化工原理第二章
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化工原理(第四版)谭天恩-第二章-流体输送机械
注意安全防护
在操作流体输送机械时，应注意安全防护 ，穿戴好防护用品，避免发生意外事故。
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高效节能设计
优化流体输送机械的结构和运行方式，降低能耗，提高能效比。
减少排放
采取有效的措施减少流体输送机械在运行过程中产生的污染物排放， 如采用密封性能好的机械部件、回收利用排放的余热等。
环保材料
选择对环境友好的材料和润滑剂，减少对环境的污染。
资源循环利用
对流体输送机械中的可回收利用部分进行回收再利用，减少资源浪费 。
化工原理(第四版)谭 天恩-第二章-流体 输送机械
目录
• 流体输送机械概述 • 离心泵 • 其他类型的泵 • 流体输送机械的性能比较与选用 • 流体输送机械的维护与故障处理
01
CATALOGUE
流体输送机械概述
流体输送机械的定义与分类
定义
流体输送机械是用于将流体从一 个地方输送到另一个地方的机械 设备。
05
CATALOGUE
流体输送机械的维护与故障处理
流体输送机械的日常维护与保养
定期检查
对流体输送机械进行定期检查，确保其正 常运转，包括检查泵、管道、阀门等部件
是否完好无损，润滑系统是否正常等。
清洗与清洁
定期对流体输送机械进行清洗，清除残留 物和污垢，保持机械内部的清洁，防止堵 塞和腐蚀。
更换磨损部件
流体输送机械的应用
工业生产
在化工、石油、制药等领 域，流体输送机械广泛应 用于原料、半成品和成品 的输送。
能源与环保
流体输送机械在燃煤、燃 气等能源输送以及通风、 除尘等环保领域也有广泛 应用。
城市供暖与空调
在集中供暖和空调系统中 ，流体输送机械用于将热 源或冷源输送到各个用户 。
化工原理第二章流体输送设备
化工原理-第二章-流体输送设备一、选择题1、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（）。
AA. 气缚现象；B. 汽蚀现象；C. 汽化现象；D. 气浮现象。
2、离心泵最常用的调节方法是（）。
BA. 改变吸入管路中阀门开度；B. 改变压出管路中阀门的开度；C. 安置回流支路，改变循环量的大小；D. 车削离心泵的叶轮。
3、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后获得的（）。
BA. 包括内能在内的总能量；B. 机械能；C. 压能；D. 位能（即实际的升扬高度）。
4、离心泵的扬程是（）。
DA. 实际的升扬高度；B. 泵的吸液高度；C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值。
5、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因（）。
CA. 水温太高；B. 真空计坏了；C. 吸入管路堵塞；D. 排出管路堵塞。
6、为避免发生气蚀现象，应使离心泵内的最低压力（）输送温度下液体的饱和蒸汽压。
AA. 大于；B. 小于；C. 等于。
7、流量调节，离心泵常用（），往复泵常用（）。
A；CA. 出口阀B. 进口阀C. 旁路阀8、欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（）。
输送大流量，低粘度的液体应采用（）。
C；AA. 离心泵；B. 往复泵；C. 齿轮泵。
9、1m3气体经风机所获得能量，称为（）。
AA. 全风压；B. 静风压；C. 扬程。
10、往复泵在启动之前，必须将出口阀（）。
AA. 打开；B. 关闭；C. 半开。
11、用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（）。
CA. 发生了气缚现象；B. 泵特性曲线变了；C. 管路特性曲线变了。
12、离心泵启动前____ ，是为了防止气缚现象发生。
DA 灌水；B 放气；C 灌油；D 灌泵。
13、离心泵装置中____ 的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。
化工原理 第二章 流体流动.
