食品工程原理 第二章 流体输送
食品工程原理复习资料重要公式总结
目录第1章流体流动与输送设备第一节流体静力学·····················································第二节流体动力学····················································第三节管内流体流动现象··············································第四节流体流动阻力··················································第五节管路计算······················································第六节流速与流量的测量··············································第七节流体输送设备··················································第2章传热······························································第一节概述·····························································第二节热传导···························································第三节对流传热·························································第四节传热计算·························································第五节对流传热系数关联式···············································第六节辐射传热························································第七节换热器··························································第4章非均相物系分离·····················································第一节概述···························································第二节颗粒沉降·······················································第三节过滤····························································第四节过程强化与展望·················································第5章干燥······························································第一节概述·····························································第二节湿空气的性质及湿度图·············································第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算·····································第四节干燥速率和干燥时间···············································第五节干燥器···························································第六节过程强化与展望···················································第1章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
食品工程原理 流体流动PPT课件
1
K-K
Zs
ps s
离心泵的安装高度
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一、汽蚀现象
当pkpv， 叶轮中心汽化汽泡
被抛向外围
压力升高 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, qv , 严重时不送液； ③时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片
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一、汽蚀现象
离心泵的结构组成
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一、离心泵的工作原理和主要部件
1.离心泵的工作原理
灌满液体 ，叶轮旋转 离心力甩出液体
泵壳内进行能量的转换
流体被压出 叶轮中心形成真空 在压力差的作用下流体被压入泵内
