9-1.8流体流动与输送机械

思 考 题
1. 水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的 反应器，管道上的阀门开度减小后，水流量将 减小 ， 管路总机械能损失将 不变 。 2. 流体在圆形直管中流动，若管径一定而将流量增大一 倍，则层流时能量损失是原来的 2 倍；完全湍流时能 量损失是原来的 4 倍。
3. 圆形直管中，流量一定，设计时若将管径减为原来 的一半，则层流时能量损失是原来的 16 倍；完全湍 流时能量损失是原来的 32 倍。（忽略/d变化） 4. 用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔 板前后的压差值将 增加 ；若改用转子流量计，则转子 前后压差值将 不变 。
Hg，则p1 pK
2 1
叶片背面
1 1’ K
1
当pKpv 叶轮中心汽化汽泡
被抛向外围 压力升高
汽泡凝结局部真空 周围液体高速冲向汽泡中心
撞击叶片(水锤)
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汽蚀现象
离心泵的汽蚀
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qv(m3/h) 当 qV 8m 3 / h 时, H 24.10 0.82 qV 2 24.10 0.82 8 0.8 19.77 m
Ne gHeqV 1000 9.81 19.77 8 / 3600 431W
Ne gHeqV 1000 9.81 18.93 10 / 3600 516W
一般 C0=0.6~0.7
• 特点：恒截面、变压差——差压式流量计
（3）文丘里流量计
结构：从锐孔变为减缩减扩管（Wf） 从Cv代替C0计算流量，此时Cv>C0。 （4）转子流量计
qV C R AR
2( f )V f g
Af
（恒环隙流速、恒能量损失）
• 特点：恒压差、变截面——截面式流量计 有刻度换算问题
qV
（4）离心泵的串、并联 (组合操作)
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1.8.4 离心泵的组合操作
串联操作
H
串联 C B A H e ~ qV
串联
组合H～qV： qV 不变， H加倍； 实际工作点：H 稍 qV （B点）
H~qV
qV
并联操作
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H
并联 B A C He~qV
并联
H~qV
qV
H～qV：H不变，qV加倍 实际：qV稍 H （B点）
闭式叶轮
半开式叶轮
开式叶轮
前盖板
后盖板
无盖板
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离心泵的主要部件 (2) 泵壳（蜗壳）
泵壳不仅能收集和导出液体，同时又是能量转换装置。
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离心泵的主要部件
(3) 轴封: 防止转动轴与静止的泵体之间液体的泄漏。
填料密封 机械密封
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输送液体原理
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输送液体原理
气缚现象
g
管路所需最小外加压头 A ② 管路特性曲线与流动状态有关。 • 阻力平方区， 与 qV 无关 • 等径管路或忽略动能差
qV
He A kqV 2
8 l le 其中 k 2 g d5
管路特性系数
③ 高阻管路，曲线较陡； 低阻管路，曲线较平缓。
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离心泵的工作点 H(He)
He~qV
M
HM(HeM)
H~qV
qV,M
qV
离心泵的特性曲线与管路特性曲线的交点为离心泵的工作点
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流量调节 流量调节实质上就是改变泵的工作点。
（1） 改变阀门开度
关小出口阀 le
H 1 H~qV M 1 M
管路特线曲线变陡 工作点左上移 H ，qV 开大出口阀 le 管路特性曲线变缓 工作点右下移 H ，qV
不变
N N Ne Ne 516 431 100% 100% 100% 16.5% N Ne 516
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讨论题: 如图所示，出口阀门开大，定性分析真空表和压力表 的读数如何变化？(设λ不变)
压力表
真空表
2
h
1 z1
z2
H 1 H~qV M 1 M
M2 2
p u 2 He z h f 1 2 g 2g z 10m
l le u 2 8 l le 2 8 0.03 50 2 5 2 h q q 3.97 10 q f 12 V 2 5 V V d 2g g d 3.14 2 9.81 0.055 10 2 qV 10m 3 / h, He 10 3.97 105 ( ) 13.1m 3600
[J/kg] [m]
对流体作功， 流体能量
p , g2 u 2 u , 2g 2 p
克服能量/压头损失
g z , z
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● 流体输送机械的分类
• 按输送的介质： 液体 气体 • 根据作用原理 泵 风机、压缩机、真空泵
液体输送机械
容积式（正位移式） 流体作用式 喷射泵
动力式（叶轮式）
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离心泵的特性曲线 离心泵的H、N、η与qV之间的关系曲线，称为离心泵特性曲线。
压力表
真空表
2 h 1 z1 z2
离心泵的特性曲线
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1 关出口阀; 2 灌泵; 3 排气; 4 压力表读数
5 真空表读数
离心泵的特性曲线
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H,m
n=2900rpm