内容提要
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：
0
p p0
T0 T
0
T0 p0
p T
Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m
a1
1
a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：
0
p p0
T0 T
0
T0 p0
p T
Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m
a1
1
a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作
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 第二章 离心泵
q qV V1 2D D 1 2； H H 1 2 D D 1 2 2； P P 1 2 D D 1 2 3 ——切割定律
式中：D ——叶轮的直径
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45
六、离心泵的工作点与流量调节
当泵的叶轮转速一定时，一台泵在具体操作条件 下所提供的液体流量和压头可用H~qV特性曲线上的 一点来表示。至于这一点的具体位置，应视泵前后 的管路情况而定。讨论泵的工作情况，不应脱离管 路的具体情况。泵的工作特性由泵本身的特性和管 路的特性共同决定。
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8
液体吸上原理
依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的 速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中 的液体因此被源源不断地吸上。
2021/10/10
9
叶轮旋转，质点离心； 切线甩出，获得动能； 进入蜗壳，转成压能； 叶轮中心，形成真空； 外压作用，液体进入。
2021/10/10
堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶
片数目少。
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30
B型离心泵分解动画.avi
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B型离心泵分解动画.avi
31
四、离心泵的主要性能参数
1、离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一
般用qv表示，单位为m3/s 、m3/min或 m3/h。又称为泵
第二章 流体输送机械
•第一节 离心泵
•离心泵工作原理 •离心泵的主要部件和构造 •离心泵的分类 •离心泵的主要性能参数 •离心泵的特性曲线 •离心泵的工作点与流量调节 •离心泵的汽蚀现象与安装高度 •离心泵的选用、安装与操作
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1
概述
1、流体输送机械的作用
式中：D ——叶轮的直径
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六、离心泵的工作点与流量调节
当泵的叶轮转速一定时，一台泵在具体操作条件 下所提供的液体流量和压头可用H~qV特性曲线上的 一点来表示。至于这一点的具体位置，应视泵前后 的管路情况而定。讨论泵的工作情况，不应脱离管 路的具体情况。泵的工作特性由泵本身的特性和管 路的特性共同决定。
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8
液体吸上原理
依靠叶轮高速旋转，迫使叶轮中心的液体以很高的 速度被抛开，从而在叶轮中心形成低压，低位槽中 的液体因此被源源不断地吸上。
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9
叶轮旋转，质点离心； 切线甩出，获得动能； 进入蜗壳，转成压能； 叶轮中心，形成真空； 外压作用，液体进入。
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堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶
片数目少。
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B型离心泵分解动画.avi
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B型离心泵分解动画.avi
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四、离心泵的主要性能参数
1、离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一
般用qv表示，单位为m3/s 、m3/min或 m3/h。又称为泵
第二章 流体输送机械
•第一节 离心泵
•离心泵工作原理 •离心泵的主要部件和构造 •离心泵的分类 •离心泵的主要性能参数 •离心泵的特性曲线 •离心泵的工作点与流量调节 •离心泵的汽蚀现象与安装高度 •离心泵的选用、安装与操作
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概述
1、流体输送机械的作用
化工原理第二章
p有 100%
p轴
（2-3）
第二节 离心泵
离心泵效率与泵的尺寸、类型、构造、加工精度、液 体流量和所输送液体性质有关，一般小型泵效率为50%— 70%，大型泵可达到90%左右。
2．特性曲线 离心泵的有效压头、轴功率、效率与流量之间的关系 曲线称为离心泵的特性曲线,如图2-8所示，其中以扬程和 流量的关系最为重要。由于泵的特性曲线随泵转速而改变， 故其数值通常是在额定转速和标准试验条件(大气压 101.325kPa,20℃清水)下测得。通常在泵的产品样本中附 有泵的主要性能参数和特性曲线,供选泵和操作参考。
③ qv- 曲线 表示泵的效率和流量的关系。曲线表明 离心泵的效率随流量的增大而增大，当流量增大到一定值 后，效率随流量的增大而下降，曲线存在一最高效率点即 为设计点。对应于该点的各性能参数 qv 、p轴 和 H 称为最 佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产 任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。
qv1 n1 qv2 n2
H1 H2
n1 n2
2
p轴1 p轴2
3
n1 n2
（2-4）
式中qv1 、H1 、p轴1 ——转速为时泵的流量、扬程、轴功率； 、 qv2 H2 、p轴2——转速为时泵的流量、扬程、轴功率。
第二节 离心泵
2．离心泵的主要部件 离心泵的主要部件为叶轮、泵壳和轴封装置。(1)叶 轮叶轮是离心泵的关键部件,其作用是将原动机的机械能 传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。 叶轮有6-8片的后弯叶片组成。按其机械结构可分为以下 三种，如图2-2所示。开式叶轮仅有叶片和轮毂，两侧均 无盖板，制造简单,清洗方便，如图2-2(a)所示；半闭式 叶轮,没有前盖板而有后盖板的叶轮，如图2-2(b)所示； 闭式叶轮两侧分别有前、后盖板,流道是封闭的，如图22(c)所示,这种叶轮液体流动摩擦阻力损失小,适用于高扬 程、洁净液体的输送。
化工原理第二章 吸收.
