化工机械手册流体输送机械书籍
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化工原理第三章-流体输送与流体输送机械
3.1.1 直管阻力损失 注意：当量直径 de 仅用于阻力损失和雷诺数的计算式 中，即
u =λ⋅ ⋅ hf de 2 l
2
Re =
ρud e µ
式中的速度 u 要用实际的平均速度，
u≠ V
πd e 2 4
3.1.2 局部阻力损失 局部阻力损失主要是由于流道的急剧变化使流动边界 层分离，所产生的大量漩涡消耗了机械能。
z2
2 2
p2
吸 收 塔
1
p1
1
z1
若已知阻力损失服从平方或一次方定律时，可将关系 式直接代入柏努利方程计算流速，不需进行试差。
3.3 流体输送管路计算
无论实际管路有多复杂，总是可以分解为简单管路、并联 管路与分支管路三种基本类型的组合。
3.3.1 简单管路 简单管路即无分支的管路，既可以是等径、也可以由 不同管径或截面形状的管道串联组成。
H
p真
D 1.5m
V =
π
4
D 2 (1.5 − H ) = 0.785 × 1.0 2 × (1.5 − 0.27 ) = 0.966m 3
0.5m
设 dt 时间内液面下降高 u π d 2dt = − π D 2dH 0 4 4 度为 dH，由物料衡算得
⌠ 2 t D − dH 2D 2 t = ∫ dt = 2 = 0 d gd 2 − p真 ⌡1.5 2 ρ + gH 2 ×1.0 2 = × 12.05 − 0 = 556s 2 9.81× 0.03
第三章 流体输送与流体输送机械
概 述
化工生产系统中流体输送的主要任务： 满足对工艺流体的流量和压强的要求。 流体输送系统包括： 流体输送管路、流体输送机械、流动参数测控装 置。 流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送 机械也有共通的原理，所以有通用机械之称。 流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理 论为基础。
化工原理流体输送机械
泵的压头（或扬程）：指泵对单位重量的流体所提供的有效 能量，以H表示。
H = he
管路系统输送单位重量流体所需
泵对单位重量流体提供的机械能 的机械能
he
p u2 z
g 2g
hf
2.1.2.1 理论压头
假设：（1）叶轮内叶片数目无穷多，叶片的厚度无穷小, 即叶片没有厚度；
（2）液体为粘度等于零的理想流体；
① 质量为1kg的液体因受离心力作用而接受的外功：
r r 1 2F cd rr r 1 2r2d r2 2(r 2 2 r 1 2 )u 2 2 2u 1 2
②质量为1kg的液体从点1运动到点2
由于通道的截面增大，一部分动能转
变为静压能
w
2 1
w
2 2
2
质量为1kg的液体通过叶轮后其静压
能的增量：
流体输送机械
——为输送流体而 提供能量的机械
气体的输送和压缩，主要用鼓风机和压缩机。
液体的输送，主要用离心泵、漩涡泵、往复泵。
固体的输送，可采用流态化的方法
2020/6/22
第2章 流体输送机械
8
二、为什么要用不同结构和特性的输送机械
化工厂中输送的流体种类繁多：
1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬 浮物的、易挥发的、易燃易爆的以及有毒的等等； 2、温度和压强又有高低之分； 3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。
2.1.2.2 实际压头
由于前弯叶片的绝对速度c2大，液体在泵壳内产生的冲 击剧烈得多，转化时的能量损失大为增加，效率低。故为获 得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。流体通过 泵的过程中压头损失的原因：
