化工原理第一二章总结

第一章总结

一、基本概念

1、剪应力τ：单位面积上的内摩擦力，以τ表示。

——牛顿粘性定律

2、粘度μ：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。单位：Pa.S 液体：T↑，μ↓

气体：T↑，μ↑

3、密度ρ：单位体积的流体所具有的质量，SI单位kg/m3

理想气体在标况下的密度为：

由理想气体方程求得操作条件（T, P）下的密度

液体混合物密度计算式

气体混合物密度计算式

4、压强P ：流体的单位表面积上所受的压力，SI单位N/m2

表压强=绝对压强-大气压强

真空度=大气压强-绝对压强=-表压

5、流量

单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。

体积流量qv；单位为：m3/s。

质量流量qm；单位：kg/s。

6、流速

单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速u。

单位为：m/s。

7、雷诺数Re

流体在圆形直管内流动时：

可能是滞流，也可能是湍流，与外

界条件有关。——过渡区

流体的流动类型属于层流；

流体的流动类型属于湍流；

8、当量直径de

RH-水力半径

9、流体在圆直管中的流动形态

本质区别

分层流动

质点的脉动

10、管路特点

a、串联管路的主要特点

a) 通过各管段的质量不变，对于不可压缩性流体

b）整个管路的阻力损失等于各管段直管阻力损失之和

b、分支管路

a)

b）

C、并联管路的特点：

a）并联管路中各支管的能量损失相等。

b）主管中的流量等于各支管流量之和。

c）并联管路中各支管的流量关系为：

二、基本原理

1、流体的静力学方程

适用条件:用于静止的连通着的同一种流体的内部，对于间断的并非单一流体的内部则不满足这一关系。

2、连续性方程

若流体为不可压缩流体

3、伯努力方程

a) 若以单位重量的流体为衡算基准

[m]

b) 若以单位体积流体为衡算基准

[pa]

c) 若以单位质量流体为衡算基准

[J/kg]

适用条件：对于可压缩流体的流动，当所取系统两截面之间的绝对压强变化小于原来压强的20%，

仍可使用柏努利方程。式中流体密度应以两截面之间流体的平均密度ρm代替。

4、范宁公式

5、量纲分析法

凡是根据基本的物理规律导出的物理量方程

式中各项的量纲必然相同，也就是说，物理

量方程式左边的量纲应与右边的量纲相同。

量纲一致原则：

π定理：

i=n-m

1、静力学方程的运用与计算

三、基本计算

6、试差法

等压面的选择

2、伯努力方程的运用与计算

1）截面的截取：

流动方向垂直

流体必须是连续的

未知量应在两截面或两截面之间

尽量选择大截面和与大气相通的截面

2）基准水平面的选取

必须与地面平行，

通常取两个截面中的任意一个截面。

水平管道，基准水平面取通过管道中心线，ΔZ=0。

3）单位必须一致

有关的物理量换算成一致的单位。

压强表示方法一致。

5）大口截面的流速为零

6）上下游截面要分清。

3、阻力的计算

管进口ξc=0.5

湍流：

查摩擦系数图

光滑管Re=3×103～1×105

四、基本设备

1、压强、压差的测量

1）U型管压差计

2）倾斜U型管压差计

3) 微差压差计

2、液封及液位测量

作业中存在问题：

1、管径的求法

2、表压表示压强必须注明

3、伯努力方程用于气体时必须先验证是否符合要求，所用密度应为气体在平均压强下的密度。

6、阻力系数法和当量长度法的区别,不可写成

7、进出口阻力损失不要忘记

4、流动系统不能直接用静力学方程来计算

5、单位注意。

1、如图容器内贮有密度为1250kg/m3的液体，液面高度为3.2m。容器上部空间压力为29.4kPa。试求：

（1）压差计读数（指示液密度为1400kg/m3）；

（2）A、B两点的压强。

3、用离心泵从河边的吸水站将河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m。管路为Φ114 ×4mm的钢管，管长1800mm，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为30m3/h，试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度为0.002。

2、如图所示常温下水槽，下面的出水管直径为Φ57 ×3.5mm。当出水阀全关时压力表读数为30.4kPa。阀门打开时，压力表读数为20.3kPa。设压力表前管路中的压头损失为0.5m水柱，求水的流量为多少m3/h?

第2章《流体输送设备》基本概念与公式

1．流体输送设备：输送流体—泵（离心泵；往复泵；旋转泵；计量泵；旋涡泵）输送气体—风机：通风机；鼓风机；压缩机）

2．向流体作功以提高其机械能的装置：升高压力（静压能）；升高位置（势能）（位）；克服沿途阻力。

3．

?

