石油化工流体输送单元操作学习情境二(1)

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p u2 z、 、 ρg 与Hf分别称为位压头、动压头、静压头与压头损 2g
失，而He则被称为输送设备对流体所提供的有效压头。
3.柏式使用条件 (1) 稳定、连续、不可压缩系统。 (2)两截面间流量不变，满足连续性方程。 4.柏努利方程的应用 (1)确定高位槽供液系统的槽面高度 (2)确定输送设备的有效功率 (3)确定送液气体的压力 (4)流量测量
克拉玛依职业技术学院 •根据稳定流动系统的能量守恒，输入系统的能量应等 于输出系统的能量 •能量衡算：
gz1 + p1 p 1 1 2 + u12 + We = gz 2 + 2 + u 2 + Σh f ρ 2 ρ 2
1 2 p1 式中 gz1、 u1 、 ——分别为流体在截面1上的位能、动能、静压能， ρ 2 J/kg； 1 2 p2 gz2、 u 2 、 ——分别为流体在截面2上的位能、动能、静压能， 2 ρ J/kg；
克拉玛依职业技术学院 5．解题要点 •(1)作图与确定衡算范围 根据题意画出流动系统的示意图，并 指明流体的流动方向，以明确流动系统的衡算范围。 •(2)截面的选取 ①截面应与流向垂直； ②定出上（1-1）、下游（2-2）截面； ③两截面间的流体必须是连续的，所求的未知量应在截面上或 在两截面之间反映出来，且截面上有关物理量，除了所需求取 的未知量外，都应该是已知的或能通过其它关系计算出来。 ④求有效功率，截面选在泵的两侧。
•实际流体的柏努利方程反映了流体流动过程中各种能量的转 化和守恒规律，在流体输送中具有重要意义。
克拉玛依职业技术学院 注意： 1 2 p •①gz、 u 、 是指在某截面上1kg流体本身所具有的能量， 2 ρ 而We、Σhf是指流体在两截面之间所获得和所消耗的能量。 •②柏努利方程的得出是对流体进行能量衡算,必须确定衡算 范围。 •选截面：a. 垂直；b.沿流动方向上游为1截面，下游为2截面。 •选基准面：水平、可任选。
克拉玛依职业技术学院 •(3)基准水平面的选取 基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。为了计 算方便，通常取基准水平面通过所选两个截面中的任一 个截面，一般选低位，如截面与基准面垂直，则取基准 水平面通过截面的中心，z值是指截面中心点与基准水 平面间的垂直距离。 •(4)单位必须统一 两截面的压力除要求单位一致外，还要求表示方法一 致，应为绝对压力，但由于式中所反映的是压力差，因 此压力也可以同时用表压力。 6．解题步骤 (1) 作图与选截面； (2) 选取基准水平面； (3)列方程，寻找已知条件，求解。
克拉玛依职业技术学院 因为 qm = uA ρ 故 qm = u1A1 ρ 1= u2A2 ρ 2 (2) 若将上式推广到管路上任何一个截面，即 qm = uA ρ = 常数 (3) •上式表示在稳定流动系统中，流体流经管道各截面的质量 流量恒为常量，但各截面的流体流速则随管道截面积和流体 密度的不同而变化。 若流体为不可压缩流体，即ρ =常数，则 qv= uA = 常数 (4) 式中 qv——流体的体积流量，指单位时间内流经管道有效 截面积的流体体积， m3/s； •上式说明不可压缩流体不仅流经各截面的质量流量相等， 而且它们的体积流量也相等。而且管道截面积A与流体流速u 成反比，截面积越小，流速越大。
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• 牛顿粘性定律
流体相邻层间的内摩擦力 即为F
du F=µ A dy
若单位流层面积上的内摩擦力称为剪应力τ，则
τ=
F du =µ A dy
牛顿粘性定律，即流体层间的剪应力与速度梯度成正 比。式中比例系数μ，称为动力粘度或绝对粘度，简称 粘度。 服从牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，所有气 体和大多数液体都属于这一类。不服从牛顿粘性定律的 流体，称为非牛顿型流体。
克拉玛依职业技术学院 若不可压缩流体在圆管内流动，因 A =
u1 A2 d 2 = = u2 A1 d1
2
π
4
d 2 ，则
(5)
•上式说明不可压缩流体在管道内的流速u与管道内径的平 方d2成反比。 •式（1）至式（5）称为流体在管道中作稳定流动的连续 性方程。 •连续性方程反映了在稳定流动系统中，流量一定时管路 各截面上流速的变化规律。
(3)以单位重量（1N）流体为计算基准的柏努利方程
将以1kg流体为基准的柏式中的各项除以g，则可得
2 p1 u12 We p 2 u 2 Σh f z1 + + + = z2 + + + ρg 2 g g ρg 2 g g
令 则
We He = g
Hf =
Σh f g
2 p1 u12 p2 u 2 z1 + + + He = z 2 + + +Hf ρg 2 g ρg 2 g
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层流与湍流在圆管内的速度分布
层流时其速度分布曲线呈 抛物线形。如图1-15所示。 管壁处速度为零，管中心 处速度最大。平均流速u ＝0.5umax
湍流时其速度分布曲线呈 不严格抛物线形。管中心 附近速度分布较均匀，如 图1-16所示，平均流速u ＝0.82umax
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p表 = p绝 − p大