思考： 流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导 地位？
常压流体 被甩出
机械旋转 的离心力
高速流体
汽蚀现象产生的原因
• 安装高度太高； • 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； • 吸入管路阻力或压头损失太高。
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二、离心泵的安装高度
1、允许吸上真空度
为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大 安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸入口与吸入贮槽 液面间可允许达到的最大垂直距离，以Zs表示。
流体分为液体和气体。 通常，将输送液体的机械称为泵； 将输送气体的机械按所产生压强的高低分为通风机、 鼓风机、压缩机和真空泵。 流体输送机械按工作原理分为：
动力式（叶轮式）：离心式、轴流式 容积式（正位移式）：往复式、旋转式 其他类型：喷射式等
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离心泵
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离心泵的外观
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2第二章流体输送_食品工程原理
(四）转速对离心泵特性的影响
当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压 头、轴功率与转速的近似关系可表示为：
Q' n' = Q n
H' n' 2 =( ) H n
N' n' 3 =( ) N n
——比例定律
(五）叶轮直径的影响
某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2 变小，若切 削使直径D2 减小的幅度在20%以内，效率可视为不变 ，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致相 等， 此时有：
P − P u12 将 HS = P − p1 / ρg 代入 Hg = a 1 − − H f 0−1 得 a ρg 2g
u Hg = HS − − H f 0−1 ——允许吸上高度的计算式 允许吸上高度的计算式 2g
2 1
HS值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安 装高度Hg越高。 HS与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气 压等因素有关。 通常由泵的制造工厂 试验测定，实验在大 气压为10mH2O下,以 20℃清水为介质进行 的。
(一)离心泵的结构 一
1.叶轮 通常有开式、半开式和闭式 叶轮 通常有开式、
2.泵壳 呈蜗牛壳形，有时在叶轮和泵壳之间 泵壳 呈蜗牛壳形， 安装一个导轮。 安装一个导轮。
1－泵壳 － 2－叶轮 － 3－导轮 －
3. 轴封装置 填料密封，机械密封 填料密封，
(二)离心泵的工作原理 二 离心泵的工作原理
(二）安装高度 Hg
离心泵的安装高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可 允许达到的最大垂直距离，以Hg表示。 计算方法：允许吸上真空高度法和气蚀余量法。
贮槽液面0-0’与入口处1-1’两截面间列 柏努利方程:
食品工程原理教学大纲
《食品工程原理》教学大纲前言食品工程原理讲授食品加工过程的各种工程概念和单元操作的一门课程。
通过本课程的课堂讲授及实验教学，要求学生具备以下能力：(1) 熟悉和了解现代化食品生产中各个单元操作的作用原理，过程描述，典型设备的结构和工艺计算。
(2) 能够分析解决食品生产中出现的问题。
例如，在实际生产中涉及的因数较多，需要研究如何判断它们的主次来确定适宜的设备，以及优惠的操作条件或经济适用的加工方案等；此外，需要了解将实验室试验成果应用到实际生产中去的方法，即过程的开发。
本课程是食品科学与工程专业的必修课，总学时为72学时，其中理论课54学时，实验18学时，4.0学分。
理论课教学方法主要是课堂讲授，配合多媒体等方法进行教学。
教学目的要求和内容引论【目的要求】1、了解食品工程原理研究的主要内容，单元操作的概念和“三传理论”。
2、熟悉物料衡算和能量衡算的计算方法。
3、了解食品工程原理与化工原理的联系。
4、了解国际单位制和量纲含义。
【教学内容】1、单元操作的概念、分类，“三传理论”。
2、食品工程原理的研究内容、课程性质、学习方法。
3、食品工程原理的由来，食品工程原理与化工原理的联系和区别。
4、物料衡算的计算方法。
5、能量衡算的计算方法。
6、单位制和量纲。
【教学方法】讲授、多媒体。
第一章流体流动【目的要求】1、掌握密度、压强、绝压、表压、真空度的有关概念、有关表达式和计算。
2、掌握流体静力学平衡方程式。