?

?

?

?

??

流体输送设备的操作原理

基本构造和性能

本章要点

合理选择，计算，安装输送设备

操作管理流体输送设备

4．离心泵的工作原理

5．离心泵的主要部件

1）心脏部件—叶轮：开式；半开式；闭式。

平衡孔—叶轮后盖板上钻有小孔，以把后盖板前后的空间连通起来。2）泵壳—蜗壳（能量转换装置）

3）密封图

6．理论压头：理论压头—在理想情况下离心泵可能达到的最大压头。 H 理=f(Q)≡f （泵结构、尺寸、转递、Q ） 7．叶片进口与出口之间应用柏努利方程

22

1

1222

221

21

222T T P C P C H g g g g

P P C C H g g

ρρρ∞∞++=+--=

+

11222111

222,cos 02

cos cos cos T T u C u C u C H H g

g

π

ααααα∞∞=

==

=

↓

代入上式-或 离心泵基本方程式

8．流量，理论流量

2222222

sin T r Q D b C D b C ππα=?=?

2

222222222260(,,,,)

T T T T u u ctg H Q g g D b D n u H f Q n D b βππβ∞∞?=-??∴?

?=??

∴=

9．H T ∞与β2之间的关系

222222222,

,

,

000T T T T T T T T T Q H Q H Q H ctg ctg ctg u u u H H H g

g

g

βββ∞∞∞∞

∞

∞

↑↓

↑↑↑

>=<<=>不

10．β2的选择

2222222211221222,253022T T T Q H u u C C H g g

u C βωωω∞∞

↑↑=-+--=+

?? 理论上：前弯叶片为最好

实际上：后弯叶片，静压头

动压头

前弯叶片，同样，，比例大

动能转化为静压能损失大，泵的效率反而低

11．

2

22222222

T T T

T u u ctg H Q D b g g D b H A BQ ββπ∞

∞=-=- 离心泵几何尺寸，，和转速n 一定

12．实际压头H 和实际流量Q

压头损失：①叶片间的环流损；②阻力损失；③冲击损失。 T H H ∞>T Q Q

>实际压头实际流量

13．离心泵的性能参数 转速 n 流量 Q

压头（扬程）H n 一定，Q 可调，H 、N 、η=f （Q ） 轴功率 N 铭牌上的数值是最高效率下的性能 效率 η 气蚀余量 14．

压头H 和流量Q ：实验测定

15．效率

能量损失：容积损失；机械损失；水力损失。 η=50～70% 小型泵，η=90% 大型泵 15．

轴功率N

轴功率N ：泵轴所需功率

有效功率Ne ：液体从叶轮获得的能量，e N HQ g ρ=

效率η：N>Ne ()e e

N N HQ g

N W N

ρηη

η

=

=

=

()102QH N kW ρη

=

传动效率：η传= N/ N 电 配套电机功率 N 电=N/η传

16．离心泵的特性曲线：H －Q 曲线 ；N －G 曲线；η－Q 曲线。

离心泵工作点在最高效率点附近工作。 17．离心泵性能及其影响

特性曲线：一定转速、常压、常温、清水介质（密度、粘度） 1）密度的影响

2222sin Q D b C πα= Q 与ρ无关 H －Q 不变 222cos /H u C g α= H 与ρ无关 η－Q 不变

gHQ N ρη=

N 与ρ成正比 210QH N ρ

η

= N-Q 变化 2）粘度的影响

运动粘度ν<20（历沲）20×10-5m 2/s 不进行修正 当运动粘度ν>20（历沲），2×10-5 m 2/s 用简图修正

Q ’=C Q Q H ’=C H H

η’=C ηη 查图2-14 求C Q 、C H 、C η

3）转速的影响

比例定律1、2、3次方 Q ’/Q = n ’/n 2222sin Q D b C πα= H ’/H =（n ’/n ）2

222cos /H u C g α= N ’/N =（n ’/n ）3 gHQ

N ρη

=

4）叶轮直径影响 Q ’/Q = (D 2’/ D 2)3

同系列泵：几何形状相似3、2、5次方 H ’/H = (D 2’/ D 2)2 N ’/N = (D 2’/ D)5

切割定律：叶轮外周切割使D 2变小，1、2、3、次方 D 2 减小，b 2增大 , Q ’/Q = D 2’/ D 2 D 2 b 2 = D 2’b 2’ H ’/H = (D ’/ D 2)2

N ’/N = (D 2’/ D)3

18．气蚀现象

吸入液体，泵入口处形成低压，提高泵的安装高度，导致泵内压力降低，入口处压力降至低于或等于液体汽和整汽压，液体气化，低压区 高压区 气 泡凝结或破裂，产生频率很高瞬时压力很大的冲击 气蚀现象。 （二）离心泵的允许吸上高度