（1）叶片间的环流：由于叶片数目并非无限多，液体有
化工原理第三章-流体输送与流体输送机械
3.2 流体输送管路计算的基本方程
3.2.1 管路计算基本方程 不可压缩流体在管路中稳定流动 连续性方程 柏努利方程
2
qV =
2
π
4
d 2u
2
u1 p u p + 1 + gz1 + he = 2 + 2 + gz 2 + ∑ h f 2 ρ 2 ρ
2
l u2 u2 u1 P1 u2 P2 + Σξ + + he = + + ∑ h f Σh f = Σλ d 2 2 2 ρ 2 ρ
z2
2 2
p2
吸 收 塔
1
p1
1
z1
若已知阻力损失服从平方或一次方定律时，可将关系 式直接代入柏努利方程计算流速，不需进行试差。
3.3 流体输送管路计算
无论实际管路有多复杂，总是可以分解为简单管路、并联 管路与分支管路三种基本类型的组合。
3.3.1 简单管路 简单管路即无分支的管路，既可以是等径、也可以由 不同管径或截面形状的管道串联组成。
常用流速范围 m/s 15~25
3.2.2 管路计算的类型 操作型 给定：d、l、ε、ζ，P1（或qV），P2 给定： 求：qV（或P1、he） 由于柏努利方程中的流动阻力损失 Σhf 与流速的关系为非线性，故管路 的操作型计算一般需要进行试差。
ρud ε λ = ϕ µ , d 非线性函数
0
(
)Hale Waihona Puke 问题：管内流速 u0 与 D，d 有关吗？若有，会在式中 哪一项出现？
【例3-3】
溶剂由容器A流入B。容器A液面恒定，两容器液面上方 压力相等。溶剂由A底部倒U型管排出，其顶部与均压 管相通。容器A液面距排液管下端6.0m，排液管为 φ 60×3.5mm钢管，由容器A至倒U型管中心处，水平管段 总长 3.5m，有球阀1个 (全开)，90°标准弯头3个。 试求：要达到 12 m3/h 的流量，倒U型管最高点距容器 均均均 A 内液面的高差H。（ρ=900kg/m3， µ= 0.6×10-3 Pa·s）。 1 1 解：溶剂在管中的流速
化工原理第二章-流体输送机械
w2 w2 w2 c2小，泵内流动阻力损失小
c2 c2
c2
uuu222
前径后弯向弯叶叶叶片片片
3) 理论流量
H T
u22 g
u2ctg2 gD2b2
若离心泵的几何尺寸（b2、D2、β2）和转速n一定，则式可表示
为
表示HT∞与QT呈线性关系，该直线的斜率与叶 片形状β2有关，即 β2>90°时，B<0, HT∞随QT的增加而增大。 β2=90°时，B=0, HT∞与QT的无关。 β2<90°时，B>0, HT∞随QT的增加而减少。
Ne
轴功率 N ：电机输入到泵轴的功率，由于泵提供给流 体的实际扬程小于理论扬程，故泵由电机获得的轴功并不 能全部有效地转换为流体的机械能。
N Ne
有效功率 Ne：流体从泵获得的实际功率，可直
接由泵的流量和扬程求得
Ne = HgQρ
N QH 102
电机
泵
2. 离心泵特性曲线及其换算
用20C清水测定
包括 ：H~Q曲线(平坦型、陡降型、 驼峰型) N~Q曲线、 ~Q曲线
QgH
N
由图可见： Q，H ，N，
有最大值。
思考： ➢ 离心泵启动时均关闭 出口阀门，why？ ➢为什么Q＝0时，N0？
０2
高效区
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
3.离心泵性能的改变和换算
1）液体性质的影响 （1）密度:
思考：泵壳的主要作用是什么？
①汇集液体，并导出液体； ②能量转换装置
轴封装置：离心泵工作时是泵轴旋转而泵壳不动，泵轴与泵 壳之间的密封。
作用：防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出，或外界空气 漏入泵内。
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：
沈阳药科大学化工原理第二章流体输送机械.
