1、化工原理化工原理 参考书参考书 *教材教材 *谭天恩等，谭天恩等，化工原理化工原理 *天大，姚玉英主编天大，姚玉英主编化工原理化工原理 *南京化工，赵汝溥等编南京化工，赵汝溥等编化工原理化工原理 *清华清华化工原理化工原理 *丛德滋等编丛德滋等编化工原理示例与练习化工原理示例与练习 *姚玉英主编姚玉英主编化工原理例题与习题化工原理例题与习题*化工原理化工原理及及化学反应工程化学反应工程公式公式 例解例解 测验测验*清华，周荣琪等编清华，周荣琪等编化工原理学习指引化工原理学习指引*TQ02H96化工原理学习指导化工原理学习指导TQ02-44 H5 化工原理学习指导化工原理学习指导TQ022.1H
2、2化工流体流动与传热化工流体流动与传热TQ02 70化工原理操作型问题的分析化工原理操作型问题的分析 http:/ 化工原理教学资料化工原理教学资料 化工原理化工原理 上上 册册绪论绪论0-1 化工原理在整个学科体系的化工原理在整个学科体系的地位与作用地位与作用 1）弯一下？）弯一下？2）泵）泵类型？类型？结构？原理？结构？原理？修好？修好？0-2 0-2 化工过程与单元操作化工过程与单元操作（1 1）化工生产过程）化工生产过程 “原料原料 化学反应器化学反应器 （中间）（中间）产品产品”前处理前处理 后处理后处理（2）单元操作）单元操作*物料的输送物料的输送*沉降沉降*过滤过滤*流态化流态化
3、*加热与冷却加热与冷却*蒸发蒸发*气体吸收气体吸收*液体蒸馏液体蒸馏*固体干燥固体干燥*液液萃取液液萃取*膜分离膜分离0-3化工原理化工原理课程课程（1）内容）内容 *基础理论基础理论流体力学、流体力学、传热学、传质学基础传热学、传质学基础 *若干典型单元操作若干典型单元操作（2）性质）性质 属技术基础课属技术基础课（3）作用）作用 *单元操作知识与有关的单元操作知识与有关的基础理论知识基础理论知识 *掌握分析与解决工程问掌握分析与解决工程问题的方法论题的方法论0-4 单位制与单位换算单位制与单位换算(1)CGS制（物理单位制）制（物理单位制）厘米厘米-克克-秒制秒制(2)MKS制（绝对单位制
4、）制（绝对单位制）米米-千克千克-秒制秒制(3)工程单位制工程单位制 米米-公斤（力）公斤（力）-秒秒(4)SI制（国际单位制）制（国际单位制）以以MKS制基础制基础基本单位：基本单位：长度长度米（米（m)质量质量千克千克(kg)时间时间秒秒(s)温度温度开尔文开尔文(k)物质的量物质的量摩尔摩尔(mol)重要导出单位：重要导出单位：力力F=ma ；N 压强压强P=F/P=F/面积面积 ；N/mN/m2 2PaPa 能量、功、热能量、功、热F F距离距离 ；N.mN.mJ J 功率功率功功/时间时间 ；J/s J/s W W 比热比热热热/质量质量温度；温度；J/kg.KJ/kg.K单位换算？
5、单位换算？单位换算单位换算换算因数：换算因数：1in.=25.4 mm1in.=25.4 mm14.251mmin1in.=25.4 mm1in.=25.4 mminmm14.25114.251mmin1in.=25.4 mm1in.=25.4 mminmm14.251换算因数？换算因数？-彼此相等而各有彼此相等而各有 不同单位的两个不同单位的两个 物理量之比。物理量之比。纯数纯数1【例】【例】已知已知1atm=1.033kgf/cm2,试试将此压强换算为将此压强换算为SI单位。单位。解：解：1 kgf=9.81 N 1m=100cm 1atm=1.033kgf/cm2 221100181.9
6、033.1mcmkgfNcmkgf222110000181.9033.1mcmkgfNcmkgf=1.013 105 N/m20-5物料衡算物料衡算 质量守恒原理的具质量守恒原理的具体应用体应用（1）确定控制体）确定控制体 即进行衡算的空即进行衡算的空间范围间范围（2）确定衡算基准）确定衡算基准 1s 或或 1h（3）列出衡算式）列出衡算式 mi-mo=ma 对于连续生产：对于连续生产：mi-mo=00-6能量衡算能量衡算 机械能、热量、电能、化学能等统称为能量。机械能、热量、电能、化学能等统称为能量。依据依据-能量守恒定律。能量守恒定律。重点重点热量衡算热量衡算衡算式：衡算式：式中式中 Qi
