化工基础第四讲

d2S2u2
2
1
R
孔板流量计
压差计两种取压方式：
缩脉取压：孔板前1d 孔板后0.5d处。
角接取压：孔板前后，并尽量靠近孔板。
工业上，常用角接取压。 2) 特点：节流式流量计 (恒截面，变压差) (2) 测量原理 在上图所示的1-1、2-2面间列机械能衡算方程： 若不考虑阻力损失，有：
p1
2 2 u1 p2 u 2 2 2
2) 玻璃管不耐高温、高压，易碎；
3) 开启时，应缓慢调节流量阀。
(6) 转子流量计的优缺点 1) 优点 阻力损失小，测量范围宽，
流量计前后不需稳定管段。
2) 缺点 不耐高压 (小于0.5 MPa)， 管道直径有限 (小于50mm)。
2.6 流体输送设备
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统。一般 把输送液体的机械通称为泵，输送气体的机械称为风机或压缩 机。 ①动力（叶轮）式 利用高速旋转的叶轮给流体提供动能。 ②容积（正位移）式 利用活塞、齿轮、螺杆等直接挤压流体 ③不属于上述类型的其它形式的泵，如喷射泵。 作用：向系统输入能量，补充所需机械能； 用于流体的输送或加压。 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。
S2 环隙面积 代入：u1 u2 u2 S1 玻璃管截面积
1 因此，u 2 S 1 ( 2 )2 S1
2 gVf ( f ) Sf
校正：u2 C R
2 gVf ( f ) Sf
校正系数： CR f ( Re , 转子形式）
当Re 104时，CR 0.98
①吸气过程 ②压缩过程 ③排气过程 每一个工作循环都是吸入状 态相同的低压气体，排出状 态相同的高压气体。
P1越小，Hs越大，Hg便越大。 但 P1 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
表面造成严重的剥蚀现象，这种现象称为“气蚀”。 泵的气蚀现象刚发生时，所对应的吸上真空高度 称为最大吸上真空度(Hs,max)。为了保证泵在运转中不 发生气蚀现象，规定留有0.3米的安全量，称为允许吸 上真空度(Hs’)： Hs’=Hs,max- 0.3
为泵的有效功率。用符号Pe表示，单位为W。
Pe＝qvρgH
式中 H——泵的扬程，m； ρ一流体的密度，kg· m-3 qv——泵的流量，m3· s-1 g——重力加速度，m· s-2。 ④效率 离心泵的效率与泵的大小、类型、制造精 度和输送液体的性质有关。泵的有效功率Pe、轴功 率P和效率η三者之间的关系如下： η=Pe／P （3）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
缺点：造价较高，本身尺寸较长。
(5) 孔板流量计和文丘里流量计 1) 只能测平均流速，不能测速度分布； 2) 采用试差法求流量系数Cv 或 C0； 3) 可绘制校正曲线，直接查取压差-流量关系。
4 转子流量计
(1) 结构与特点
1）结构
锥形体（锥角约40）； 转子（密度大于流体密度）。 2) 特点： 变截面，恒压差。
说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。
(c) 主要部件作用 泵壳：动能→静压能，提高液体压力, 能量转换装置。
叶轮：把原动机(电机)的机械能，传递给液体，提高液体的
动能和静压能。 叶轮形式：叶轮由4～12片叶片组成。 按叶片两侧有无盖板: 敞（开）式、半蔽（闭）式、蔽（闭）式 。
叶轮的类型
第四讲
2.5 流速和流量的测量
1 流速和流量测定
● 流体的速度和流量测定是一个重要的测量参数； ● 测量用的方法和流量计的种类很多。 ● 以机械能衡算方程为基础的测定方法，应用公式：
u1A1=u2A2
1 测速管（毕托管 Pitot ）
(1) 结构 同心套管、压差计 。
A B
R
实际应用的毕托管示意图
出的流量与扬程、功率 , 效率之间的关系曲线称为
离心泵的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：
①qv－H曲线离心泵的扬程随着流量的增大而下降。 ②qv－Pe曲线离心泵的功率随着流量的增大而升高。 ③qv－η曲线 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。
离心泵外形：
(2) 工作原理
(a) 排出阶段 叶轮旋转(产生离心力，使液体 获得能量）→流体流入涡壳(动能→ 静压能) →流向输出管路。 (b) 吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘 → → 贮槽液面与泵入口形成压差 →
离心泵结构示意图
叶轮中心形成低压区 液体吸入泵内。
气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小， 在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。
1.离心泵
离心泵的构造和工作原理 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：叶轮、 泵轴、蜗状泵壳、吸入管、压出管及底阀等。
1.1 离心泵的基本结构，工作原理
(1) 离心泵的结构
主要结构：
蜗壳（外壳）； 叶轮：敞式,半蔽式,蔽式
单吸式、双吸式。
附属装置：底阀、滤网、 调节阀、平衡孔(平衡管) 、排气孔、轴封。

