化工原理学习指南

化工原理学习指南

化工教研室

2005年4月

目录

第一章、流体流动

1.复习提要

2.典型例题分析

3.复习题

第二章、流体输送机械

1.复习提要

2.典型例题分析

3.复习题

第三章、非均相混合物的分离

1.复习提要

2.典型例题分析

4.复习题

第四章、传热

1.复习提要

2.典型例题分析

3.复习题

第六章、吸收

1.复习提要

2.典型例题分析

3.复习题

本章重点掌握流体静力学基本方程、机械能衡算式及其应用、阻力计算。

第一章流体流动

I复习提要

一、流体的基本物性

（一）流体的密度与比容

1.气体密度的确定：p=f（P、T）

（1）纯气体密度的确定：①查手册。

②计算：夕=也，P为绝压，单位KPa

RT

（2）混合气体密度的确定：①g'=C丝，P为绝压，单位KPa,

RT

而为平均摩尔质量，%表示组分的摩尔分数

②4=zPi/(i=l,2,3…n)

f=l

2.液体密度的确定：p=f（T）

（1）液体密度：液体的密度随压强变化很小，常忽略其影响；因此，称液体

为不可压缩流体。液体随温度的增加，一般减小，可查手册。

（2）混合液体密度的确定：

设混合液为理想溶液则：—（©-为纯组分的质量分数）

Pm：=1Pi

3.比容U、比重?（也称相对密度）与密度的关系

（1）密度的倒数称为比容。

P

（2）比重是指某液体的密度与4℃水的密度之比。/=〃一

1000

（二）流体的粘性

（1）流体的特点：

流体内部存在着内聚力，与固体之间存在着附着力，流动时具有粘性。

（2）内摩擦力：作用于运动着的流体内部相邻平行流动层间、方向相反、大小

相等的相互作用力，称为内摩擦力或粘滞力。

（3）粘性的表示方法:

动力粘度〃：单位：lcp=lmPa.s=0.01P=0.001Pas

运动粘度W：单位〃//s

P

恩氏粘度炉=£：200ml试液在测定温度下，从恩氏粘度计中流出所需时

ro

间r与同量蒸储水在20c时流经的时间%的比值。

（4）影响粘度〃的因素及粘度的意义：

当温度升高时气体的粘度增大，液体的粘度减小。

流体具有粘度，流体流动时层与层之间产生内摩擦力，流体要想以一定的速

度向前流动，必须克服内摩擦力消耗能量，这就是流体在运动时产生阻力损失的

原因之一。

（5）牛顿粘性定律

实验证明，在定常层流条件下

内摩擦力：F=/z—ALN]

dy

剪应力：r=；[N/疗]

满足上述关系的流体称为牛顿型流体，否则称为非牛顿型流体。

（三）流体的压缩性与膨胀性

1.压缩性：当温度一定时一，如果流体的体积随压强的变化率为零，则该流体

为不可压缩性流体。否则为可压缩流体如气体。

2.膨胀性：在恒压下，流体体积随温度的相对变化率，称流体的膨胀性。

流体的热膨胀性可用体积热膨胀系数表示p=/（为）「，

对理想气体：B=>

T

二、流体的压强

5

1.单位：latm=1.01X10Pa=0.lMPa=10.33mIl20=760mmHg

2.表示方法：

①绝压一-表示流体的实际压强

②相对压强实际压强与大气压相比，高出大气压的值称为表压。低

出大气压的值称为真空度。

3.表压、绝压、真空度的关系：

表压=绝压-大气压，真空度=大气压-绝压

三、流体的静力学基本方程

1.流体静压力：静止流体内部任一点的压力，称为该处的流体静压力。

2.流体静压力的特点

①若通过该点指定一作用平面，则压力的方向垂直于此面。

②从各个方向作用于某一点上的流体静压力相等。

③在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相等，但随位置高低而

变。

3.流体静力学方程的推导：

根据静止流体的受力平衡，可得静止流体内部某一水平面上的压力与其

位置及流体的密度关系式：

P2=Pi+pgh

注意：h表示同--种流体的垂直高度。

4.等压面的选取：静止的、连通的、处在同一水平面上的同一种流体的各

点静压力相等。

5.流体静力学基本方程的应用

①表压强和压强差的测定一一液柱压差计

A、普通的U型管压差计：适用于一般压差或压强的测定。

B、起放大作用的压差计：倾斜的U型管、倒U型、双液体微差计。

适用于压差较小时的测定。

C、复式压差计：相当于两个或多个普通U型管压差计的串联，适用

于压差较大时的测定。

注意：在测定管子某两截面压强差时，管子必须水平放置，否则压差

计上的读数不等于压差。

②液位的测定:

③液封高度的确定；

四、连续性方程

(-)流量与流速

1.流量：质量流量Ws—单位时间内流经通道某一截面的流体质量kg/s

体积流量Vs…单位时间内流经通道某一截面的流体体积，单位m3/s

Ws=Vsp

2.流速：平均流速u一单位时间内流体在流动方向上流过的距离。u=Vs/A

质量流速Gs一单位时间内流体流经通道单位径向截面积的质量。

Gs=Ws/A

•2

3.流量、流速的关系：Ws=Vs/?=uAp-U7r^-p-GSA

(-)流体定常流动过程的物料衡算——连续性方程

1.定常流动：流体在管内流动时，任一截面上的流速、密度、压强等物理参数

不随时间而变的流动称为定常流动。

2.连续性方程：在定常条件下，流体通过任一截面的质量流量都相等。

Ws)=Ws2=WS3=常数

(uAp)i=(uAp)2=(uAp)3

对不可压缩流体在圆形管中作连续性定常流动时一，有幺=2=£

M2A]d;

以上各式均称为连续性方程。

注意：对定常流动系统中不可压缩流体，任一截面上的流速，只和该截面积有关。

五、柏努利方程与机械能衡算方程

(…)柏努利方程

1.理想流体：无粘性流体(〃=0)称为理想流体。理想流体在流动过程中没有

机械能损失。

2.柏努利方程：84+"+.=84+或+匹=常数

2p2p

3.柏努利方程中的几个注意问题

(1)适用条件：不可压缩的理想流体，从截面1一截面2没有其他外力作用和

外加能量，作定常流动的系统。方程中各项的单位均为J/Kg

(2)方程表明：定常流动系统中任一截面上，总机械能恒为常数，在一定条件

下，不同形式的机械能可以相互转换。

(3)若系统处于静止状态，则u=U2=0,方程变为：

8%+邑=8d+区一流体静力学基本方程。

PP

(4)对可压缩流体，若两截面上绝压变化(Pi—P?)/P|X100%<20%,则柏努利

方程仍可用，但式中要用P尸(P,+P2)/2来代替P。

2

(5)若以单位重量流体为基准，方程为：Z+±+2=常数[m]

2gpg

2

若以单位体积流体为基准，方程为：0gz+号-+P=常数[Pa]

方程中压强可用不同表示方法，但方程两端压强的表示方法必须一致。

(-)实际流体的机械能恒算式

1、实际流体都具有粘性，在流动过程中，要消耗部分机械能，称为阻力损

失Xhf[J/kg]。为保证流体定常流动，外界要向流体输入一定机械能We[J/kg]。

22

对实际不可压缩流体，有gq+，+乙+We=gz,+匕+上+Z%[J/kgJ

2P2P

石+工+互+丝=玄+或+匹+^^[J/N]

2gPgg_2gpgg

3

g「Z|+等+P|+Wep=pgz2+拳+p2+p^h{[J/mJ

上式为扩展了的柏努利方程。习称柏努利方程。

2、机械能恒算式的应用

机械能恒算式的应用是本章的重点，应多作各类习题，以熟练掌握其概念

和解题方法，应用机械能恒算式解题步骤见教材第36页。根据机械能恒算式可

得出柏努利方程和流体静力学方程。

六、实际流体的流动现象

(-)流体的流动类型

雷诺实验表明，在流体流动中存在着截然不同的两种流动形态，即层流和湍流。

1.层流：流体质点沿轴方向作直线运动，即分层流动；质点间不发生宏观混

合；流体的摩擦力遵循牛顿粘性定理；流体内的动量、热量、质量传递靠分子运

动来进行。

2.湍流：流体质点总体上沿管轴方向流动，同时还在各个方向上作剧烈的随

机运动，流体的内摩擦力不服从牛顿粘性定理；流体内的动量、热量、质量传递

是通过质点和分子的随机运动共同完成的。质点随机运动强化传热过程。

（二）流动类型的判断条件

Re=4!g=0；,雷诺数等于惯性力与粘性力2之比。

〃d

当Re<2000时,为层流。

当Re>4000时，为湍流。

当Re=2000-4000时，可能是层流，也可能是湍流，依外界条件定，此区域称

为过渡流。

七、管内流动阻力

（一）流动阻力分类：

（1）直管阻力：流体通过等径直管时所产生的阻力损失。

（2）局部阻力：流体通过管件、阀门、截面突然变化所引起的阻力损失。

（二）阻力损失的直观表现一压强降

在一水平等径直管上任取两截面列柏努利方程有：

=Pl-，2=PgZhf

上式表明，直管的阻力损失表现为压强降。即阻力损失是由流体的压强能提供的。

（三）直管阻力的计算通式一一范宁公式

Z勺=几45[J/Kg]

J'd2

]2

△Pf=PZhf[Pa]

2

U

Hf=A[m]

d2g

上面范宁公式的三种表达式，对层流和湍流均适用，可视情况选择。

应用上式的关键是求人。

（四）摩擦系数人的确定

L层流时摩擦系数：九=处将此式代入范宁公式，有

R.