7、随物料进入控制体的热量，随物料进入控制体的热量，kJ 或或kW;Qo随物料离开控制体的热量，随物料离开控制体的热量，kJ 或或kW;QL向控制体周围散失的热量，向控制体周围散失的热量，kJ 或或kW。QLQoQi也可写成：也可写成：式中式中 W物料的质量，物料的质量，kg 或或 kg/s；H物料的焓，物料的焓，kJ/kg。适用于间歇过程（适用于间歇过程（kJ)、连续过程（、连续过程（kW)LoiQ (WH)(WH方法：方法：（1）确定控制体（范围）确定控制体（范围）（2）确定衡算基准）确定衡算基准 由于焓是相对值，故应由于焓是相对值，故应 （3）指明基准温度，基准状态。）指明基准温度，基准状态
8、。通常以通常以0C、液态为基准、液态为基准。（4）列出衡算式）列出衡算式例例 在换热器里将平均比热为在换热器里将平均比热为 3.56 kJ/(kg.C)的某溶液的某溶液自自25 加热到加热到80 ，溶液流量为，溶液流量为 1.0 kg/s。加热介质为加热介质为120 的饱和水蒸汽，其耗量为的饱和水蒸汽，其耗量为 0.095kg/s,蒸汽冷凝成同蒸汽冷凝成同温度的饱和水排出。求此换热器的热损失占蒸汽供热的百分数。温度的饱和水排出。求此换热器的热损失占蒸汽供热的百分数。25 C 溶液溶液1.0kg/s80 C 溶液溶液1.0kg/s120 C 饱饱和水蒸汽和水蒸汽120 C 饱和水饱和水 解：由解
9、：由P364附录查出附录查出120 C 饱和水蒸汽的焓值为饱和水蒸汽的焓值为 2708.9 kJ/kg ,120 C 饱和水的焓值为饱和水的焓值为 503.67 kJ/kg.基准：基准：s 控制体：控制体：25 C 溶液溶液1.0kg/s120 C 饱和水蒸汽饱和水蒸汽120 C 饱和水饱和水80 C 溶液溶液1.0kg/sQ2Q1Q3Q4QL作热量衡算：作热量衡算：随物料带入换热器的总热量：随物料带入换热器的总热量：Qi=Q1+Q2其中：其中：Q1=0.095 2708.9=257.3kW Q2=1 3.56(25-0)=89kW Qi=257.3+89=346.3kW随物料带出换热器的总热
10、量：随物料带出换热器的总热量：Qo=Q3+Q4其中：其中：Q3=0.095 503.67=47.8kWQ4=1 3.56(80-0)=284.8kW Qo=47.8+284.8=332.6kW由由 Qi=Qo+QL QL=Qi-Qo=13.7kW 热量损失百分数热量损失百分数=6.54%100*8.473.2577.13绪论小结绪论小结 化工原理在学科体系的地位与作用化工原理在学科体系的地位与作用 化工过程与单元操作化工过程与单元操作 化工原理化工原理课程课程 单位制与单位换算单位制与单位换算 物料衡算物料衡算 能量衡算能量衡算 第一章第一章 流体流动流体流动1.1 1.1 概述概述1.1.1
11、 1.1.1 流体流体气体和液体气体和液体特性：特性：（1 1）流动性）流动性（2 2）压缩性）压缩性分类分类:(1)(1)不可压缩流体：液体；（若不可压缩流体：液体；（若P,tP,t变化小，气体）变化小，气体）(2)(2)可压缩流体：实际流体可压缩流体：实际流体 ，气体，气体1.1.2 1.1.2 几个物理名词几个物理名词(1)(1)密度密度kg/mkg/m3 3 重度重度kgf/mkgf/m3,3,其数值其数值同同密度。密度。比容比容m m3 3/kg,/kg,密度的倒数。密度的倒数。(2)(2)流量流量有两种有两种 a.a.体积流量体积流量 q qv v m m3 3/s,m/s,m3
12、3/h/h；b.b.质量流量质量流量 q qm mkg/skg/s，kg/hkg/h；q qm m=q=qv v(3)(3)流速流速(u)(u)m/sm/s1.1.3 流体流动中的作用力流体流动中的作用力(1)体积力体积力(质量力质量力)重力重力:G=mg=gV 离心力离心力:muT2/r =V uT2/r(2)表面力表面力 压力压力:表面的力表面的力 压强压强:剪力剪力:/表面的力表面的力 剪应力剪应力:1.1.4 1.1.4 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 实验性定律，是通过实验得出的实验性定律，是通过实验得出的 江面流速分布示意图江面流速分布示意图在圆管中流动的流体在圆管中流动的流体选相邻两薄