3、掌握流体流动的基本概念——流量和流速，掌握稳定流和不稳定流概念。
4、掌握连续性方程式、柏努利方程式及有关应用、计算。
5、掌握牛顿黏性定律及有关应用、计算。
6、掌握雷诺实验原理、雷诺数概念及计算、流体三种流态判断。
7、掌握流体流动阻力计算，掌握简单管路计算，了解复杂管路计算方法。
8、了解测速管、流量计的工作原理，会利用公式进行简单计算。
【教学内容】2、流体静力学平衡方程式。
3、流量和流速概念。
4、稳定流和不稳定流概念。
1.食品工程原理流体流动
因此，水在输送管内的实际操作流速为：
u 1.62m/s u qvv 00..778855dd22
30 0.785(0.081)23600
所选管径合适
3、稳定流动与不稳定流动
稳定流动(steady flow) ：流体在管道中流动时，在任
一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改
变。 (p16)
(3) 管道直径的估算(经济性原则）
若以d表示管内径，则式u＝qV/A 可写成
u qv
qv
π4 d2
0.785d 2
d
qv 0.785u
流量一般为生产任务所决定，而合理的流速则应 根据经济权衡决定，一般液体流速为0.5～3m/s。气 体为10～30m/s。某些流体在管道中的常用流速范围， 可参阅有关手册。(P16)
换算关系：
1标准大气压(atm)=101325Pa =1.0330kgf/cm2 =1.0133bar(巴) =10.33mH2O =760mmHg
压力可以有不同的计量基准。
绝对压力Pab（absolute pressure） ：以绝对真空(即零大气
压)为基准。
表压Pg(gauge pressure)：以当地大气压为基准。它与绝对
单位时间内流体流经管道任一截面的体积，称
q 为体积流量，以 V表示，其单位为m3/s。 质量流量 (mass flow rate) qm, kg/s
单位时间内流体流经管道任一截面的质量，
称为质量流量，以qm表示，其单位为kg/s。体积流
量与质量流量之间的关系为：
qm=ρqV
2、流速 (1) 平均流速 (average velocity) u, m/s
u＝qV/A
流量与流速关系为：
04169食品工程原理大纲
第一章流体流动和输送（*计算题）（一）课程内容化工、生物、食品、环境等许多生产领域中的处理对象多为流体，掌握流体流动的规律是解决流体输送以及研究传热、传质过程及设备的重要基础。
本章重点讨论流体流动的基本原理，并运用基本原理分析和解决流体输送过程的计算问题。
（二）学习要求要求通过对本章的学习能理解和掌握流体和流体流动的一些基本概念和基本原理，掌握运用基本原理分析和解决流体输送过程的基本计算问题。
（三）考核知识点和考核要求第一节流体的物理性质[1]了解：流体的压缩性。
[2]理解：连续性假定；流体的密度；流体的黏度。
[3]掌握：牛顿黏性定律。
第二节流体静力学[1]了解：体积力；表面力[2]理解：流体压强的度量。
[3]掌握：压强的静力学测量。
[4]熟练掌握：流体静力学基本方程。
第三节流体流动的基本概念[1]了解：边界层和边界层的分离。
[2]理解：稳态与非稳态流动；流量与流速；流动的形态与雷诺数。
[3]掌握：层流与湍流的特性。
第四节流体流动的质量衡算和能量衡算[1]掌握：质量衡算；能量衡算。
[2]熟练掌握：连续性方程；柏努利方程的应用。
（①大计算题）第五节流体流动的阻力[1]了解：直管阻力损失的实验研究；因次分析法。
[2]理解：直管阻力；局部阻力；当量直径[3]掌握：层流时的速度分布；湍流的速度分布；局部阻力损失的计算。
[4]熟练掌握：直管阻力损失的计算；（大计算题）第六节流体输送管路的计算[1]了解：分支管路计算。
[2]理解：管路特性曲线。
[3]掌握：管径的确定；并联管路计算。
[4]熟练掌握：简单管路计算；管路特性方程。
第七节流速和流量的测定[1]了解：文丘里流量计[2]理解：皮托管、孔板流量计和转子流量计的原理。
[3]掌握：毕托管、孔板流量计和转子流量计的计算方法。
第八节非牛顿流体的流动[1]了解：非牛顿流体及其流动特点第九节液体输送机械[1]了解：离心泵的类型；往复泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵、漩涡泵的工作原理和特点。
食品工程原理难点
《食品工程原理》课程教学重点、难点绪论主要论述食品工程在食品科学中的地位；食品工程原理的研究对象，基本内容，发展概况；食品工程原理及工程设备在农、副、特产及食品加工中的应用。
1．食品工程原理的研究内容2．物料衡算和能量衡算第一章流体流动基本要求：熟练掌握流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程式及其应用；正确理解流体的流动类型和流动阻力的概念；掌握流体流动阻力的计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。
了解测速管，文丘里流量计,孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。