32〃/_32〃/4匕

h

fpd'pdAn

由此式可得到两点结论：

（1）层流时，阻力损失与流速或流量的一次方成正比。

（2）层流时，阻力损失与管内径四次方成反比。

2.湍流时的摩擦系数入：

由无因次分析法研究可得，湍流时摩擦系数丸=中（（,£）,可通过实验找出

d

入、Re和相对粗糙度-间的关系，较常用的是摩擦系数图，见教材图（1-34）,

d

该图可分为四个区域。

64

（1）层流区，ReW2000,2--

（

（2）过渡区，Re=2000-4000,人一般按湍流查取。

（3）湍流区，Re>4000,一定刍下，入随Re增大而减小。Re一定时，人随三

dd

的增加而增大。

（4）完全湍流区，§一定时人与Re无关，并为常数。由范宁公式：

d

由上式得到：

A、完全湍流时，阻力损失与流速或流量的平方成正比又称阻力平方区。

B、完全湍流时，阻力损失与管径的五次方成反比。

（五）非圆形直管阻力的计算

计算非圆形直管阻力时一，仍可用范宁公式，但应将式中和Re中的圆管直径

换成非圆管的当量直径

（六）局部阻力的计算

当流体流过管路上的部件如管件、阀门、管子进出口、截面突然变化时,

流动阻力显著增加，这类流动阻力统称为局部阻力。计算方法有：

1.阻力系数法

%=吟[J/Kg]

式中&称为局部阻力系数，其值由实验定。

2.当量长度法。

将流体的局部阻力损失折合成相当于流体流过直径相同的长度为Le的

直管时所产生的阻力损失。

TL

11f=1，[J/Kg]

式中当量长度Le值由实验定。上两式中的u均采用较小截面处的流速。

（七）流体在圆管内流动的总阻力计算

管路系统的总阻力包括了所取两截面间全部直管阻力和局部阻力。

1.当管路为等径管路时：

£%=叫+工吟U/Kg]