13、圆筒流体（选相邻两薄圆筒流体（1 1，2 2）进行分析）进行分析 实验证明，对于一定流体，实验证明，对于一定流体，内摩擦力内摩擦力F F .dyduAFdyduAFdyduAF)(A 剪应力剪应力,N/m2；速度梯度；速度梯度；粘度或动力粘度。粘度或动力粘度。式（式（A A）-牛顿粘性定律牛顿粘性定律一句话，即流体内部所受的剪应力与速度梯一句话，即流体内部所受的剪应力与速度梯度成正比。度成正比。AFdydu（1）流体分类：）流体分类：牛顿型流体牛顿型流体非牛顿型流体非牛顿型流体 非非 有三种：有三种：塑性流体塑性流体 假塑性流体假塑性流体 涨塑性流体涨塑性流体 许多高分子溶液、涂料、泥许多高分
14、子溶液、涂料、泥浆等属于浆等属于非牛顿型流体非牛顿型流体。（2）流体在圆管内的速度分布）流体在圆管内的速度分布 a.粘性流体（粘性流体（0）实际流体实际流体 b.理想流体（理想流体（=0）（4）影响粘性的因素）影响粘性的因素 a.温度温度 实验表明实验表明:t,g,l 原因：原因：气体粘性气体粘性 分子热运动分子热运动 液体粘性液体粘性 分子引力分子引力 b.压强压强 影响很小影响很小（5）粘度）粘度 衡量流体粘性大小的物理量衡量流体粘性大小的物理量 单位？单位？据牛顿粘性定律：据牛顿粘性定律：1Pa.S=1000 mPaS112msmdydumNSPa物理单位制中：物理单位制中：1P（泊）（
15、泊）=100 cP（厘泊）（厘泊）1cP=10-3 Pa.S=1mPa.S另：另：/=运动粘度运动粘度 （6）流体流动中的机械能）流体流动中的机械能 位能：位能：mg z ,J g z ,J/kg 动能：动能：mu2/2,J u2/2,J/kg 压强能：压强能：mP/,J P/,J/kg 实际流体实际流体粘性粘性内摩擦力内摩擦力机械能损失机械能损失 输送机械做功输送机械做功1.2 流体静力学流体静力学弯一下？弯一下？等问题等问题 1.2 1.2 流体静力学流体静力学 研究研究静止静止或或相对静止相对静止状态的流体状态的流体 1.2.1 1.2.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程 A任取任
16、取 1.2.1.1 受力分析受力分析水平方向：水平方向：相互抵消相互抵消垂直方向：垂直方向：上端面的总压力上端面的总压力:P1=p1A下端面的总压力下端面的总压力:P2=p2A重力：重力：G=Vg=g(Z1-Z2)A Z1Z2GP1P2P0 液柱静止液柱静止 P1+G-P2=0 p1A+g(Z1-Z2)A-p2A=0 p1+g(Z1-Z2)-p2 =0移项：移项：p2=p1+g(Z1-Z2)（1）若液柱的上端面取在容器的液面，若液柱的上端面取在容器的液面，P0,液柱高液柱高 h,则：则：p2=p0+gh将式（将式（1）移项：）移项：p2+g Z2=p1+g Z1 （2）式（式（2）/：静力学基
17、本方程静力学基本方程)3.(.2211gzpgzp 液柱是任取的：液柱是任取的：对任意两点对任意两点1和和2：)3.(.2211gzpgzp常数 gZp2211gzpgzp12z2z1 1.2.1.2 几个概念几个概念 (1)等压面等压面 由式由式(3)(静力学基本方程静力学基本方程):当当 Z1=Z2,1=2 p1=p2 即即(相对相对)静止的静止的,连续连通的同一种流体连续连通的同一种流体(1=2),同一水平面上的压强相等同一水平面上的压强相等,这样的水平面这样的水平面称为等压面称为等压面.换句话说换句话说,即即 静压强仅与垂直位置有关静压强仅与垂直位置有关,而与而与水平位置无关水平位置无
18、关.CBAABC (2)压强能与位能压强能与位能 P/的单位的单位:故称故称 P/为为 压强能压强能 g Z的单位的单位:故称故称 gZ 为位能为位能 kgJkgmNmkgmN./32kgJkgmNgZMM.这说明：静止的流体具有位能和这说明：静止的流体具有位能和压强能，两项能量总和恒为常量。压强能，两项能量总和恒为常量。若位能小，则若位能小，则P/大；反之若大；反之若gZ大，则大，则P/小。说明位能和小。说明位能和压强能可以相互转换，但总能量压强能可以相互转换，但总能量守恒。守恒。1.2.2 压压 强强 （1）压强的表示方法）压强的表示方法 A.以以 Pa B.工程上以液柱高度工程上以液柱高
19、度 mH2O柱柱,mmHg柱柱 换算关系：换算关系：1atm(标准大气压）标准大气压）=1.013105 Pa =760 mmHg =10.33mH2O1at(工程大气压）工程大气压）=1kgf/cm2 =9.807 104 Pa =10 mH2O (2)压强的基准压强的基准 A.绝对真空绝对真空 绝对压强绝对压强 B.大气压大气压 表压表压（正压）（正压）压力表压力表 真空度真空度（负压，吸力）（负压，吸力）真空表真空表 0Pa大气压大气压PP1P2绝绝表表真真绝绝 0Pa大气压大气压PP1P2绝绝表表真真绝绝 P表表=P绝绝-Pa ；P真真=Pa-P绝绝；则则 P表表=-P真；真；注意：注