重点：流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律；柏努利方程式的应用；流体在管道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算；简单管路的计算。
难点：流体的不同流型的摩擦系数及其计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。
基本内容：1．流体静力学原理流体静力学基本方程2．管内流体流动中的基本规律柏努利方程3．流体流动现象牛顿粘性定律4．流体流动的阻力直管阻力损失与局部阻力损失的计算5．管路计算简单管路、分支和汇合管路的特点和计算※6．流量测量第二章流体输送基本要求：了解离心泵的结构及基本方程式；掌握离心泵的性能参数及影响因素、泵的特性曲线、工作点和流量调节；掌握离心泵安装高度的确定原则；正确选用离心泵、风机的型号。
了解其它类型流体输送机械。
重点：离心泵的特性曲线及其影响因素；管路特性曲线方程式。
难点：离心泵的基本方程式；离心泵的工作点的改变；离心泵安装高度的计算。
基本内容：1．概述2．离心泵的基本方程3．离心泵的特性曲线及影响因素4．离心泵的工作点和流量调节5．离心泵的安装和选型※6．其他类型的流体输送机械第三章传热基本要求：熟练掌握热传导的基本原理，傅立利定律，平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算，掌握对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，对流传热系数关联式的用法和条件；熟练运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算；要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。
食品工程原理 第二章 流体输送机械
流体输送机械
2．离心泵的主要性能 （1）离心泵的主要性能参数 要正确选择和使用离心 泵 ，必须了解其工作性能 参数， 离心泵泵体铭牌上 标注的性能参数主要有流量、扬程、轴 功率和效率等。 ① 流量。离心泵的流量是指单位时间内，泵所排出的 液体的体 积 ，也 称为泵 的 输液能力，用符 号 qv 表示， 单 位 为 m3/s 或m3/h,离心泵的流量与泵叶轮直径、叶片宽度以及 叶轮转速有关。 ② 扬程。在液体输送中离心泵给予单位重量（1N）液 体的能量， 称为泵 的 扬 程，又 称泵 的 压头 ，用符 号 H 表示， 单 位 m， 泵 的 扬 程由 实验测 得， 泵 的 扬 程取 决 于 泵 的 结构 （叶轮直径，叶片的弯曲情况）、转速和流量。
率不低于最高效率的92%的范围内工作。
流体输送机械
（3）影响离心泵性能的因素 ①液体物理性质 的影响 。因 泵 生 产 部 门 所提供的特性 参数或特性曲线是用常温清 水做实验测定的， 当所输送的 液体种类或输送条 件发生改 变时，流体的物理性 质将发生 变化，则要对原参数和特性曲线进行修正。 a．液体密度的影响。离心泵的流量、扬程和效率均与 密度无关，所以 H - qv 线、η- qv线保持不变。泵的轴功率 则与密度成正比，因此泵的原P-qv线应进行修正。 b．液体黏度的影 响 。离心 泵 所 输 送的液体黏度增大， 则泵的流量、扬程、效率均变小，而 轴功率增大，此时， 泵的三条特性曲线均应进行修正。
流体输送机械
图2-3 泵壳 1泵壳 2叶轮
流体输送机械
③轴封装置。由于泵轴转动而泵壳固定不动，因此泵 轴和泵壳之间必然有缝隙，这种缝隙如果与泵内高压液体 相通，则液体将从泵壳沿轴的四周漏出；如果缝隙和泵的
吸入口相通，则因吸入口为低压区，外界空气就会沿轴进
食品工程原理(赵思明编)思考题与习题参考答案
思考题与习题参考答案绪论一、填空1、经济核算2、物料衡算、经济核算、能量核算、物系的平衡关系、传递速率3、液体输送、离心沉降、混合、热交换、蒸发、喷雾干燥二、简答1、在食品工程原理中，将这些用于食品生产工艺过程所共有的基本物理操作过程成为单元操作。
例如，奶粉的加工从原料乳的验收开始，需要经过预热杀菌、调配、真空浓缩、过滤、喷雾干燥等过程；再如，酱油的加工，也包含大豆的浸泡、加热、杀菌、过滤等工序，这两种产品的原料、产品形式、加工工艺都有较大的不同，但却包含了流体的输送、物质的分离、加热等相同的物理操作过程。
2、“三传理论”即动量传递、热量传递和质量传递。
（1）动量传递理论。
随着对单元操作的不断深入研究，人们认识到流体流动是一种动量传递现象，也就是流体在流动过程中，其内部发生动量传递。
所以凡是遵循流体流动基本规律的单元操作都可以用动量传递理论去研究。
（2）热量传递理论。
物体在加热或者冷却的过程中都伴随着热量的传递。
凡是遵循传热基本规律的单元操作都可以用热量传递的理论去研究。
（3）质量传递理论。
两相间物质的传递过程即为质量传递。
凡是遵循传质基本规律的单元操作都可以用质量传递的理论去研究。
例如，啤酒的灭菌（热量传递），麦芽的制备（动量传递，热量传递，质量传递）等。
三传理论是单元操作的理论基础，单元操作是三传理论具体应用。
3、单元操作中常用的基本概念有物料衡算、能量衡算、物系的平衡关系、传递速率和经济核算。
物料衡算遵循质量守恒定律，是指对于一个生产加工过程，输入的物料总量必定等于输出的物料总质量与积累物料质量之和。