2.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线 对 单组 分 物 理 吸收 的 物 系 ，根 据 相 律 ，自 由 度 数 F 为 F=CΦ +2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气 相中的分压 pe 表达为温度 t ，总压 p 和溶解度 x 的函数：
2.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。 ②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。 ③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅 在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解 度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易 解吸，溶剂再生方便。
2.1概述
④溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在 吸收和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。 ⑤溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质； ⑥溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸收塔内良 好的气液接触和塔顶的气液分离。 ⑦溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和 安全条件。 实际上很难找到一个理想得溶剂能够满足上述所有要求，应 对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。 ⑹吸收操作得经济性 吸收总费用＝设备(塔、换热器等)折旧费＋操作费(占比重大)
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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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
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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
化工原理第二章(气体输送机械)
2011-6-9
【全风压的确定 全风压的确定】 全风压的确定 在通风机的进、出口截面之间列柏努利方程，忽 忽 略两截面的位差和阻力损失，则： 略两截面的位差和阻力损失
2 2 ps2 − ps1 u2 − u1 H= + ρg 2g
式中 ps1——通风机进口静压，Pa； ps2——通风机出口静压，Pa； u1——通风机进口气速，m/s； u2——通风机出口气速，m/s。
2011-6-9
转速 r/ 3～3452
流量 m3/h
2198～4122
电动机 型号
Y112M Y132S2-2 Y132S2-2 Y160M2-2 Y160M2-2 Y 160L-2 Y225M-2 Y280S-2
功率kW
4-7.5
2900
4933～4374
3130～5868
（1）气体进入叶轮中 心后，作圆周运动； （2）首先得到动能 动能； 动能 （3）一部分在蜗装壳 体内转换成静压能 静压能。 静压能
2011-6-9
3、离心式通风机的性能参数和特性曲线 、 何谓离心式通风机的性能参数？ 何谓离心式通风机的性能参数？ 【定义 定义】用以描述一台离心式通风机性能的一组物 定义 一组物 理量，该组参数通常标注在铭牌 铭牌上。包括： 理量 铭牌 （1）流量（风量）； （2）风压； （3）轴功率； （4）效率； （5）转速。
2011-6-9
全风压－ 全风压－流量 曲线 pt～qv
η pt pst
效率－ 效率－流量曲 线 η～qv ～
P 轴功率－ 轴功率－流量 曲线 P～qv ～
静风压－流量 静风压－ 曲线 pst～qv
qv
离心通风机特性曲线
2011-6-9