20、意：P要同一基准。要同一基准。1.2.3流体静力学的应用流体静力学的应用1.2.3.1 压强测量压强测量（1）U形管压差计形管压差计指示液：水银；甘油；指示液：水银；甘油；水；水；CCl4等等指示液指示液 i 被测流体被测流体 取等压面取等压面ab (兼基准面兼基准面)即即 Pa=Pb据静力学基本方程据静力学基本方程:Pa=P1+gZ1Pb=P2+g(Z2-R)+igRPa=P1+gZ1Pb=P2+g(Z2-R)+igR整理整理:(P1+gZ1)-(P2+gZ2)=(i-)gR(P1+gZ1)-(P2+gZ2)=(i-)gR“P1”-”P2”=(i-)gR 虚拟压强差虚拟压强差 “P1”-”P
21、2”=(i-)gR结论结论:U形压差计测得的读数形压差计测得的读数R是两点是两点的虚拟压强差的虚拟压强差.注意注意:(1)当管道水平当管道水平,Z1=Z2,则则 P1-P2=(i-)gR 压差压差 (i-)越小越小 (2)指示液指示液 测液体测液体:用用 Hg 或或 CCl4 测气体测气体:水水+染料染料 且且 g i(水）水）故故(i-)i P1-P2=igR(3)测任一处的压强测任一处的压强 一端通大气一端通大气,P2=Pa P1-Pa=(i-)gR P1表表=(i-)gR(4)其它其它 微差微差/倒倒U形形/斜管斜管.1.2.3.2 液位测量液位测量(1)玻璃管液面计玻璃管液面计(2)远
22、距离测量液位远距离测量液位 P75,习题习题2小结小结:1.2流体静力学流体静力学1.2.1流体静力学基本方程流体静力学基本方程 P1/+gZ1=P2/+gZ2 等压面等压面;总势能总势能;虚拟压强虚拟压强1.2.2压强压强 _表示方法表示方法 基准基准1.2.3 静力学应用静力学应用 _（虚拟）压强（差）测量（虚拟）压强（差）测量 液位测量液位测量 1.3 流体流动中的守恒原理流体流动中的守恒原理1.3.1 质量守恒质量守恒1.3.1.1 概念概念 (1)流量流量 体积体积-:qv,m3/s,m3/h质量质量-：qm,kg/s ,kg/h (2)流流 速速平均平均-:m3/(m2s)=m/s
23、质量质量-:kg/(m2s)uAAuAqAqGvmAquv (3)定态与非定态流动定态与非定态流动 A.定态流动定态流动 u,P,qv f()B.非定态流动非定态流动 u,P,qv=f()1.3.1.2 质量守恒方程质量守恒方程 1122u1u2qm1qm2 qm1=qm2qm=qv=uA u1A1 1=u2A2 2 对不可压缩流体：对不可压缩流体：不变：不变：u1A1=u2A21221AAuu 对圆管：对圆管：24dA22221144dudu21221dduu 1.3.2 机械能机械能守恒守恒 J/kg:位能：位能：g z;压强压强能：能：P/;动能：动能：u2/21.3.2.1 理想流体理
24、想流体的机械能守恒的机械能守恒 无粘性，无粘性，在流动过程中在流动过程中无摩擦损失。无摩擦损失。1kg 流体：流体：对不可压缩流体：对不可压缩流体：1=2=即：即：常数常数 柏努利方程柏努利方程222221121122PugZPugZ1122u1u2Z1Z20022uPgZ1.3.2.2 实际流体实际流体管流的机械能衡算管流的机械能衡算 （1）粘性流体）粘性流体 （2）外加能量）外加能量 能能(入入)=能能(出出)1122u1,P1,Z1u2,P2,Z200ehugZP)2(2111fhugZP)2(2222 校正系数校正系数 工程上工程上:1 故故:单位单位:J/kg2)2(22uuehuP
25、gZ22111fhuPgZ222221.3.2.3 柏努利方程的讨论柏努利方程的讨论(1)若流体静止若流体静止,则则:u=0,hf=0,he=0于是于是:gZ1+P1/=gZ2+P2/此即静力学基本方程此即静力学基本方程.ehuPgZ22111fhuPgZ22222(2)为常数为常数,适于不可压缩流体适于不可压缩流体.对可压缩流体对可压缩流体,当当以以 代代 (3)不同形式的柏努利方程不同形式的柏努利方程%20121PPP221m a.以单位质量流体为基准以单位质量流体为基准,J/kg b.以单位重量流体为基准以单位重量流体为基准,J/N=m c.以单位体积流体为基准以单位体积流体为基准,J/