2.对不同直径的管段组成的管路，利用上两式分段计算，然后加和计算

出总阻力。

八、管路计算

（-）管路特点

1.简单管路特点

由等径的或不同管径的管道组成的串联管路，特点是：

（1）连续性方程成立。即U[A[Pi=U2A2P2

（2）管路总阻力等于各段直管阻力与局部阻力之和。

2.并联管路特点

（1）主管的流量等于各并联支路流量之和。

（2）各并联支路的阻力相等即，计算时任选一支管

路即可。

（3）各支路流量分配按自动进行。

3.分支与汇合管路特点

（1）主管流量等于各支管流量之和。

（2）分支点或汇合点处的单位质量流体的总机械能为一定值。

（3）因主管上分支点或汇合点后流量变化，主管的阻力损失必须分段计算。

（-）简单管路计算内容

1.设计型问题：对于给定的输送任务，选择适宜的管径，设计管路的走向，

确定管路中需配置的管件和阀门等。

2.操作型问题：对已有的管路系统，核算在给定条件下的输送能力等。

九、流量测量

（-）皮托管

用来测量管路中某点速度的装置，与U型管压差计配合使用。所测流速为

“=c。样手逊

注意：

1.皮托管可测定管截面上的速度分布。

2.皮托管安装时，测点前、后应保证一定直管长度（稳定段），稳定段长大

于50倍管内径。

3.皮托管外径痣＜d/50,可减少对流动的干扰，安装时管口必须垂直于流

动方向。

（二）孔板流量计

用来测定管路中流体流量的装置，与U型管压差计配合使用，所测流量为

注意：

1.孔流系数C。与流动类型、孔径d。与管径d之比，测压口连接方法及孔

口形状等有关。C。由实验定。

2.设计孔板时，应使C。值处于定值的区域。

3.安装时，上游稳定段长度为15-40d,下游稳定段长度为5d。

（三）文氏流量计

其测量原理和计算公式均与孔板相同。但文氏流量计的阻力损失较小，适

用于测低压气体流量。流量系数&由实验定。一般Q值为0.98-0.99,设计时应

使测量范围在&为定值的区域。其安装要求与孔板相同。

（四）转子流量计

转子流量计是定压差、变截面的流量计，所测流量可直接从其玻璃管上

刻度读得，流量计算为：""J空叱匚电

VPAf

注意：

1、流量系数CR与流体流过转子环隙通道时的R。及转子形状有关，工达一定

值后，CR为定值。金由实验定。

2、流量计上的刻度真是在出厂前用20℃、101.3kPa空气或20c的清水进

行标定的，当测定条件与标定条件不同时，应对原刻度进行校正。

3、转子流量计必须垂直安装在管路上，流体下进上出。流量计前后不需较

长直管段。为便于检修，管路上应设置旁路。

II典型例题分析

.一、如图所示的测压管分别与三个设备A、B、C相连通,

连同管的下部是水银，上部是水，三个设备内的水面在同

-水平面上。问①1、2、3三处压力是否相等②4、5、6

处压力是否相等③若h^lOOmmh2=200mm且设备A直接通

大气，求B、C两设备内水面上方的压力。

二、油在直径为100mm的管内流动，在管截面上的速度分布大致用下式表示：

〃=20y-200y2,式中y为截面上的任一点距管壁的径向距离，m；u为该点上

的流速，m/So

求：1.求管中心的流速、管半径中点处的流速。

2.求管壁处的剪应力，又求长100m的管内壁面所作用的全部阻力。油的粘

度为50cPo

解(1)求流速

管中心y-50mm=0.05/n代入M=20y-200)’得u=0.5m/s

管半径中点处y=25mm=0.025加代入〃=20y-200y2得u=0.375m/s

(2)求管壁处的剪应力及管壁阻力

由牛顿粘性定律可算出任一位置上的剪应力，计算时所需的速度梯度可对给出

的速度分布式求导而得。—=20-400y

dy

管壁处，y=0,故(在)E=20ST

dy

油的粘度〃=50cp=0.05尸。•s

1

故壁面上的剪应力为r,„=//(—)v_0=0.05x20=IN/m

dy

100m管壁面上的总阻力为：F=TH,A=Tw7idl=31.4N

III复习题

一、填空题

1.温度升高，气体密度,气体粘度,液体密度,液体

粘度O

2.某容器，测得其真空度为320mmHg,当地大气压为latm,其绝对压强为

N/m2,表压为Kgf/cm"。

3.流体称为不可压缩流体。流体称为理想流体。

4.流体流动的连续性方程是,适用于圆管不可压缩流体的连续

性方程是o

5.一定质量流量的气体，在常压下通过某管路，当气体温度升高时，Re—,

若其他条件不变，管径是原管径的2倍，Re是原来的倍。

6.在圆形直管中，若流量增加一倍，则层流时阻力损失为原来的倍,

完全湍流时阻力损失为原来的倍，若流量不变而管径减少二分之一，则层

流时阻力损失为原来的倍，完全湍流时阻力损失为原来的倍。

7.水由敞口恒液位高位槽经一管道流向恒压反应器，当管路上阀门开度减

小后，阀门阻力系数,水流量，管路总阻力损失-

8.转子流量计上的刻度是出厂前在一、条件下，用—或进

行标定的，转子流量计是，一流量计。而孔板流量计是、

流量计。

二、选择题

1.如图：_______

(1)R(>R2(2)R(<R2(3)R尸R?

(4)无法判断

2.如图示管上两压强表读数均为12kPa,

则管中水处于。

(1)向上流(2)向下流(3)静止

(4)无法判断

3.液体分别从A、B、C三根管中稳定流过,

相同，粗糙度相同，流量相同，截面1处压

力相同。

问(1)三种情况下，截面2处流速。一

A、UA>UB>UC

B、UA<UB<UC

C、UA=UB=UC

(2)三种情况下，截面2处压

强o（图3）

A、pA>pB>PC

B、pA<PB<PC

=

C、PA=PBPc

4.若单位质量液体在管路中阻力损失以X勺表示，单位重量液体在管路中阻力

损失以X”/表示，贝人

A、B、C、

三、选择题

如图高位槽，液位恒定，ab,cd管段直径、管长、粗糙度均相同，当液体

流过时。

1.ab,cd段的阻力损失相同。产晋-------------

2.ab,cd段的压强差相同。一q~

3.若在ab,cd段各接一U型管压差计，则两压aTh

差计的读数相等。b1

4.压差计的读数Rab表示ab段压差值和流动|cd..

