化工原理 浙江大学 流体输送
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化工原理第二章 流体输送机械
3、适应被输送流体的特性
二、 流体输送机械的分类
输送液体——泵
1、流体根据输送介质不同
输送气体——风机或压缩机
动力式
2、根据工作原理不同 容积式
流体作用式
离心泵的外观
第一节 离心泵
一、 离心泵的工作原理和基本结构
1、离心泵的主要构造： （1）叶轮 ——叶片（+盖板）
1）叶轮
a)叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
一般都采用后弯叶片。2=25-30o
（4）理论流量
当离心泵确定，其β2、b2、D2一定，
当转速一定时，理论压头和流量呈直 线关系，
H A BqT
采用后弯叶片。2<90o，B>0，因此，H随q增大而减小。
3、实际压头
离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流 体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括： 1）叶片间的环流 2）流体的阻力损失 3）冲击损失
H e K Bqv2 ——管路特性方程
对于气体输送系统，由于 常数 ，列伯努利方程以单位
体积为基准
HT
gZ
P
u 2 2
gH f
由于气体密度较小，位风压 gZ 一项一般可以忽略。
2、管路系统对输送机械的其他性能要求
1、结构简单，重量轻，投资费用低
2、运行可靠，操作效率高，日常操作费用低
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
实际压头和流量关系： H A BqT2
二、离心泵的主要性能参数和特性曲线
1、离心泵的主要性能参数
流量 q，泵单位时间实际输出的液体量，m3/s或m3/h。 压头 H，泵对单位重量流体提供的有效能量（扬程），m。 轴功率和效率p，电机输入离心泵的功率，单位W 或kW。 允许汽蚀余量 △h，泵抗气蚀性能参数，m 。
第2章 化工原理中的流体输送
(2) 兰州地区的安装高度为： H g max
85000 19919 4.5 1 1.13 m 1000 9.81 1000 9.81
在兰州地区安装高度应更低，才能正常运行。所以该设计图用于兰州地区，则应该根据兰州地区大 气压数据进行修改。
这个例题说明，同样的工艺流程，用于海拔不同的地区，离心泵安 装高度是不同的。若在天津地区输送20℃的水，安装高度又如何变化？
试计算： 1） （ 泵的安装高度。 已知 60 oC 水的饱和蒸汽压为19910P a ， 天津地区平均大气压为0.101 MP a 。 （2）若该设计图用于兰州地区某化工厂，该泵能否正常运行？已知兰州地区平均大气压为0.085 MP a 。
解:
(1) H g max
p0 p 101330 19919 v h h f 4 .5 1 2 .8 m g g 1000 9.81 1000 9.81
P
扬程的确定，分别在吸入口处和排出口处取两个截面，能 量损失忽略不计：
2 2 u1 P u2 P 1 Z1 H Z2 2 2g g 2g g 2 2 u 2 u1 P2 P 1 H Z 2 Z1 2g g
泵的铭牌上标出的性能参数指最高效率下的参数
三、离心泵的特性曲线
η
H
H
P
qv
影响特性曲线的因素：比例定律，切割定律
泵性能实验装置示意图
泵性能实验原理图。泵的流量，压头，功率，效率之间的关系，可以 用实验方法测得。在这套实验装置中，水是循环的，水泵前后安装了真空 表和压力表，还有流量计和电功率表。改变水的流量，读得真空表，压力 表，功率表数据，即为一组数据。读10—15组数据，就可以得到泵性能曲 线。
化工原理 流体输送机械
化工原理流体输送机械
流体输送机械，是化工工程中常用的一类设备，其主要功能是将液体或气体从一个地方输送到另一个地方。
常见的流体输送机械有管道、泵、阀门等。
管道是流体输送的基础设施。
管道可以分为直接埋设在地下的地下管道和架空或隧道中的地上管道。
管道的材料可以选择金属、塑料、橡胶等。
泵是常用的流体输送机械之一。
泵的工作原理是利用旋转运动或往复运动产生的压力差，将液体或气体推动到设定的位置。
泵的种类很多，常见的有离心泵、容积泵、螺杆泵等。
阀门在流体输送中起到控制流体流动的作用。
阀门可以分为手动阀、自动阀和电动阀等。
通过控制阀门的开关状态，可以调节流体的流动速度和流量。
除了上述常见的流体输送机械，还有一些其他的设备和工艺可以用于特定的流体输送需求。
例如，喷雾器可以将液体变成雾状或气雾状进行输送；干燥器可以将湿润的固体物料转化为干燥的状态进行输送。
在化工生产中，正确选择和使用流体输送机械是非常重要的。
不同的流体输送机械具有不同的工作原理和适用范围，需要根据具体的流体性质和输送要求进行选择。
同时，合理设计和布置流体输送系统，合理设置管道和阀门，也是确保流体输送稳定和安全的关键。
浙江大学化工原理教学大纲