26、m3 feHgugPZHgugPZ2222222111hfuPgZheuPgZ2222222111ehuPgZ22111fhuPgZ22222 (4)应应 用用求求:(Z2-Z1);P1(or P2);u1(or u2);he;hfehuPgZ22111fhuPgZ22222 (5)注注 意意 A.截面的选取截面的选取 a.流向流向;b.流体须连续流体须连续;c.不能选在阀门不能选在阀门 弯头处弯头处 B.基准面基准面 -须是水平面须是水平面 C.压强压强 可用可用P表表,也可也可P绝绝,但但P1,P2须同须同.D.有效功有效功he 有效功率有效功率 Pe=he.qm J/kg kg/s =J
27、/s=w ehuPgZ22111fhuPgZ22222小结小结 1.3流体流动中的守恒原理流体流动中的守恒原理1.3.1质量守恒质量守恒 u1A1=u2A2 即即u1/u2=A2/A11.3.2 机械能守恒机械能守恒理想流体的理想流体的 :常数常数实际流体的实际流体的:不同形式的柏努利方程不同形式的柏努利方程22uPgZehuPgZ22111fhuPgZ22222 a.以单位质量流体为基准以单位质量流体为基准,J/kg b.以单位重量流体为基准以单位重量流体为基准,J/N=m c.以单位体积流体为基准以单位体积流体为基准,J/m3 feHgugPZHgugPZ2222222111hfuPgZh
28、euPgZ2222222111ehuPgZ22111fhuPgZ22222 1.4 流体流动的内部结构流体流动的内部结构1.4.1 流动的型态流动的型态1.4.1.1 两种流型两种流型雷诺实验雷诺实验(1)层流层流(或滞流或滞流)(2)湍流湍流(或紊流或紊流)1.4.1.2 流型的判据流型的判据 -雷诺准数雷诺准数 Re(1)当当 Re 2000 时时,层流区层流区(2)当当 2000 Re 4000 时时,湍流区湍流区duRe1.4.2 湍流的基本特征湍流的基本特征 (1)径向随机的脉动径向随机的脉动时间时间速度速度(2)湍流时的层流内层和过渡层湍流时的层流内层和过渡层1.4.3 圆管内流体
29、流动的速度分布圆管内流体流动的速度分布 (1)层流时的速度分布层流时的速度分布 抛物线；抛物线；u=0.5 umax umax(2)湍流时的速度分布湍流时的速度分布 比较均匀比较均匀 u=0.8 umax 1.5 阻力损失阻力损失 化工管路化工管路=直管直管+管件管件 两种：两种：直管阻力直管阻力:直管直管 局部阻力局部阻力:管件管件(弯头弯头,三通三通,阀门阀门)1.5.1 阻力与流动的关系阻力与流动的关系水泵房水泵房车间车间车车 间间水泵房水泵房392kPa392kPa1.5.2 直管阻力直管阻力 u1=u2由机械能衡算式由机械能衡算式:fhuPuP222222111122fhuPuP22
30、222211即即阻力损失表现为流体势能的降低阻力损失表现为流体势能的降低.21PPhfgRi)(实验实验 1.5.2.1 层流时直管阻力层流时直管阻力 经理论推导经理论推导:-泊稷叶方程泊稷叶方程 232dluPfhP232dluhf1.5.2.2 湍流时直管阻力的实验研究方法湍流时直管阻力的实验研究方法 (1)析因实验析因实验 h =(d,l,)(1)(1)析因实验析因实验 h =(d,l,)(1)(2)因次分析因次分析 据因次的一致性据因次的一致性 湍流湍流:(3)数据处理数据处理),()(2ddlduuhf1.5.3 直管阻力损失的计算式直管阻力损失的计算式(1)摩擦系数摩擦系数 层流层
31、流(Re 4000，=(Re,/d)P39 式式(1-85)P40 图图1-34 =(/d ),hf u2 ,阻力平方区阻力平方区 (2)实际管的当量绝对粗糙度实际管的当量绝对粗糙度 由试验反求由试验反求 ：测测hf 算算 图图1-34 /d 22udlhf(3)非圆管的非圆管的当量直径当量直径de de=A4浸润周边长管道截面积41.5.4 局部阻力损失的计算局部阻力损失的计算 有两种方法有两种方法:(1)阻力系数法阻力系数法 h =-局部阻力系数局部阻力系数,实验测定实验测定 2u2(2)当量长度法当量长度法 h =le-当量长度，由实验测定当量长度，由实验测定 22udle 1.5.5