I'

阻力损失。

四、计算题

1.如右图，输水系统中两槽均敞口且液位恒定，管内径60mm,泵吸入管长6m,

其上有一90℃标准弯头。排出管长13m,装有一个阀门（4=6.4）,两个90℃标

准弯头（4=0.75）,管路中水流量43.2m3/h。水的密度-------------pt

l<hn

夕=1OOOKg/疝_^0

求：1•泵的扬程，泵的有效功率。X—1——「」

2.泵入口处压强。

2.将油用泵从低位槽送至高位槽，两槽液位差15m,且恒定，两槽均敞口，管

路为①89X3.5mm无缝钢管，总长为200m（包括全部局部阻力的当量长度），

油的流量为20疝〃［，夕=850Kg/m3,〃=50cP

求（1）管路系统的总阻力。

（2）泵的有效功率。

（3）该管路的特性曲线方程。

3.为了控制乙快发生器内的压力不超过80mmHg（表压），在炉外装有安全液封

装置，其作用是当炉内压力超过规定值时，气体从液封管排出，试求此炉的安全

水封管应插入槽内水面以下的深度。

第一章流体输送机械

本章重点掌握离心泵的结构、工作原理、性能、选型及应用。

I复习提要

一、离心泵

（一）工作原理与主要部件

1、工作原理。包括吸液、排液。

在泵内充满液体时，泵轴带动叶轮高速旋转，在离心力的作用下，液体获

得机械能，以很高的速度离开叶轮进入泵壳，随泵壳内流道不断扩大，液体减速

增压，终以较高压强排出，液体离开叶轮中心使之形成真空。液体在压差作用下

被吸入叶轮。

2、气缚现象：泵在启动前如未充满液体而有部分空气时，因P，X〈P液，所

产生的离心力很小，不足以在叶轮中心形成使液体吸入所必须的低压，造成液体

不能正常吸入与排出，这种现象称气缚。所以离心泵启动前必须先灌泵。

3、主要部件：叶轮、泵壳和轴封装置。

（二.）离心泵的主要性能参数

1、流量Q：以体积流量表示。泵流量大小主要取决于泵的结构、尺寸、转

速及液体粘度。

2、扬程（也称压头）H：为单位重量流体所得到的机械能［J/N］或［m］。其

大小取决与泵的结构、尺寸、转速、流量及液体粘度。

3、功率：

（1）有效功率Ne：单位时间液体由泵所获得的实际机械能,即Ne=QPgH［W］。

（2）轴功率N：单位时间由泵轴传入泵的机械能［叼

4、效率n。反映了离心泵机械能损失的相对大小。即口=比小

（三）离心泵的特性曲线

离心泵出厂前，通常在101.3kPa下，用20℃清水在--定转速下，由实验测

得H、N、〃与Q之间的关系曲线，称离心泵的特性曲线。

1.H-Q曲线。通常离心泵的扬程H随流量Q的增大而下降。泵型号不同，H-Q

线形状不同。

2.N-Q曲线。N总是随Q的增加而增大。Q为零时，N为最小，所以启动泵

时，应关闭泵的出口阀门，使启动功率最小，以免烧坏电机。

3.77-Q曲线。〃-Q曲线随Q增加有一最高点，称为泵的设计点。泵铭牌上

标明的性能参数就是该点对应的参数。

4.影响离心泵性能的主要因素

（1）粘度。粘度增加，液体通过离心泵的能量损失加大。Q、H、〃均下降,

N增加。若〃220、10，〃2/5时.，泵特性曲线应校正。

（2）密度。泵的Q、H及〃-Q曲线不随「而变化。N随。的增加而增力口。

（3）转速。当泵的转速n变化＜20%,设效率不变，有以下近似关系:

/\2z\3

nH_nN_n

22222(2-4)

2,Hi、〃i,M、〃i,

（4）叶轮直径。若将原叶轮直径外周进行切削，使外径D变化＜5%,设泵

效率不变，有近似关系：

aD「H]UM[DJ

注意：离心泵的特性曲线只是泵本身特性的反映，与管路状况无关。

（四）离心泵的工作点与流量调节

1.管路特性曲线

22

H+++（2-6）

'Pg2g『

☆A=AZ+上二红，对一定管路，A值与Q无关。

P8

2_2

令":L+”8。2,B为由管路状况决定的常数。则式（2-6）改写为

2g

=A+BQ2[m]

上式称为管路特性方程，将其标绘在H-Q坐标系上，得到管路特性曲线。

2.离心泵工作点

将泵的特性曲线标绘在Q-H坐标中，两曲线有一交点，该点即是离心泵的

工作点。这表明，离心泵安装在某一特定管路中工作时，所提供的流量和压头应

正好等于管路完成规定输送任务Q时所需要的压头乩。

注意：对某特定的管路系统和特定的离心泵，只能有一个工作点，即工作

点由泵特性和管路特性共同完成。

3.泵的流量调节。

离心泵的流量调节实质就是改变泵的工作点，

（1）改变管路特性曲线。最简单灵活的方法是调节泵出口阀的开度，以改变

管路中的局部阻力即管路特性方程中B值。使管路特性曲线上移（关小阀门）或下

移（开大阀门）.