过程工程原理（甲）I”教学大纲课程：091C0010课程名称：过程工程原理（甲）I英文名称： Process Engineering Principles (A) Ⅰ周学时：3-0学时学分：3学分课程类别：大类课预修课程：高等数学、普通物理、物理化学、热力学面向对象：化学工程与工艺专业、生物工程专业、制药工程专业教学方式：多媒体教学目的与基本要求：通过本课程的学习，使学生了解动量传递、热量传递的基本理论，掌握流体流动和输送、过滤、沉降、流态化以及换热、蒸发等单元操作的原理，熟悉相应设备的结构和特点，并熟练进行上述各单元操作的工艺计算及设备设计或选型。
课程简介本课程主要介绍动量传递、热量传递的基本理论，流体流动和输送、过滤、沉降、流态化以及换热、蒸发等单元操作的基本原理及工艺计算，相应设备的结构和特点。
主要内容及学时分配教学时数共计48学时。
绪论 0.5学时本课程内容、学习方法和学习要求。
第一章流体力学基础 17.5学时1、基本概念：流体的性质、连续介质模型。
2、流体静力学及其应用：静止流体所受的力、流体静力学基本方程、静力学原理在压力和压力差测量上的应用。
3、流体流动的基本方程：流速、流量、牛顿黏性定律、流动类型和雷诺数、几种时间导数、连续性方程、运动方程、总能量衡算和机械能衡算方程、阻力损失。
4、管路计算：简单管路、复杂管路、管网简介、可压缩流体的管路计算。
5、边界层及边界层方程：普兰特边界层理论、边界层积分动量方程及其应用、边界层的形成和发展、边界层分离。
6、湍流：湍流特点及其研究方法、湍流应力。
7、流速、流量测量：变压头流量计、变截面流量计。
第二章流体输送机械 7学时1、速度式流体输送机械：离心式流体输送机械的基本方程、离心泵与离心通风机的结构、工作原理与分类、离心泵与离心通风机的性能、离心泵与离心通风机的特性曲线、离心泵与离心通风机的工作点和流量调节、离心泵与离心通风机的安装和选用、其他速度式流体输送机械。
化工原理 第二章 流体输送
由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
2020/10/5
起到密封作用。
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3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况；
多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。
一．离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理
• 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮置于 具有蜗壳通道的泵 壳之内。
• 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。
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• 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。
• 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。 离心泵的工作过程： • 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 • 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
第 二章 流体输送机械
第一节 液体输送机械
2-1-1 离心泵
•离心泵的操作原理、构造与类型 •离心泵的基本方程式 •离心泵的主要性能参数与特性曲 线 •离心泵性能的改变 •离心泵的气蚀现象与允许吸上高 度 •离心泵的工作点与流量调节
2-1-2 其他类型的泵
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流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。 • 输送液体的机械通称为泵；
例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 • 输送气体的机械按不同的工况分别称为:
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原 理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计 算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
化工原理_06流体输送管路的计算
hf , AB hf ,1 hf ,2
2、主管中的流率等于各支管流率之和
qv,S qv,1 qv,2
二、分支管路
以分支点 O 处为上游截面， 分别对支管B和支管C列机械能 衡算方程
2 2 uo po uB pB gzo gzB hf ,B 2 2
2 2 uA pA uB pB gz A gzB pA uB pB gz A gzB h f ,2 2 2
一、并联管路