4、离心式通风机的选型 、 （1）确定风（流）量和全风压。风量根据生产任务 风 量和全风压 风量根据生产任务 来定；全风压按柏努利方程来求。 来定；全风压按柏努利方程来求。但均要按标准条 件进行校正，即：
【全风压的确定 全风压的确定】 全风压的确定 在通风机的进、出口截面之间列柏努利方程，忽 忽 略两截面的位差和阻力损失，则： 略两截面的位差和阻力损失
2 2 ps2 − ps1 u2 − u1 H= + ρg 2g
式中 ps1——通风机进口静压，Pa； ps2——通风机出口静压，Pa； u1——通风机进口气速，m/s； u2——通风机出口气速，m/s。
2011-6-9
转速 r/ 3～3452
流量 m3/h
2198～4122
电动机 型号
Y112M Y132S2-2 Y132S2-2 Y160M2-2 Y160M2-2 Y 160L-2 Y225M-2 Y280S-2
功率kW
4-7.5
2900
4933～4374
3130～5868
（1）气体进入叶轮中 心后，作圆周运动； （2）首先得到动能 动能； 动能 （3）一部分在蜗装壳 体内转换成静压能 静压能。 静压能
2011-6-9
3、离心式通风机的性能参数和特性曲线 、 何谓离心式通风机的性能参数？ 何谓离心式通风机的性能参数？ 【定义 定义】用以描述一台离心式通风机性能的一组物 定义 一组物 理量，该组参数通常标注在铭牌 铭牌上。包括： 理量 铭牌 （1）流量（风量）； （2）风压； （3）轴功率； （4）效率； （5）转速。
2011-6-9
全风压－ 全风压－流量 曲线 pt～qv
η pt pst
效率－ 效率－流量曲 线 η～qv ～
P 轴功率－ 轴功率－流量 曲线 P～qv ～
静风压－流量 静风压－ 曲线 pst～qv
qv
离心通风机特性曲线
2011-6-9
4、离心式通风机的选型 、 （1）确定风（流）量和全风压。风量根据生产任务 风 量和全风压 风量根据生产任务 来定；全风压按柏努利方程来求。 来定；全风压按柏努利方程来求。但均要按标准条 件进行校正，即：
化工原理(第二版)第二章
Hs’ ={ Hs+（Ha –10.33）-[Pv/(9.81×1000)-0.24]}1000/ρ
3．讨论
（1）汽蚀现象产生的原因：
①安装高度太高； ②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；
③吸入管路阻力或压头损失太高。
（2）计算出的Hgmax<0, 低于贮槽液面安装
（3） Hgmax大小~Q。 Q，则Hgmax ，保险 。
凝结局部真空 周围液体高速冲向汽泡中心
撞击叶片(水锤)
伴随现象 ①泵体振动并发出噪音
②H, Q , 严重时不送液；
③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
安装高度 ，汽蚀 问题：如何确定Hg的上限 ——允许安装高度
2．汽蚀余量与允许安装高度
（1）三个基本概念：
①(有效)汽蚀余量ha: 泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)
H
-------管路所需压头 he 与流量关系曲线
泵的特性曲线
• 工作点
Q
1．管路特性曲线 -------管路所需压头 he 与流量关系曲线
he
z
p
g
u 2 2g
hf
A f Q
完全湍流时， he A BQ 2
管路特性方程 H
hf
l le u2
d 2g
8 l le Q 2
2d 5g
（5）效率： = Ne/ N
<100% —— 容积损失，水力损失，机械损失
2．离心泵的性能曲线characteristic curves
H~Q N~Q ~Q
厂家实验测定产品说明书
20C清水
H,m
~Q
离心泵特性曲线
H ~Q
N
N ~Q
3．讨论
（1）汽蚀现象产生的原因：
①安装高度太高； ②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；
③吸入管路阻力或压头损失太高。
（2）计算出的Hgmax<0, 低于贮槽液面安装
（3） Hgmax大小~Q。 Q，则Hgmax ，保险 。
凝结局部真空 周围液体高速冲向汽泡中心
撞击叶片(水锤)
伴随现象 ①泵体振动并发出噪音
②H, Q , 严重时不送液；
③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
安装高度 ，汽蚀 问题：如何确定Hg的上限 ——允许安装高度
2．汽蚀余量与允许安装高度