H ~ qv
N
N ~ qv
H(m)
19.77 18.93 D C H e ~ qv (阀全开) B 13.1 A 8 10 H~qv
Ne g Heqv
158.9W
10 1000 9.81 (18.93 13.1) 3600
(3) 调节出口阀将流量减少到 8m3/h，泵的轴功率减少多少？ 假设不变
离心泵
旋涡泵
往复式
旋转式
往复泵
计量泵
隔膜泵
齿轮泵
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离心泵
离心泵的基本结构和工作原理 离心泵的性能参数与特性曲线
离心泵的工作点和流量调节 离心泵的组合操作
离心泵的安装高度 离心泵的类型、选用、安装与操作
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1.8.1 离心泵的基本结构和工作原理
离心泵的基本结构
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离心泵的主要部件 (1) 叶轮—— 叶片+（盖板） 叶轮是离心泵对流体作功的部件
He 10 3.97 10 5 qV 2
We gHe 9.81 13.1 128.5 J / kg
H 24.10 0.82 qV 0.8 24.10 0.82 10 0.8 18.93 m He
能完成任务
(2) 如果泵能完成任务，计算多
消耗在阀门上的有效功率？
N ~ qV
N
q V , m3 / h
泵的铭牌~与max 对应的性能参数
选型时 max
使用时 ≥92%max 高效区工作；
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离心泵的特性曲线的影响因素
(1) 流体的性质 密度： H~qV及~qV与无关； , (N、Ne) N~qV ，N-qv
粘度：
ν ，H~qV及~qV ; N N~qV
单位重量（1N）流体流经泵所获得的能量，[m]； 当离心泵的结构确定时，H=f(n，qV)； 扬程与升扬高度的区别？
(3) (轴)功率N 轴功率N：电动机传给泵轴的功率，[W] 有效功率Ne：单位时间内液体从离心泵叶轮获得的能量, [W]
Ne qm we qV gH
[W]
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主要性能参数 (4) 效率 η
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防止气缚现象的措施： (1) 启动前，灌泵排气； (2) 运转时，防止空气进入离心泵的吸入管；
1.8.2 离心泵的性能参数与特性曲线
主要性能参数 (1) (体积)流量 qV
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单位时间泵所输送的液体体积，[m3/s]， [m3/min]或[m3/hr]； (2) 压头(扬程) H
He~qV
qV,M1 qV,M qV,M2
qV
1.8.5 离心泵的安装高度
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1
K K
1
安装高度: 液面到泵入口处的垂直距离(Hg)
问题： 安装高度有无限制？
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汽蚀现象 截面0-0~1-1，列B.E.
1
叶轮内缘
K K
p0 p1 u Hg h f 0－1 g g 2g
组合方式的选择
H不够，必用串联操作 H合格，但qV不够
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H
高阻
• 对高阻管路，串联优 (C点)
• 对低阻管路，并联优( B’ 点)
C B A A’ C’ 串联 B’ 低阻
并联
qV
例题： 如图所示的输水管路系统， d=50mm，阀门全开时l+le=50m， =0.03，泵在6~15m3/h范围内的特性 方程为H=24.10-0.82qV0.8，式中：H单 位 m, qV单位m3/h；试求： （1）阀全开时管路特性方程；如管 路qV=10m3/h，此时We和He分别为多 少，该离心泵能否完成任务？
对泵的特征曲线修正 ( n 20%以内，不变)
2
运动粘度ν>2×10-5 m2/s水差别大 (2) 转速——比例定律
qV 2 n2 qV1 n1
qV 2 D2 qV1 D1
H 2 n2 H1 n1
N 2 n2 N1 n1
3
(3) 叶轮直径——切割定律 (D -5%以内，不变)
H 2 D2 H1 D1
2
N 2 D2 N1 D1
3
1.8.3 离心泵的工作点与流量调节
问题：离心泵工作时，qV, H, N, =? 管路特性曲线 在特定的管路系统中，输液量与所需压头的关系。
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p u 2 外加压头 He z h f g 2g
于是
He A f ( qV )
He He~qV
——管路特性方程(曲线)
其中，
p A z g
A
qV
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管路特性曲线 示例 已知：等径管路，流动处于完全湍流区。 确定管路特性曲线。
2
z2
1
z1
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管路特性曲线 说明： He ① A z p 曲线在H轴上截距； He~qV
各种流量计的安装及使用、优缺点
孔板流量计
差压式流量计
恒截面、变压差
qV C0 A0 2 Rg ( 0 )
转子流量计
截面式压差计
恒压差、变截面

qV C R AR
2( f )V f g
Af
能量损失大
刻度换算问题
文丘里流量计
qV 2 qV 1
1 ( f 2 ) 2 ( f 1 )
小结 1.7
（1）测速管（皮托管） 内管——冲压能；外管——静压能
2 Rg ( 0 ) ——点速度 u

（2）孔板流量计
qV u0 A0 C0 A0
A C0 f (Re d , 0 ) A1
Re Re c
2 Rg ( 0 )

A0 C0 f ( ) A1
4
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பைடு நூலகம்
1.8
流体输送机械
高能位
qe
低能位
2 Z2
A1 1
Z1 0
W e, He
0´
流体输送机械: 向流体作功以提高流体机械能的装置。
北京化工大学
流体输送机械的作用 供料点 需料点
p u 2 we g z w f 2 p u 2 He z h f g 2g
M2 2
He~qV
qV,M1 qV,M qV,M2
qV
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流量调节 （2）改变叶轮转速 n泵H~qV曲线上移
工作点右上移， H ，qV n 泵H~qV曲线下移 He~qV
qV,M1 qV,M qV,M2
H H~qV M2
M1
M 2 1
工作点左下移，
H ，qV （3）车削叶轮直径
Ne Ne<N， ——衡量泵工作时机械能损失的相对大小 N
一般约为 η=0.5~0.7，大型泵 η =0.9 则轴功率N ：
qV gH qV H N= 102
功率损失原因有三种：
[W]
(1) 水力损失：泵内流体流动的摩擦损失。
(2) 容积损失：叶轮出口高压液体泄漏到低压区造成的损失。 (3) 机械损失：泵轴与密封以及轴承等处的机械摩擦造成的损失。
离 心 泵 特 性 曲 线
qv , m / h
3
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说明：
H,m
① H~qV曲线，qV，H。
H ~Q
~ qV
n=2900rpm

② N~qV曲线： qV，N 。 大流量大电机 关闭出口阀启动泵，启动电流最小 max ③ ~qV曲线 ：小qV ， ；大qV ， 。