32、管路总阻力损失管路总阻力损失 单位单位:J/kg2222udleudlhf2)(2udledlhf2)l(2udlehf小结小结:1.4 流体流动的内部结构流体流动的内部结构 1.4.1 流动的型态流动的型态 1.4.2 湍流的基本特征湍流的基本特征 1.4.3 圆管内流体流动的速度分布圆管内流体流动的速度分布 1.5 阻力损失阻力损失 1.5.1 阻力损失与流动的关系阻力损失与流动的关系 1.5.2 直管阻力直管阻力 1.5.3 直管阻力损失的计算式直管阻力损失的计算式 1.5.4 局部阻力损失的计算局部阻力损失的计算 1.5.5 管路总阻力损失管路总阻力损失1.6流体输送管路计算流体输送管
33、路计算1.6.1 管路分类管路分类(1)简单管路简单管路(2)并联管路并联管路(3)分支管路分支管路1.6.2 简单管路计算简单管路计算(1)已知已知u或或qv,d等等,不必迭代不必迭代(试差试差)的类型的类型如图如图:已知物性已知物性(,)流速流速u(或或qv)以及管径以及管径d,求求:液位高度液位高度H?求求H=?l,le,d,qv,解解:取高位槽液面为取高位槽液面为1-1,管出口外侧管出口外侧为为2-2截面截面,以以2-2截面的中心线为基准面截面的中心线为基准面,列柏努利方程列柏努利方程:Z1=H,u1=0,P1=0(表表),Z2=0,u2=0,P2=0(表表).1122hfPugZPu
34、gZ2222121122求求H =?hfPugZPugZ2222121122则则:gH=hfghfH(2)若若u(qv)或或d未知未知,须迭代须迭代(试差试差)的类型的类型 若已知若已知H,d,求求qv=?已知已知H 试差过程试差过程:设设某未知量为一定值某未知量为一定值后计算后计算,然后然后校核校核.若已知若已知d,而未知而未知qv,此类问题的解题思路此类问题的解题思路:已知已知H hf qv Re =柏柏式式u重设重设 设设 值值是是否否qv1.6.3 并联管路计算并联管路计算规律规律:若若 为常量，则：为常量，则：(1)qv=qv1+qv2+qv3qvqvqv1,d1,(l+le)1qv
35、2,d2,(l+le)2qv3,d3,(l+le)3AB (2)hf A-B=hf 1 =hf 2=hf 3 2.2udlelhf24dquv522)(8dqlelhfv1.6.4 分支与汇合管路的计算分支与汇合管路的计算(1)qv1=qv2+qv3(2)E2+hf 0-2=E3+hf 0-3 OOqv1qv2qv31.6.5 管道的选择管道的选择qv一定一定,若若d小小,u大大,hf大大 若若d大大,u小小,hf小小总费用最低总费用最低小结：小结：1.6流体输送管路计算流体输送管路计算1.6.1 管路分类管路分类1.6.2 简单管路计算简单管路计算1.6.3 并联管路计算并联管路计算1.6.
36、4 分支与汇合管路的计算分支与汇合管路的计算1.6.5 管道的选择管道的选择 1.6.5.1按流速选择管道按流速选择管道 1.6.5.2 按允许压降选择管道按允许压降选择管道 1.7 流速和流量的测定流速和流量的测定1.7.1 测速管测速管(毕托管毕托管)(1)结构和原理结构和原理u1P1u2P2R2222222111uPgZuPgZ u2=0 (驻点驻点),则则:22211pup)(2121PPu “P2”-”P1”=(i-)gR gRui)(211.7.2 孔板流量计孔板流量计(1)结构和原理结构和原理A.结构结构R B.原理原理缩脉缩脉(2)流量方程式流量方程式 Z1=Z22222222
37、111uPgZuPgZPuu2212212A0R12A0R PCuu2212021001001)(dduAAuuPddCu2)(14100gRCi)(2000AuqvgRACi)(200恒截面变压差流量计恒截面变压差流量计孔流系数孔流系数C0,C0=f(Red,m)m=A0/A1Red-以管径计算的以管径计算的 Red=du1/RedC0m 1.7.3 文氏流量计文氏流量计 文丘里文丘里-gRACqivv)(20喉孔喉孔1.7.4 转子流量计转子流量计(1)结构和原理结构和原理 (2)流量计算式流量计算式 受力平衡受力平衡转子转子:Vf,Af,f;流体流体:2220002111uPgZuPgZ