（1）三个基本概念：
①(有效)汽蚀余量ha: 泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱)
H
-------管路所需压头 he 与流量关系曲线
泵的特性曲线
• 工作点
Q
1．管路特性曲线 -------管路所需压头 he 与流量关系曲线
he
z
p
g
u 2 2g
hf
A f Q
完全湍流时， he A BQ 2
管路特性方程 H
hf
l le u2
d 2g
8 l le Q 2
2d 5g
（5）效率： = Ne/ N
<100% —— 容积损失，水力损失，机械损失
2．离心泵的性能曲线characteristic curves
H~Q N~Q ~Q
厂家实验测定产品说明书
20C清水
H,m
~Q
离心泵特性曲线
H ~Q
N
N ~Q
化工原理内容概要-第2章
《化工原理》内容提要第二章流体输送机械1. 基本概念1）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳2）泵的流量q v：指泵的单位时间内送出的液体体积，等于管路中的流量，这是输送任务所规定必须达到的输送量。
3）泵的压头（又称扬程）He是指泵向单位重量流体提供的能量。
4）流体输送机械的分类：动力式（叶轮式）、容积式（正位移式）、其他类型。
5）离心泵的主要构件：叶轮和蜗壳。
6）离心泵的主要性能参数：流量、扬程、效率、轴功率。
7）离心泵特性曲线：描述压头、轴功率、效率与流量关系的曲线。
8）离心泵的工作点：泵特性曲线与管路特性曲线的交点。
9）离心泵的调节：改变管路特性（阀门的开大关小，改变K值）；改变泵的特性（改变D、n，调节工作点）。
10）往复泵的结构：由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀（活门）构成，有电动和汽动两种驱动形式。
2. 基本原理1）离心泵的工作原理：电动机经泵轴带动叶轮旋转，叶片间的液体在离心力作用下，沿叶片间的通道从叶轮中心进口处甩向叶轮外围，以很高速度汇入泵壳；液体经泵壳将大部分动能转变为静压能，以较高压力从压出口进入排出管。
2）泵的汽蚀现象：当水泵叶轮中心进口出压力低于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时，液体将发生沸腾部分汽化。
所生成的汽泡，在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，因压强升高，气泡立即凝聚。
高速度冲向原空间，在冲击点处产生高频高压强冲击。
当气泡的凝结发生在叶轮表面时，气泡周围液体在高压作用下如细小的高频水锤撞击叶片，加之气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用，将导致叶片过早损坏。
3）离心泵的选用原则：①根据被输送液体的性质确定泵的类型；②确定输送系统的流量和所需压头；③根据所需流量和压头确定泵的型号。
4）往复泵的工作原理：活塞往复运动，在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压，完成一次吸入和排出。
5）气体输送的特点：气体的密度相对液体很小，①动力消耗大；②气体输送机械体积一般都很庞大；③输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。
化工原理第二章流体输送机械
作用
存放叶轮 汇集流体 能量转化: 能量转化:是一个 转能装置
导轮:叶轮与泵壳之间,固定不动而带有叶片. 导轮:叶轮与泵壳之间,固定不动而带有叶片. 使高速液体流过时能均匀而平和地将动能转变为静压能, 使高速液体流过时能均匀而平和地将动能转变为静压能,以 减小能量损失. 减小能量损失.
③轴封装置: 轴封装置: 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封. 泵轴与泵壳之间的密封称为轴封. 作用: 作用:防止高压液体漏出或分界空气漏入泵内 填料密封: 填料密封: 盘根: 盘根:为浸油或涂石墨的石棉绳 机械密封: 机械密封: 适合于密封要求较高的场合. 适合于密封要求较高的场合. 优点:密封性能好,使用寿命长,轴不易磨损,功耗小. 优点:密封性能好,使用寿命长,轴不易磨损,功耗小. 缺点:加工程度高,结构复杂,安装要求高,价格高. 缺点:加工程度高,结构复杂,安装要求高,价格高.