并联管路中流动必须满足： 1 、尽管各支管的长度、直径可能相差很大，但 单位质量流体流经各支管的能量损失相等。
练 习 题 目
思考题 1.管路计算有哪几种类型？ 2.管路计算依据的基本关系式是什么？ 3.分支管路和并联管路的特性分别是什么？ 作业题: 20 、21、22
2 2 uo po uC pC gzo gzC h f ,C 2 2
二、分支管路
分支管路中流动必须满足: 1. 对于分支管路，单位质量流体在各支管流动 终了时的总机械能与能量损失之和相等。
u pC u pB gzB h f , B gzC h f ,C 2 2
一、简单管路
描述简单管路中各变量间关系的控制方程 连续性方程 机械能衡算方程
2 u12 p1 u2 p2 L u2 gz1 We gz2 ( ) 2 2 d 2
qV , s d u / 4 常数
2
阻力系数方程
du e f( , ) d
（2）规定管径、管长、管件与阀门的设置以及 允许的能量损失，求管路的输送量。
（3）规定管长、管件与阀门的设置、流体的输 送量及允许的能量损失，求输送管路的管径。
浙大化工原理第二章-传递过程基本方程-少-2012
2.2.1 宏观质量恒算（总质量恒算）
输入控制体 输出控制体 控制体内生成 控制体内质量 的质量速率 的质量速率 的质量速率 的累积速率
dmi q mi ,in q mi ,out r i dt
i 1,2,...,n
2.1.5 控制体与控制面
常用的坐标系中微元控制体的取法 直角坐标系（Cartesian coordinates）：⊿x⊿y⊿z
z
z
y
o x
x
y
2.1.5 控制体与控制面
柱坐标系（Cylindrical coordinates）：r，，z
z
z u o
uz
r z
ur
r
=0
2.1.5 控制体与控制面
2.1.5 控制体与控制面
控制体的取法 ①代表性：基于控制体建立的传递过程微分方程应该在 整个流动空间连续可积 ②对称性与正交性：尽可能使控制面的法线与坐标轴平 行或正交，使其模型简化、减小求解的难度。
控制体的大小 宏观：有一定大小的控制体。例：一段管道、一台设备、 甚至整个生产装臵 宏观衡算只能得到空间平均的结果 微观：数学意义上的微元体积V 微观（或微分）衡算建立微分方程，才能表达流体内部 传递现象的规律，求得流场的分布函数。
2.1.4 流体运动的描述方法
a u u u u ux uy uz t x y z u u u u ax x u x x u y x u z x t x y z u y u y u y u y ay ux uy uz t x y z u u u u az z u x z u y z u z z t x y z
qm1 qm 2
化工原理第二章 流体输送机械
的状态参数。
注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
例2-1 离心泵特性曲线的测定 附图为测定离心泵特性曲线的实验装置， 实验中已测出如下一组数据：泵进口处真 空表读数 p1=2.67×104 Pa(真空度) ，泵出 口处压强表读数 p2=2.55×105 Pa(表压) ， 泵的流量 q=12.5×10-3 m3 /s ，功率表测 得电动机所消耗功率为 6.2kW ，吸入管 直径 d1=80mm，压出管直径 d2=60mm ， 两测压点间垂直距离 Z2－Z1=0.5m，泵由 电动机直接带动，传动效率可视为 1，电 动机的效率为 0.93 ，实验介质为 20℃的 清水，试计算在此流量下泵的压头 H、轴 功率 N 和效率 η。
1
1
p K z g
u 2 0 2g
He K H f
压头损失—取决于管内布局及管内流速的大小
2 l le u H f d 2g
在管路中，通常用流量反应生产任务 u
l le 8 H f 2 4 qv2 d d g
转速
当液体的粘度不大且转速n变化不大时（小于20%），利用
出口速度三角形相似的近似假定，若不变，可推知：
q' n q n H n H n
2
H
转速增大
比例定律
n
n
p' n p n
3
0
Q
叶轮直径
当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，不 变，则
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。
一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
例2-1 离心泵特性曲线的测定 附图为测定离心泵特性曲线的实验装置， 实验中已测出如下一组数据：泵进口处真 空表读数 p1=2.67×104 Pa(真空度) ，泵出 口处压强表读数 p2=2.55×105 Pa(表压) ， 泵的流量 q=12.5×10-3 m3 /s ，功率表测 得电动机所消耗功率为 6.2kW ，吸入管 直径 d1=80mm，压出管直径 d2=60mm ， 两测压点间垂直距离 Z2－Z1=0.5m，泵由 电动机直接带动，传动效率可视为 1，电 动机的效率为 0.93 ，实验介质为 20℃的 清水，试计算在此流量下泵的压头 H、轴 功率 N 和效率 η。