p真 = p大 − p绝
克拉玛依职业技术学院 （二）柏努利方程式 1.实际流体的柏努利方程 •衡算范围：1-1面、2-2面与壁面所围 成的封闭区域，设流体为不可压缩流体， ρ不变 •衡算基准：1kg质量的流体， 0-0面为 基准面 •若以0-0面为基准水平面，两个截面距 基准水平面的垂直距离分别为z1、z2， 两截面处的流速分别为u1、u2，两截面 处的压力分别为p1、p2，流体在两截面 处的密度为，单位质量流体从泵所获得 的外加功为We，从截面1-1流到截面2-2 的全部能量损失为Σhf。
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层流内层
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三、流体在管内的流动阻力 （一）流体的粘度
1．粘性 流体流动时产生内摩擦的性质称为流体的粘性。 流体流动时产生内摩擦的性质称为流体的粘性。 粘性大的流体流动性差，粘性小的流体流动性好。 粘性大的流体流动性差，粘性小的流体流动性好。 粘性是流体的固有属性，流体无论是静止还是流动， 粘性是流体的固有属性，流体无论是静止还是流动， 都具有粘性。 都具有粘性。
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学习领域 石油化工流体输送单元操作
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学习情境二 离心泵的操作 学习情境二
任务一
流体输送基础知识
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知识目标： 知识目标： ●掌握离心泵的结构和工作原理； 掌握离心泵的结构和工作原理； 了解离心泵的主要性能参数及特性曲线； ●了解离心泵的主要性能参数及特性曲线； 掌握离心泵的特性曲线及其操作利用； ●掌握离心泵的特性曲线及其操作利用； 掌握离心泵安装高度的计算方法及流量调节； ●掌握离心泵安装高度的计算方法及流量调节； 能力目标： 能力目标： ●根据工况，能选用合适的离心泵； 根据工况，能选用合适的离心泵； 能独立、正确启用离心泵； ●能独立、正确启用离心泵； 能独立、正确停用离心泵； ●能独立、正确停用离心泵； 能独立进行离心泵的切换、流量调节及组合操作； ●能独立进行离心泵的切换、流量调节及组合操作； 能熟练使用劳动工具和穿戴劳保用品； ●能熟练使用劳动工具和穿戴劳保用品； ●能进行操作评价，并书写报告。 能进行操作评价，并书写报告。
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（三）湍流流体中的层流内层 •层流内层：当管内流体做湍流流动时，管壁处的流 速也为零，靠近管壁处的流体薄层速度很低，仍然 保持层流流动，这个薄层称为层流内层。 •层流内层的厚度随雷诺准数Re的增大而减薄，但不 会消失。 •层流内层的存在，对传热与传质过程都有很大的影 响。 •流体在管内作湍流流动时，横截面上沿径向分为层 流内层、过渡层和湍流主体三部分。
层流速度分布
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（二）流体流动型态的判定 1、雷诺准数Re 雷诺准数Re
Re =
•雷诺准数，无单位。
duρ
µ
•Re大小反映了流体的湍动程度，Re越大，流体流动湍动同。
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2、判据 Re≤2000 层流(滞流) Re=2000～4000 过渡状态 Re≥4000 湍流 应该指出，在2000< Re < 4000时，可能是层流，也 可能是湍流，是一种不稳定的状态。在一般工程计 算中，Re>2000可作湍流处理。
克拉玛依职业技术学院 2．柏努利方程的讨论 (1)理想流体的柏努利方程 理想流体：无粘性、无压缩性，流动时无阻力，Σhf = 0。 当流动系统中无外功加入时（即We = 0） 则
说明： ①理想流体稳定流动时，总机械能为一常数。 ②理想流体在流动系统的各截面上所具有的总机械能相等，而 每一种形式的机械能不一定相等，但各种形式的机械能可以相 互转换。
克拉玛依职业技术学院 二、柏努利方程 在化工生产中，解决流体输送问题的基本依据是柏努 力方程，因此柏努力方程及其应用极为重要。根据对稳 定流动系统能量衡算，即可得到柏努力方程。 （一）流动系统的能量 1．流体所具有的能量——机械能 (1)位能 位能是流体处于重力场中而具有的能量。 单位质量流体的位能则为gz（J/kg）。 位能是相对值，计算须规定一个基准水平面。
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三、流体流动的型态
（一）流动类型的划分 1、雷诺实验
雷诺实验装置
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雷诺实验现象
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2、两种流动型态
•层流： 流体质点沿管轴方向作直线运动，分层流动，又称滞流。 •湍流： 流体质点除沿轴线方向作主体流动外，还在各个方向有剧 烈的随机运动，又称紊流。 •说明： 过渡状态不是一种独立的流动型态，介于层流与湍流之间。 可以看成是不完全的湍流，或不稳定的层流，或者是两者交 替出现，随外界条件而定，受流体流动干扰的控制。