第二章 流体输送机械
第一节:概述: 第一节:概述:
流体输送机械驱动流体通过多种设备,将流体从一处送到他处, 流体输送机械驱动流体通过多种设备,将流体从一处送到他处,无论 是提高其位置或是使其压力升高或只需克服沿路的阻力, 是提高其位置或是使其压力升高或只需克服沿路的阻力,都可以通过向流 体提供机械能的方法来实现. 体提供机械能的方法来实现. 流体从输送机械取得机械能后, 直接表现是净压头的增大. 流体从输送机械取得机械能后,其直接表现是净压头的增大.新增的 净压头在输送过程中再转变为其它压头或消耗克服流动阻力,所以, 净压头在输送过程中再转变为其它压头或消耗克服流动阻力,所以,流体 输送就是向流体作功并提高其机械能. 输送就是向流体作功并提高其机械能. 学习本章的目的: 学习本章的目的: 了解设备结构,性能, 了解设备结构,性能,操作原理 了解功率消耗计算(生产中功耗是个重点指标) 了解功率消耗计算(生产中功耗是个重点指标) 通过学习后能合理地选用
化工原理-第二章-流体输送机械PPT课件
总效率：
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
化工原理第二章平面力系
如图所示，平面上作用一力 F ，在同平面内任取一点O， 点O称为矩心，点O到力的作用线的垂直距离h称为力臂。
力对点的矩：
力对点之矩是一个代数量， 它的绝对值恒等于力的大小与力臂的乘积， 它的正负可按下法确定：力使物体绕矩心逆时针转向转动 时为正，反之为负。 力 F 对于点O的矩
由右图容易看出，力F对点O的矩的大 小也可用三角形OAB面积的两倍表示， 即
(2)画受力图。
滑轮受到钢丝绳的拉力
＝
＝P；
由于滑轮的大小可忽略不计，故这些力可看作是汇交力系。
(3)列平衡方程 为使每个未知力只在一个轴上有投影， 在另一轴上的投影为零，坐标轴应尽量 取在与未知力作用线相垂直的方向。这 样在一个平衡方程中只有一个未知数， 不必解联立方程，故选取坐标轴如图所 示。 (a)
和
当Ox、Oy两轴不相垂直时，力沿两轴的分力 值上也不等于力在两轴上的投影X、Y。
、
在数
2．平面汇交力系合成的解析法
设由n个力组成的平面汇交力系作用 于一个刚体上。以汇交点O作为坐 标原点，建立直角坐标系Oxy 。
此汇交力系的合力
合矢量投影定理：合矢量在某一轴上的投影等于各分矢量在同 一轴上投影的代数和。 由此可得
例2—3 如图所示，重物P＝20kN，用钢丝绳挂在支架的滑轮 B上，钢丝绳的另一端缠绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并 以铰链A、C与墙连接。如两杆和滑轮的自重不计，并忽略摩 擦和滑轮的大小，试求平衡时杆AB和BC所受的力。
解：(1)取滑轮B为研究对象。 AB、BC两杆都是二力杆，假 设杆AB受拉力、杆BC受压力；
平面汇交力系可简化为一合力．其合力的大小与方向等于各分 力的矢量和(几何和)，合力的作用线通过汇交点。设平面汇交 力系包含n个力，以 表示它们的合力矢，则有
化工原理第二章-传递过程基本方程
z
o x
z
x y
y
2.1.5 控制体与控制面
柱坐标系（Cylindrical coordinates）：r，，z
= 0
z
z u
o
r
uz
r z
ur
2.1.5 控制体与控制面
球坐标系（ Spherical coordinates）：r，，
= 0
= 0
u r o
ur
r
u
作业 p.114-115 2.1，2.2
2.2 质量守恒与连续性方程
2.2.1 宏观质量恒算（总质量恒算）
恒算范围：宏观控制体
q m ,in qmi ,in
i 1,2,...,n
qm,out qmi ,out
i 1,2,...,n
若控制体内的流体包含 n 个组分，则对任一组分 i应用质 量守恒定律有：
对质点的其它物理量A也可进行上述运算
DA Dt
A t
A x
ux
A y uy
A z
uz
A t
u • A
DA/Dt称为物理量A的随体导数，A/t称 为局部导数，（u•)A称为对流导数
2.1.5 控制体与控制面
控制体与控制面 控制体：位置和大小固定的空间体积。可以是假想的，
对稳定流动过程，管道任一截面处的质量流量相等。
不可压缩流体 A2u2 A1u1 qV 对不可压缩流体，管道任一截面处的体积流量相等。
不可压缩流体在均匀管道内流动时，平均流速沿途保持 定值，并不因摩擦而减速!