使用时需校正： u r CP
2( ) gR

CP：校正系数，一般取0.98～1.00 (实测) 流量计标定：校正流量计的过程。 (3) 使用方法 1) 测量点速度 问题：如何测平均流速、流量、速度分布 平均流速：放于管中心处，测出 umax， 层流： u 0.5u
max
湍流： u 0.8u max
(2) 测量原理
• 未放测速管时，截面各点均为静压能。
• 放入测速管后， 外管：开口平行于流向 pB——静压能； 内管：开口垂直于流向 pA——滞点压力。 滞点压力(冲压能) =静压能+动能
A
B
pA
R
ur 2
pB
2
毕托管构造原理示意图
因此，ur
2p AB


2( ) gR
扬程、流量、功率和效率。 ①扬程 泵对单位重力的流体所做的功称为扬程( 或压头)，亦即液体进出泵前后的压头差，用符号
H表示，单位为米液柱。 ②流量 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qv表
示，单位为m3· s-1或m3· h-1。 ③功率 在单位时间内，液体自泵实际得到的功称
kPa)。 ②鼓风机 压缩比小于4，终压在 14.7-300 kPa(表压)。 ③通风机 压缩比在1～1.15间，终压不大于
14.7kPa(表压) ④真空泵 用于减压操作，终压相当于当时当地的大气 压力。
如图是单动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可分为吸气、压缩和排气
三个步骤进行。
流速公式推导（p41)
孔流系数： d0 C0 f ( Re1 , , 取压方式, 加工) d1
孔 流 系 数 C0
0.82 0.80 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68
d0
d1
0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.45 0.20 5 104 5 105 5
流量：qV C R S 2
2 gVf ( f ) Sf
Re 104时，qV S2 h2 ,由刻度直接读流量 .
(3) 流量计的校正 1) 刻度标准(厂家)：液体 20℃、 水；
气体 20℃、101325 Pa的空气。
2) 条件变化时，校正方法： * 测不同种类流体时，
如果输送条件与泵样本所给条件不相符时，用下式
加以校正： Hs’’＝ Hs’+(Ha-10) –(Hv-0.24) 式中 Hs’’—新条件下的允许吸上真空高度，m水柱； Hs’—泵样本上的允许吸上真空高度, m水柱； Ha— 泵工作地方的大气压，其值随海拔高度不同 而异，m水柱；
Hv—被输送液体的饱和蒸气压, m水柱；
3 文丘里流量计
(1) 结构及特点
1) 结构
喉管 2) 特点 节流式流量计
(恒截面，变压差)
(2) 测量原理 列1-1及2-2面间的机械能方程式：
流量：qV CV S2
2 gR( )

(3) 安装要求
稳定段长度：上游50d，下游10d。
(4) 主要优缺点
优点：永久阻力损失小(实测压差Δp1-3的10%)；
蔽式叶轮：适用于输送清洁液体
敞式和半蔽式叶轮：流道不易堵塞，适用于输送含有固体
颗粒的液体悬浮液，效率低。 按吸液方式：单吸式、双吸式。
后盖板
平衡孔
(a) 单吸式
双吸式 单吸式与双吸式叶轮
单吸式：结构简单，液体从叶轮一侧被吸入。 双吸式：吸液能力大，基本上消除轴向推力。
（2）离心泵的主要性能参数 离心泵的主要性能参数包括：
10—293 K测定时的大气压力，m水柱； 0.24—在293 K时水的饱和蒸气压，m水柱。
离心泵的气蚀余量（p49) 例2-9（p50)
离心泵的类型
1、清水泵 2、防腐蚀泵 3、油泵 4、杂质泵
离心泵的选用（P51）
2．往复压缩机
按其出口压力或压缩比可分为以下几类。 ①压缩机 压缩比在4以上，终压在300kPa(表压)以 上。分为低压压缩机 (表压在2-10kPa)、中压压缩机 ( 表压在 10-100kPa) 和高压压缩机 ( 表压在 100-1000
(2) 测量原理 原理：转子在流体中受力平衡 对控制体(含转子的圆柱体)作力衡算：