38、)(2)(21201001uuZZgPP)(2)(21201001uuZZgPPf2120f10f01)(2)()(AuuAZZgAPPf2120f)(2AuugV总压力差总压力差 =浮力浮力+动能差动能差平衡时平衡时:(P1-P0)Af =Vf fg=常数常数即即:Vf fg=Vf g+)(1 221020AAuAfu0fffAgVAAu)(2)(112100常数fffRAgVC)(2fffRvAgVACq)(20常数220uhf特点特点:变截面变截面,恒压差恒压差,恒流速恒流速,恒压降恒压降 (3)刻度换算刻度换算刻度刻度:200C水水 or 200C.101.33kPa 的的空气。在同一
39、刻度下，空气。在同一刻度下，A0相同相同换算换算:A-标定标定;B-待测待测 )()(AfBBfAvAvBqq小结：小结：1.7 流速和流量的测定流速和流量的测定1.7.1 测速管测速管(毕托管毕托管)1.7.2 孔板流量计孔板流量计1.7.3 文氏流量计文氏流量计1.7.4 转子流量计转子流量计 某新建的居民小区，居民用水拟采用建水塔方案某新建的居民小区，居民用水拟采用建水塔方案为居民楼供水，如图所示。为居民楼供水，如图所示。第二章第二章 流体输送机械流体输送机械2.1 概述概述 2.1.1 输送流体所需的能量输送流体所需的能量 He=A+HffHgugPZHegugPZ2222222111
40、fHguugPZgPZHe2)()(21221122fHgPHegudlHf2)(224dquv242)(8vfqgddlH2vKq2vKqgPHe -管路特性方程管路特性方程fHgPHe2vKqgPHeqvHegP管路特性管路特性 曲曲 线线qvHe12 1-低阻低阻 2-高阻高阻 2.1.2 流体输送机械流体输送机械分类分类 (1)动力式动力式-离心式离心式,轴流式轴流式 (2)容积式容积式-往复式往复式,旋转式旋转式 (3)其它其它 2.2 离心泵离心泵2.2.1 工作原理工作原理 (1)主要构件主要构件 -叶轮叶轮,蜗壳蜗壳 化工离心泵化工离心泵自吸式离心油泵自吸式离心油泵(2)工作原
41、理工作原理(3)气缚现象气缚现象 无自吸能力无自吸能力 灌泵灌泵 2.2.2 离心泵的理论压头（扬程）离心泵的理论压头（扬程）(1)理论压头理论压头HT u2-切向切向;D-叶轮直径叶轮直径;n-转速转速,r/minvTqbRgctguguH22222226060222DnnRu(1)理论压头理论压头HT (2)讨论讨论 n or D,HT vTqbRgctguguH22222226060222DnnRu叶片的几何形状叶片的几何形状 2-流动角流动角 2 2 2径向径向 2=900 后弯后弯 2 900 径向径向 2=900,ctg 2=0,HT=u22/g,HT f(qv)后弯后弯 2 0,
42、HT900,ctg 2 u22/g,qv ,HT vTqbRgctguguH2222222HTqvu22/g前弯前弯 2900径向径向 2=900后弯后弯 2qv串串qv低低阻阻高高阻阻串串并并单单串串 并并 高阻：高阻：qv串串qv并并qv低低阻阻高高阻阻串串并并单单并并 串串H 2.2.6 离心泵的离心泵的安装高度安装高度(A)(B)(1)泵内压强分布泵内压强分布P位位置置泵吸入口泵吸入口叶轮入口叶轮入口叶轮出口叶轮出口泵排出口泵排出口PvP1PK排液排液HgK1100 (2)汽蚀现象汽蚀现象 Z0=0,u0=0,P0=Pa,Z1=Hg101211020022HfgPguZgPguZ102
43、112HfgugPPaHg (3)离心泵的安装高度限制离心泵的安装高度限制 最大安装高度最大安装高度Hg,max 在在0-0与与K-K 间列机械能衡算式间列机械能衡算式:Z0=0,u0=0,P0(绝压绝压),PK=Pv,ZK=Hg,max 则则:)1()10(2200022KKKKHfHfgugPZgugPZ2max,)1(2)10(0KKvHfguHfgPgPHgcvNPSHHfgPgP)()10(0(NPSH)c-临界汽蚀余量临界汽蚀余量,实验测得实验测得;(NPSH)r-必需汽蚀余量必需汽蚀余量,(NPSH)r=(NPSH)c+安全量安全量 最大允许安装高度最大允许安装高度Hg注意注意:
44、(NPSH)r与与qv有关有关,qv ,(NPSH)r 5.0)()10(0rvNPSHHfgPgPHg(NPSH)c-临界汽蚀余量临界汽蚀余量,实验测得实验测得;(NPSH)r-必需汽蚀余量必需汽蚀余量,(NPSH)r=(NPSH)c+安全量安全量 最大允许安装高度最大允许安装高度Hg5.0)()10(0rvNPSHHfgPgPHg 2.2.7 离心泵的类型与选用离心泵的类型与选用(1)类型类型 清水泵清水泵 IS-单级单吸式单级单吸式;D-多级多级;Sh-双吸式双吸式.耐腐蚀泵耐腐蚀泵 F 油泵油泵 Y;YS(双吸双吸)液下泵液下泵 FY 屏蔽泵屏蔽泵 -无密封泵无密封泵,无泄漏泵无泄漏泵