【例2.4】
密度为920kg/m3、粘度为3.5cP的某油料，稳定流经一大 小管组成的串联管路。大小管尺寸分别为φ38×2.5mm和 φ25×2.5mm。已知油料在大管中的流速为0.8m/s，试分 别求该油料在大管和小管中的体积流量、质量流量及质 量流速。
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× ）
4、 往复泵的流量调节不可以采用出口阀调节。 （
5、 往复泵在使用前必须灌泵。 （
× ）
√ ）
流体输送机械
4
1、
如图所示的 2B31 型离心泵装置中，你认为有哪些错误？并说
明原因。
解答要点：安装高度太高、吸入管径和出水管径与型号不对，二者不 应相差太大；泵壳不是螺线型，流体能量损失大，叶轮的叶片的弯曲 方向与旋转方向错误，几乎无法输送流体。
3、 从低位槽向高位槽输水，单台泵可在高效区工作。若输送管路较长，且输送 D 。 管路布置不变，再并联一台相同泵，则 (A) 两泵均在高效区工作； (B) 仅新装泵在高效区工作； (C) 仅原装泵在高效区工作； (D) 两泵均不在原高效区工作。
4、开大离心泵的出口阀，离心泵的出口压力表读数将（ B ） A、增大； B、减小； C、先增大后减小； D、先减小后增大
流体输送机械
5
2、离心泵发生气缚与气蚀现象的原因是什么？有何危害？应如何消除?
解答要点： 离心泵在启动过程中若泵壳内混有空气或未灌满泵， 则泵壳内的流体在随电机 作离心运动产生负压不足以吸入液体至泵壳内，泵象被“气体”缚住一样，称离 心泵的气缚现象；危害是使电机空转，容易烧坏电机；避免或消除的方法是启动 前灌泵并使泵壳内充满待输送的液体，启动时关闭出口阀。 当泵壳内吸入的液体在泵的吸入口处因压强减小恰好气化时， 给泵壳内壁带来 巨大的水力冲击，使壳壁象被“气体”腐蚀一样，该现象称为汽蚀现象；汽蚀的 危害是损坏泵壳，同时也会使泵在工作中产生振动，损坏电机；降低泵高度能避 免汽蚀现象的产生。
7、在测量离心泵特性曲线实验中，管路特性曲线可写为 H=A+BQ2，当管路循环且出口端插 入循环水槽液面下，则 A 值（ C ） 。 A、大于零； （B）小于零； （C）等于零； D 不确定
8、由离心泵和某一管路组成的输送系统，其工作点 D 。 (A)由泵铭牌上的流量和扬程所决定； (B)由泵的特性曲线所决定； (C)即泵的最大效率所对应的点； (D)是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点
流体输送机械
2
ห้องสมุดไป่ตู้
9、在测定离心泵特性曲线的实验中，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空表指示真空 D 。 度很高，某同学正确地找到原因并排除了故障。你认为可能的原因是 (A)水温太高； (B)真空表损坏； (C)吸入管堵塞； (D)排出管堵塞
10、测定离心泵特性曲线实验管路中，压强最低的是（ C ） (A)吸入口处； (B)泵壳靠近吸入口一侧； (C)叶轮入口处；
5
6
16m
3m
流体输送机械
7
解：1）在贮槽液面 0－0’及真空表所在截面 1－1’间列柏努利方程，并以贮槽液面为基准面：
p u p u z 0 + 0 + 0 = z1 + 1 + 1 + H f , 0−1 , ρg 2 g ρg 2 g H f , 0−1 ∴Q =
2
2
2 l + ∑ l u1 2 u1 20 2 =λ = 0.02 × × = 0.204u1 , 解得u1 = 2.30m / s 2g d 0.1 2 × 9.81