（2）改变泵的特性。即改变泵的转速和叶轮直径。转速或叶轮直径增加，泵

特性曲线上移，转速或叶轮直径减少，泵特性曲线下移。

（五）离心泵的安装高度

1、汽蚀现象：当离心泵的安装高度过高，使叶轮入口处压强PWPv（被输送液

体在工作温度下的饱和蒸汽压）时，液体将部分汽化,导致泵流量、扬程和效率急

剧下降，并造成泵内叶片、泵壳损坏，这种现象称汽蚀.

2、允许汽蚀余量△力：为防止汽蚀现象发生，必须规定在一定条件下抗汽蚀能

力特性参数---汽蚀余量△/?。

定义：%=（旦+£）_&[m]

Pg2gpg

离心泵的允许汽蚀余量Ah允为汽蚀余量的最低允许值。其值是在10L3KPa

和20℃下，用清水通过实验测定的，该值越大说明泵抗汽蚀的能力越小。

3、离心泵的允许安装高度。指泵的入口高于贮槽液面最大允许高度Hg。

（1）安装高度的计算公式：

成=端凸一〃h先

Pg

泵的实际安装高度必须低于或等于此值。

（2）影响允许安装高度的因素：

A、液体的温度越高，饱和蒸汽6越大，允许安装高度Hg越小。

B、泵安装的海拔高度越高，当地大气压与越小，允许安装高度Hg越小。

C、吸入管路上管件越多，管路越长，允许安装高度Hg越小。

D、抽送液体流量越大，允许安装高度Hg越小。

结论：为了提高泵的允许安装高度Hg,吸入管应尽量短、直，输送液体

温度低。

（六）离心泵的选型步骤：

1、根据输送液体性质，确定泵的类型。

2、根据机械能衡算式，计算在最大流量下所需泵的扬程。

3、由（Q,H）选择泵的型号。

4、根据泵的性能参数，计算泵所允许的安装高度。

二、往复泵

（一）往复泵的结构与工作原理

1、往复泵是由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀组成的正位移泵.

2、往复泵靠工作室扩张造成低压吸入液体，靠活塞挤压，提高液体压强将液

体排除。泵的活塞运动是周期性的,因而排液量不均匀。往复泵有自吸能力，所

以启动前不需灌泵，但安装高度与离心泵一样受到限制。

（二）往复泵的输液量与调节

1、往复泵的流量只与泵的结构、尺寸和往复次数有关。

2、往复泵的压头与泵的尺寸和流量无关。其工作点仍是管路特性曲线和泵

特性曲线交点。

3、往复泵的流量调节最常用的是旁路调节,此外也可用改变电机转速、改变

活塞冲程来调节。

三、离心式通风机

离心通风机结构和工作原理与离心泵相同。

（一）性能参数

1、风量Q：是指单位时间通过进风口的体积流量（按进口状态计）。单位

为m3/So

2、风压Pt：单位体积气体所获得的机械能,单位为J/n?或Pa。在风机进、

出口间列柏努力方程有：Pt=（P2-P1）+竺

2

全风压pt=静风压（P,—Pi）+动风压小

2

3、轴功率与效率。N=PtQ/1000n[KW]

注意：计算N时，Pt和Q应为同一状态下的值。

（二）离心通风机的特性曲线与选用

1、离心通风机的特性曲线有四条：Pt〜Q；（P2-P,）〜Q；N〜Q；n〜Q。是

在101.3Kpa,20c下，由空气作为介质在一定转速下测得的。

2、离心通风机的类型与选用步骤：

（1）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体、含尘气体、高

温气体等）与风压范围，确定风机类型。

离心通风机按其产生的风压大小分为：低压（PtWlKPa）,握（Pt=l〜3KPa）

和高压（Pt=3〜15KPa）三类（以上Pt均为表压）。

（2）根据进口状态下的风量和标准条件下（20℃,101.3Kpa）的风压确

定风机的型号。

II典型例题

,、用泵将碱液由敞口槽打入位差为10m高的塔中，塔顶压强为0.6kgf/cm2

（表压），流量20m3/h,管路均为①57X3.5mm无缝管，管长50m（包括所有局部

阻力的当量长度）。碱液Q=1200口/m3,粘度〃=2cP,管壁粗糙度为0.3mm,

求：1.泵的压头泵向碱液提供的有效功率N,。

2.列出该管路的特性曲线方程。

解：1.以槽面为截面1,高塔液面为截面2,在1—2截面间列柏努力方程，以槽

液面为0基准面，则”，=Z,+&+4上"之

Pgd2g

"：u=用-/-x0.052=2.38〃?/s

36004

R0-05X2.8X1200

=3=849X1()4湍流

,2X10-3

±=—=0.006查莫狄图入=0.034

d50

,0.6x9.81x10-

+OjQ34x—二289〃

12000.052x9.81

N,="。2g=28.9xx1200x9.81=1.89KW

‘"3600

2.在1一2截面间列柏努力方程有:

“_Z+8+/+»，«2

17—乙on----rA-----------

Pgd2g

(2/-x0.052x3600)2

DU4

得=10+5.0+0.034x---X------------------

0.052x9.81

即H=15+0.0347Q2[m]〜管路特性方程，式中流量单位m7h。

二、用泵将30℃水送至吸收塔，已知塔内操作压力为500KPa（表压），要求流量

为65m7h,管径为①108X4mm无缝管，总长40m,其中吸入管路长6m,局部阻

力系数总和=5,排出管路局部阻力系数总和

Z统=15

求：1.选择合适的离心泵。

2.泵的安装高度是否合适。

3.若用入口管路上阀门调节流量，能否保

证正常操作？（当地大气压760mmHg）

解：1.在1—2截面间列柏努利方程，以截面1为0基准面,

查30℃;Kp=995.1kg/m\ju=0.80UP,Pr=0.432机H2。

u=-----------=2.3m/s

-X0.12X3600

4

0.1x995.7x2.3…，,、5

Rn=----------=2.86xl05湍流

'0.801x10-3

£03

取£=0.3-=—=0.003查图入=0.027

d100

旨500X103。八cr40u,u、2.32rru

所以H=18H-----------h(0.027x---1-5+15)x------=77.5m

'995.7x9.810.12x9.81

由Q=65n?/h,Hc=77.5m查得应选IS100-65-250型水泵。其性能为：Q=100m'/h,

H=80m,n=72%,Ah允=4.8m,N=30.3KW,n=2900转/分

2、由IS100-65-250型离心泵性能，该泵的安装高度应为:

”,=殳也一Ah允-H…

Pg

617手

=10.33-0.432-4.8-（0.027X—+5）X—：一=3.31m

0.12x9.81

可见，现场泵的安装高度合适。

3、若用入口管路阀门调节流量，可造成Hr入口增大，若H,入n增加过多，由安

装高度计算式知，Hg有可能低于2m,此时就可能发生气蚀现象，不能保证系统

正常操作。因此安装泵时，应尽量减少吸入管路上的阻力，调节阀门装在出口管

路上，以保证调节流量时，泵仍能继续正常工作。

III思考题

一、填空：

1离心泵的扬程是指O

离心泵的升扬高度是指。

2、离心泵的性能参数包括、、。

3、当离心泵的流量增加时，泵的扬程，泵的轴功率，

泵入口处真空表读数，泵出口处压强表读数。

4、调节离心泵流量的方法有，，o最

简便迅速的方法是。

5、往复泵适用于、的场合。

6、离心通风机的全风压是与之和。

二、选择题

1、当离心泵转速一定时，离心泵流量和扬程的关系（）

a、只与泵所在管路有关；b、只与泵本身结构有关；c、与泵所在管路和泵本

身结构有关。

2、安装在管路中的离心泵，其流量和扬程

a、只与泵所在管路有关；b、只与泵本身结构有关；c、与泵所在管路和泵本

身结构有关。

3、有人认为（1）泵扬程就是泵的升扬高度，（2）泵的轴功率就是原动机的

功率,则:

a、两种说法都不对；b、两种说法都对；c、（1）对（2）不对；d、（1）不

对（2）对。

4、离心泵铭牌上所标明的流量是指:

a、泵的最大流量b、效率最高时流量

c、扬程最大时流量d、扬程最小时流量。

三、是非题

1、离心泵的流量调节阀门装在泵的出口管路上和进U管路上均可。

2、离心泵的气缚现象是因泵的安装高度不合适造成的。

3、离心泵和往复泵启动前均需要灌泵。

4.离心泵的气蚀现象是因泵的安装高度不合适造成的

四、计算题

1.如图输水系统，已知管内径d=50mm,在阀门全开时，输水系统的总长50m

（包括全部局部阻力当量长度），4取0.03。

两槽均通大气，泵的性能曲线，在流量为---------pH"

