= 0.0125m3.s-11000kg.m-39.807 m.s-2 29.2 m = 3.58 103 W=3.58 kW泵的效率为：泵的效率为：aeNN/= (3.58/5.77) 100%=62%2往复压缩机往复压缩机压缩机压缩机 压缩比在压缩比在4以上，终压在以上，终压在300kPa(表压表压)以以上。分为上。分为低压压缩机低压压缩机(表压在表压在210kPa)、中压压缩机中压压缩机(表压在表压在10100kPa)和和高压压缩机高压压缩机(表压

41、在表压在1001000 kPa)。 通风机通风机 压缩比在压缩比在11.15间，终压不大于间，终压不大于14.7kPa(表压表压)。按其出口压力或压缩比可分为以下几类。按其出口压力或压缩比可分为以下几类。 鼓风机鼓风机 压缩比小于压缩比小于4，终压在，终压在 14.7300 kPa(表压表压)。 真空泵真空泵 用于减压操作。用于减压操作。吸气过程吸气过程 压缩过程压缩过程 排气过程排气过程 如图是单级往复压缩机的结构及其操作原理示意图。如图是单级往复压缩机的结构及其操作原理示意图。往复式压缩机的工作过程：往复式压缩机的工作过程：每一个工作循环都是吸每一个工作循环都是吸入状态相同的低压气体，入状态相同的低压气体，排出状态相同的高压气排出状态相同的高压气体。体。压缩机每一个实际工作循环是由压缩机每一个实际工作循环是由吸气一压缩一排气一吸气一压缩一排气一膨膨胀胀四个连续的过程所组成。封闭曲线四个连续的过程所组成。封闭曲线4l2344l234表表示了一个完整的工作循环。示了一个完整的工作循环。 根据热力学原理，根据热力学原理，气体受压缩时，它的体积、压气体受压缩时，它的体积、压力和温度都发生了变化力和温度都发生了变化，是一个多变的压缩过程。在，是一