5、若离心泵启动后却抽不上水来，可能的原因是： （ B ） A、开泵时出口阀未关闭； B、离心泵发生了气缚现象； C、未灌好泵； D、进口阀未开
流体输送机械
2
B 。 6、输送系统的管路特性方程可表示为 H＝A＋BQ2，则 (A)A 只包括单位质量流体需增加的位能； (B)A 包括单位质量流体需增加的位能和静压能； (C) BQ2 代表管路系统的局部阻力损失； (D)BQ2 代表单位质量流体需增加的动能
(D)泵壳出口端。
，往复
11 、离心泵与往复泵的启动与流量调节不同之处是离心泵 采用出口阀调节 泵 采用旁路阀调节。
流体输送机械
3
1、 关闭离心泵的出口阀后，离心泵的有效功率均为零。 （ √ ）
2、 逐渐开大出口阀的开度，则离心泵的流量增大，效率下降。 （ × ）
3、管路中两台相同泵并联操作后，与单台泵相比，工作点处流量是 原来单台泵的两倍。 （
1
1、用离心泵从水池抽水到水塔中，设水池和塔液面维持恒定，若离心泵在正常 操作范围内工作，开大出口阀将导致 A 。 (A)送水量增加，泵的压头下降； (B)送水量增加，泵的压头增大； (C)送水量增加，泵的轴功率不变； (D)送水量增加，泵的轴功率下降。
2、某离心泵在运行半年后，发现有气缚现象，应（ D ） 。 (A) 降低泵的安装高度； (B) 停泵，向泵内灌液； (C) 检查出口管路阻力是否过大； (D) 检查进口管路是否泄漏
流体输送机械
1、一用离心泵把 20℃的水从开口储槽送到表压为 1.5×10 Pa 的密闭容器， 储槽和容器的水 位恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管道均为φ108×4mm 的无缝钢管，吸入管长为 20m，排出管长为 100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度） 。当阀门为 3/4 开度时， 真空表读数为 42700Pa，两测压口的垂直距离为 0.5m，忽略两测压口间的阻力，摩擦系数可 取为 0.02。试求： ①阀门 3/4 开度时管路的流量（m3/h）及压强表读数（Pa）各为多少？ ②现将阀门开大，使流量变为原来流量的 1.3 倍，已知吸入管的管长不变，摩擦系数λ仍为 0.02。由性能表查得该流量下的允许吸入真空度为 5.8m，当地大气压为 8.5×104Pa，问若安 装高度不变该泵是否能正常运转？
π
4
d 2 u = 65m 3 / h
再在泵出口压强表测压口中心 2－2’截面与容器内液面 3－3’间列柏努利方程， 仍以 0－0’面为 基准面：
p p u z 2 + 2 + 2 = z 3 + 3 + H f , 2−3，解得p 2 = 3.23 × 10 5 Pa (表压) ρg 2 g ρg
2）阀门打开时，当 Q’＝1.3Q 时，则 u’＝1.3×2.3＝2.99m/s，因操作条件下大气压强与实验 条件的大气压强不同，应求出操作条件下的 Hs’，
2
pa ' pv 8.5 × 10 4 Hs ' = H s + ( − 10) − ( − 0.24) = 5.8 + ( − 10) − (0.24 − 0.24) = 4.46m ρ' g ρ' g 9.81 × 10 3 u1 2.99 2 20 2.99 2 ∴ Hg = Hs '− − H f , 0−1 = 4.46 − − 0.02 × × = 2.18m < 3m 0.1 2 × 9.81 2g 2 × 9.81 ∴ 泵不能正常工作