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p K z g
u 2 0 2g
He K H f
压头损失—取决于管内布局及管内流速的大小
2 l le u H f d 2g
在管路中，通常用流量反应生产任务 u
l le 8 H f 2 4 qv2 d d g
转速
当液体的粘度不大且转速n变化不大时（小于20%），利用
出口速度三角形相似的近似假定，若不变，可推知：
q' n q n H n H n
2
H
转速增大
比例定律
n
n
p' n p n
3
0
Q
叶轮直径
当叶轮直径因切割而变小时，若变化程度小于20%，不 变，则
理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为 H
q-H
实际压 头
化工原理流体流动与输送机械精品PPT课件
1.1.1.连续介质的假定
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
（5）流体输送设计型和操作型问题的定量计算。 ∮基本内容：
（1）密度、比容、比重及影响因素；压力、压力的不同表示方法， 流体静止的基本方程；U型管压差计、皮托管、液位计、液封、 流体流动的基本方程、连续性方程、柏努里方程；
（2）粘度、牛顿粘性定律、雷诺数、边界层效应、边界层形成、 边界层分离。
（3）直管阻力、局部阻力、当量长度、当量直径、因次分析法。 （4）简单管路计算，各流量计的结构及测定原理； （5）离心泵基本原理、构造；离心泵基本方程式；离心泵主要特 性参数、特性曲线、安装高度、工作点与流量调节；
17
1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
（2）双液体U管压差计
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示液A和
C
(A C ) ；
扩大室内径与U管内径之比应大于
10 。
p1 p2 Rg( A C )
18
1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
（5） 复式压差计 适用于压差较大的情况。
19
1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
（5）流体输送设计型和操作型问题的定量计算。 ∮基本内容：
（1）密度、比容、比重及影响因素；压力、压力的不同表示方法， 流体静止的基本方程；U型管压差计、皮托管、液位计、液封、 流体流动的基本方程、连续性方程、柏努里方程；
（2）粘度、牛顿粘性定律、雷诺数、边界层效应、边界层形成、 边界层分离。
（3）直管阻力、局部阻力、当量长度、当量直径、因次分析法。 （4）简单管路计算，各流量计的结构及测定原理； （5）离心泵基本原理、构造；离心泵基本方程式；离心泵主要特 性参数、特性曲线、安装高度、工作点与流量调节；
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1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
（2）双液体U管压差计
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示液A和
C
(A C ) ；
扩大室内径与U管内径之比应大于
10 。
p1 p2 Rg( A C )
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1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度，
如空气作为指示剂
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
（5） 复式压差计 适用于压差较大的情况。
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1 流体流动与输送机械——1.2 流体静力学
化工原理流体流动与输送机械PPT课件
1.1.1.连续介质的假定
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
11
1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
12
1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
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1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
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1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：