6m'/h—l5m"h范围内可用下式血

〃=18.92-0.82。°',此处H[m],Q[m7h]0r

（1）写出管路特性方程。C_____

（2）如果要求流量为10m7h,单位质量和

单位重量水需加外功多少？此泵能否完成任务？

（3）如要求输液量减至8mYh（关小阀门），泵的功率减少百分之多少？

2.某冷凝器的真空度为0.8kgf/cm2,所需冷却水量50吨/h,从敞口水池液

面到冷凝器水入口垂直高度15m,用①114x7〃〃〃管子输水，管长80m,

4=0.02,管路上配有两个球阀（4=3）,5个标准弯头，（。=1.26）,管

入口4=0.5。试选一台泵。并说明理由。泵如下表所列。

编号1234

流量1/min500100010002000

扬程m10101515

第三章非均相混合物的分离

I复习提要

一、重力沉降

重力沉降的依据是颗粒与流体的密度不同。在重力作用下颗粒在流体中自由

沉降时，受到重力、浮力和来自流体阻力的共同作用，三力一般很快达到平衡，

颗粒开始匀速下沉，沉降速度即指颗粒相对于流体的匀速运动速度。

球形颗粒的自由沉降速度计算式为：

=14dps广p)g

T3勿

式中J为阻力系数，与雷诺数Re,=也吆有关，两者关系可分为三个区域。

1.当10.“<Re,<2时，层」流区？=744

Re,

2.当2<Re,<1()3时，过渡区<=

5

3.当1。3<Re<2X10时，湍流区？=0.44

对于层流区，可得到斯托克斯公式，即u=gd；S「P)

'18〃

二、离心沉降

离心沉降的依据同样是根据颗粒与流体的密度不同。颗粒的离心沉降方向为

垂直于流体的旋转方向，径向向外。

离心沉降速度u,=性广°)。

V3力

2

由离心加速度可见，离心沉降速度随位置不同而不同。离心分离

r

能力的强弱可用离心分离因数(=区来表示。

g

三、沉降分离设备

1.沉降分离设备具备的条件：

流体在设备内的停留时间f,>颗粒在设备内的沉降时间ts,即0>ts

2.总分离效率、临界直径

由于非均相混合物中的分散相存在一定的粒径分布和位置分布，决定了颗粒的沉

降时间，，分布很宽。在流体停留时间。有限的情况下，实现完全分离是不可能的。

被分离下来的颗粒质量占总颗粒质量的百分数称为总分离效率。理论上可以完全

被分离下来的最小颗粒直径称为临界直径。

3.降尘室

含尘气体的停留时间f=-=—

ruV

颗粒的沉降时间（完全分离）鼠=巴

u,

最大处理量匕ax=BL.

由沉降速度限可求取颗粒的临界直径力」由丫皿可知，当气体处理

icpcnidxit

量一定时，完全除去一定直径颗粒的条件只取决于降尘室的底面积BL,与其高

度H无关，因此降尘室可设计成扁平形状。

4.旋分分离器

含尘气体的停留时间。=也必

%

颗粒的沉降时间（完全分离）学组

d用吗

临界直径dpc=匚四二

旋转圈数N和阻力系数4与旋风分离器的结构及尺寸比例有关，而与筒体直径

大小无关。适当增加气体处理量，即增大/可降低临界直径。

四、过滤

过滤是利用多孔物质（即过滤介质）截留固体颗粒，而允许流体通过的分离

操作。流体透过过滤介质需要外力的推动，外力可以是重力、压强差或离心力。

滤饼过滤是将固体颗粒截留在过滤介质表面，形成滤饼，并由滤饼继续截留颗

粒。随着滤饼层的加厚，流动阻力不断增加，故过滤操作为不定常操作过程。深

层过滤为另一种过滤方式。

在过滤过程中，已处理的悬浮液量与得到的滤液量及滤饼量之间存在着一定

的关系。单位时间通过单位过滤面积得到的滤液体积即匚，称为过滤速度。

Adt

五、恒压过滤方程

过滤基本方程式匕=-------

Adtr^iu(V+Ve)

2Ap

令长=一L，即得恒压操作下的过滤速度为：

r/ju

dV_KA

~Adt~2(V+Ve)

22

恒压过滤方程：V+2VVe=KAt

恒压操作下过滤速度不断下降。

六、过滤设备

1.板框压滤机--间歇过滤设备。

2.转鼓真空过滤机一连续过滤设备。

II、典型例题分析

例1.某降尘室的内部总体尺寸长、宽、高为12X6X3.8m,处理温度为140℃,

粘度为2.37x10-5P&$的常压含尘气体，尘粒密度为1600Kg/m"

求(1)50〃〃?颗粒的沉降速度。

(2)完全分离50〃m颗粒所允许的最大气体处理量。

解(1)假定颗粒沉降位于层流区。则

d；,(P「P)g