0－0’与1－1’列柏努利方程式

()()()()

2

2001

10101010201

101

021

101

2101

001

2200

222051

f g g f a a g f s g s f r r g f g P u P u z z H g g g g z z H u P P u H H g g P P P P u H H g g

H u H H H g

P P

H H g H νρρρρρ→→→→→++=+++===-∴=--=-∴=--''=---=--- 当大气压已知离心泵的允许吸上真空度已知离心泵的必需气蚀余量NPSH NPSH 实际安装高度 =

1、 离心泵的允许吸上真空度

1

21

012a s g s f P P H m g

u

H H H g

ρ→-'=

????

'=-

-允许吸上真空度液柱允许吸上高度，允许安装高度

H S ’值越大，泵抗气蚀性能好；Hg 越大， H S ’=f （泵结构、流量、液体性质、大气压强），

H S ’实验测定（大气压为10mH 2O(9.81×104Pa)，20℃，清小） H S ’－Q 曲线，Qr ，H S ’ ，最大流量时的H S ’计算安装高度

其它液体，2321000

(10)(0.24)9.8110100.2420s s a s a s P H H H H H H P C ρ

ρ??'=+---?????'' 其中水介质，大气压强，

实训时的大气压强，液体饱和蒸汽压，时的饱和蒸汽压，1000实训水的密度，液体密度

2

101

2g s f u H H H g

→=--

2、气蚀余量

定义：21

12饱和蒸汽压ρρ=+-

v v

P P u NPSH P Pa g g g

()0,01ρρ→=

---v r g f P P

H NPSH H g g

（NPSH ）r —必须气蚀余量。 3、实际安装高度

①实际安装高度=Hg －(0.5～1m)

②实际安装高度较小 ·减少压头损失，吸入管径 ，减少管件或阀门 ·安装在贮罐液面下 2.1.5 离心泵的工作点与流量调节 1．管路特性与离心泵的工作点 1）管路特性方程式和特性曲线

2

2

2()e f

e e e e P u H z H g g P

H z f Q g

H K BQ ρρ??=?+++?=?++=+H Q -管路特性曲线曲线

?????离心泵性能曲线

1、 离心泵的工作点

① 作离心泵特性曲线与作管路特性曲线的交点—工作点M 。 ②泵安装在管路中的实际压头、流量（He 、Qe ）

2、流量调节：①关小阀门；②改变转速n

3、离心泵的串联和并联

七、离心泵的类型

1）水泵（B型、D型、Sh型）

2）耐磨性泵（F型）

3）油泵（Y型）

4）杂质泵（P型）PW污水 PS砂泵 PN泥尘泵

22．选择

1）确定Qe，He：He——由柏努利方程计算。

2）选泵型号：（Qe，He）落在最佳效率区间；并列出性能参数。

3）核算泵的轴功率。

23．其它类型泵：往复泵；计算泵；旋转泵；旋涡泵。

24．气体输送和压缩设备：输送气体；产生高压气体；产生真空。

终压：压送机械出的气体的压强。

压缩比：出口与进口气体绝对压强的比值。

通风机：终压≤14.7×103Pa（表压）

分类鼓风机：终压：14.7×103～294×103Pa（表压），压缩比小于4 （终压压缩机：终压>294×103Pa（表压），压缩比>4

压缩比）真空泵：用于减压，终压为大气压，由压缩比由真空度决定

结构与工作原理：离心式、往复式、旋转式、流体作用式。

25．离心通风机分类：

低压离心通风机：出口风压<0.9807×103Pa（表压）

中压离心通风机：出口风压2.9807×103～2.942×103Pa（表压）

高压离心通风机：出口风压2.942×103～14.7×103Pa（表压）

26．性能系数和特性曲线

1、风量 Q m3/h 风机进口处的气体状态计

2、风压 H

T [J/m3] [Pa]或[mmH

2

O]

单位体积的气体流过风机时所获得的能量。

3、轴功率与效率

1000T H Q

N η

=

注：Q 、H T 在同一状态。 其中，N 为轴功率kw ， H T 为 风压Pa ，Q 为风量 m 3/s ，η为效率 4、特性曲线

风量Q 、风压H T 、静风压Hst 、轴功率N 、效率η 离心通风机的选择

①柏努利方程计算实际风压H T ’，将H T ’换算成实验条件下的H T

②气体性质，风压范围 风机类型

③实际风量（进口状态计）和实验条件下的风压H T 型号 27．离心鼓风机和压缩机

类同离心通风机。