例题： 用油泵从密闭容器里送出30℃的丁烷。容器内丁烷
液面上的绝对压力为3.45×105 Pa。液面降到最低时，在
泵入口中心线以下2.8m。丁烷在30℃时的密度为580kg/m3，
n=2900r
Vs
N轴
He Vs
N轴 Vs
Vs
① He-Vs曲线 Vs，He。一条向下弯曲的线。
② N轴-Vs曲线
Vs，N轴 。 一条不过原点近似直线的曲线。 关闭出口阀启动泵，启动电流最小，功率最小。
③ -Vs曲线
小Vs ， ；大Vs ， 。 一条存在max曲线 泵设计点：最高效率点，即max点。 最佳工况参数：泵的铭牌上，与max对应的各性能参数。
大的蜗牛壳形通道,出口——切线
作用：汇集液体，转换能量，动能→静压能
（3）泵轴 垂直叶轮面，叶轮中心。 （4）轴封 填料密封、机械密封
离心泵的工作原理
原动机 →轴 →叶轮，旋转 产生离心力 叶片间液体，液体中心外围 动能 →液体被做功 →高速离开叶轮 →进入泵壳 转能
“先甩后吸”
离心泵的工作原理：
2．流量调节
He
管路 HeVs
A
离心泵 He Vs
Vs
流量调节方法 （1）改变管路特性曲线 （2）改变离心泵特性曲线
（1）改变管路特性曲线
① 关小出口阀
Hf， He 管特线变陡 工作点左上移 Vs
② 开大出口阀 Hf， He 管特线变缓 工作点右下移 Vs
---出口阀调节
H
’ S允
H S允
p0 pv
g
p’0 p’v
g
H
’ S允
H S允
10
温度压力液体都有变化时 ，
化工原理-2章流体输送机械——总结
e、平衡孔 ——闭式或半闭式叶轮
后盖板与泵壳之间空腔液 体的压强较吸入口侧高
→轴向推力 →磨损 如何 解决？ 平衡孔
平衡孔
F
平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。
2.2.2 离心泵的特性曲线 泵内造成功率损失的原因：
①阻力损失（水力损失） ——产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。 ②流量损失（容积损失）
标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须汽蚀余量大0.5m以上。
NPSH = (NPSH)r + 0.5
三、允许安装高度[Hg]
最大允许安装高度为：
2.2.5离心泵的类型与选用
一、离心泵的类型
按叶轮数目分类:单级、多级； 按吸液方式分类：单吸、双吸； 按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵； 1) 清水泵---化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型－单级、单吸； 以IS100-80-125为例： IS—国际标准单级单吸清水离心泵； 100—吸入管内径，mm； 80—排出管内径,mm； 125—叶轮直径,mm
P 2 H Kqv g
1—低阻管路系统 2—高阻管路系统
由图得：需向流体提供的能量高于提高流体势能和克服 管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有 关。
（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量
①扬程和升举高度是否相同？
扬程－能量概念；非升举高度 升举高度－泵将流体从低位升至高位 时，两液面间的高度差。
2.3.1往复泵的作用原理和类型
（1）作用原理
如图所示为曲柄连杆机构带动的往复
泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活 门组成。活柱在外力推动下作往复运动， 由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打 开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体 的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的 往复运动直接以压强能的形式向液体提供
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化工机械手册流体输送机械书籍
以下是一些关于化工机械和流体输送机械的书籍推荐：
1. 《化工机械手册》(Chemical Engineering Handbook) - James Speight
这本手册是一个全面的指南，涵盖了化工机械的设计、操作和维护等方面的知识。
它包含了大量的实用信息和技术，对于从事化工机械领域的专业人士非常有用。
2. 《流体力学及其应用》(Fluid Mechanics and Its Applications) - Bernard Massey
这本书介绍了流体力学的基本原理和应用，包括流体流动的各种现象和特性。
它主要关注流体力学的应用于工程和机械设计领域，对于理解和分析流体输送机械的性能非常有帮助。
3. 《化工流体力学》(Chemical Engineering Fluid Mechanics) - Ron Darby, Raj P. Chhabra
这本书介绍了流体力学在化学工程领域的应用，包括流体流动的基本原理、传热和传质等方面的内容。
它提供了一些化工流体力学问题的实际案例和解决方法，对于理解和应用流体输送机械非常有帮助。
4. 《流体输送机械》(Fluid Transport Machinery) - Erle Twigg
这本书介绍了各种类型的流体输送机械，包括离心泵、容积泵、风机等。
它涵盖了流体输送机械的设计、选择、操作和维护等方面的知识，并提供了一些实际案例和计算方法。
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