45、 (2)选选 用用 选泵的类型选泵的类型 据据qv,He 选泵的型号选泵的型号 qv,泵泵 qv,管路管路.H,泵泵 He,管路管路.核算核算Pa(轴功率轴功率)若若 液体液体 水水 Pa=qvH g/P110.图图2-23 IS型离心泵的系列特性曲线型离心泵的系列特性曲线 (3)离心泵的离心泵的安装和使用安装和使用 安装高度安装高度_;启动前启动前 _;出口阀出口阀_时启动时启动;停车停车(泵泵)前先前先_;小结：小结：2.2.5 离心泵的操作离心泵的操作 (1)泵的泵的工作点工作点 (2)流量调节流量调节 (3)泵的串联操作泵的串联操作 (4)泵的并联操作泵的并联操作 (5)组合方式的选择
46、组合方式的选择 2.2.6 离心泵的离心泵的安装高度安装高度 2.2.7 离心泵的离心泵的类型与选用类型与选用 2.3 往复泵往复泵(容积泵容积泵)2.3.1 构造和工作原理构造和工作原理 (1)构造构造 泵缸泵缸 活活(柱柱)塞塞 单向单向活门活门 (2)原理原理 冲程冲程 (3)流量流量 A.单缸单动单缸单动B.单缸双动单缸双动C.三缸单动三缸单动 2.3.2 应用应用 (1)压头大压头大.流量小的场合流量小的场合.(2)流量调节流量调节 旁路调节旁路调节 1-旁路阀旁路阀 2-安全阀安全阀12 2.3.3 往复泵的流量与压头往复泵的流量与压头（1）单动泵）单动泵 qvT=AS n m3/
47、min 实际实际qvPqvT（2）H与与qv无关。无关。qvHqvTqvqvTH 2.3.4 往复泵与离心泵的比较往复泵与离心泵的比较 往复泵往复泵 离心泵离心泵 原理原理 无能量转换无能量转换 有有 启动启动 自吸能力自吸能力 有有 无无 灌泵灌泵 不需不需 需需 出口阀出口阀 开开 关关 流量流量 变变 不变不变流量调节流量调节 旁路调节旁路调节 出口阀出口阀2.4 气体输送机械气体输送机械 2.4.1 特点特点 (1)体积庞大体积庞大 (2)压头大压头大 (3)V与与T变变 2.4.2 分类分类(1)通风机通风机 出口出口P15kPa(表表),压缩压缩(强强)比比1 1.15 ;(2)鼓
48、风机鼓风机 15 kPa 0.3MPa(表表)，0.3MPa(表表)，4 ;(4)真空泵真空泵 0.1MPa(表表)。2.4.3 离心通风机离心通风机 低压低压 ；中压；中压 ；高压高压 ；(1)结构结构和工作原理和工作原理(2)性能参数与特性曲线性能参数与特性曲线 风量风量 qv m3/s 风压风压 J/m3=N/m2=Pa PT-实验测定实验测定风机进口风机进口1,出口出口2:全风压全风压 静风压静风压 动风压动风压 Ps Pk212222211122hfuPgZheuPgZTP2)()(221212uPPZZgPT2)(2212uPPPT(3)离心通风机的离心通风机的选用选用 qv )风
49、机风机 qv )需要需要 PT)风机风机 PT)需要需要 注意注意:铭牌铭牌PT-200C,0.1MPa,=1.2kg/m3;)(TTPP)2.1(TP 2.4.4 鼓风机鼓风机 两种：两种：旋转式旋转式 离心式离心式（1）罗茨鼓风机）罗茨鼓风机 -容积式容积式 出口安装稳压气柜与安全阀出口安装稳压气柜与安全阀 流量用流量用旁路调节旁路调节（2）离心鼓风机离心鼓风机工作原理同离心通风机工作原理同离心通风机 -压头较高的离心压头较高的离心鼓风机与多级离心泵类似鼓风机与多级离心泵类似选用方法同离心通风机选用方法同离心通风机压缩机压缩机-离心式、往复式离心式、往复式 2.4.5 往复式压缩机往复式压
50、缩机 -结构、原理似往复泵结构、原理似往复泵但气体但气体 小，可压缩，小，可压缩，活门更灵巧活门更灵巧单动往复压缩机单动往复压缩机、阀、入口、阀、入口P1、出口、出口P2设：设：1）理想气体）理想气体2）阀阻）阀阻=0 2.4.5.1 理想压缩循环理想压缩循环设：设：无余隙无余隙321V V1 V20P1P21234压缩压缩排气排气吸气吸气2.4.5.1 理想压缩循环（理想压缩循环（三种）三种）1)等温压缩过程等温压缩过程 2)绝热压缩过程绝热压缩过程 3)多变压缩过程多变压缩过程循环功循环功 k多变指数多变指数1PPVP1kkwk1k12C12.4.5.2 实际压缩循环实际压缩循环有余隙有余