能量衡算的依据是能量守恒定律，进入过程的热量等于离开的热量和热量损失之和。
平衡状态是自然界中广泛存在的现象。
平衡关系可用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。
过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率增大时，设备尺寸可以减小。
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。
食品工程原理答案
现
有
教
材 选用 需求出设备的热 运 用 规 律： 热 量通 量 写成：热量通 选 择 四 （1）从傅立叶导热定律推
编 热量 量 通 量 ( 指 单 位 绝 对 值 等于 温 度梯 度 量等于温度差 方 法 之 （2）因次分析规划试验测
写 型 面积单位时间的 乘 比 例 系数 导 热系 数 除以热量传递 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
物理加工当然进展的是物理操作，如粉碎、过滤、 蒸发、加热、冷却、枯燥等。
对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过 程的核心应当是生物化学或化学反响过程和设备 〔反响器〕。
为了过程得以经济有效地进展，反响器中应保持 某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界 面积。
原料必须经过一系列的预处理，以除去杂质， 到达必要的纯度、温度、压强、接触面积等， 这些过程称为前处理。
新 或 量 通 量 ( 物 理 量 量 绝 对 值等 于 物理 量 于物理量浓度 方 法 之 （2）因次分析规划试验测
的 设 计 指动量、热量、 浓 度 （ 指单 位 体积 物 差除以传递阻 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
主 设备 物质量)
理量）梯度乘系数
力
递阻力 （4）实验测掩盖求通量
线
完成 选用 设计 计算
食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品 工程师、科研人员及管理人员而言，非常重要。
食品工业过程的这种特点同样出现在化学工业、 制药工业等生产过程中，说明这一些类型的生产 过程的处理原那么可以是相似的。
生产过程的大局部操作是物理操作步骤。 研究这类物理操作的原理，就成为几个专业领域
共同面临的问题，需要有一门学科来系统讨论出 现的各种物理操作，以统一和简化相关工业过程 的描述。 这门学科就是“单元操作〞学
流体的运动与输送
）：当被测流体的绝对压力小于大气压时 真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压 ）：当被测流体的绝对压力小于大气压时， 的数值， 的数值，即： 真空度＝大气压力－ 真空度＝大气压力－绝对压力
注意：此处的大气压力均应指当地大气压。 注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说明时均可按标准大气 压计算。 压计算。
p1 p2
m
p A = p1 + ρg (m + R)
p A' = p 2 + ρgm + ρ 0 gR
R A A’
所以 整理得
p1 + ρg (m + R) = p2 + ρgm + ρ 0 gR
p1 − p 2 = ( ρ 0 − ρ ) gR
若被测流体是气体，ρ << ρ 0 ，则有
p1 − p 2 ≈ Rgρ 0
p1
压力形式 能量形式
ρ
+ z1 g =
p2
ρ
+ z2 g
——静力学基本方程 静力学基本方程
讨论： 讨论： （1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性 流体； （2）物理意义： 物理意义： 物理意义 zg ——单位质量流体所具有的位能，J/kg；
p
ρ 在同一静止流体中，处在不同位置流体的位
——单位质量流体所具有的静压能，J/kg。
扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
p1 − p 2 = Rg ( ρ A − ρ C )
（3） 倒U形压差计 ） 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 − p 2 = Rg ( ρ − ρ 0 ) ≈ Rgρ
食品工程原理完整PPT课件
食品与生物工程学院
主讲人：刘伟民 （查询教师请登录学院网页）
江苏大学《食品工程原理》课件
食品工业中的物理过程或物理操作步骤，对食品 工程师、科研人员及管理人员而言，非常重要。
processes is unified and simplified.
工业和过程生产线按单元操作分割，以统一和简
化描述。
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主讲人：刘伟民 （查询教师请登录学院网页）
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0.2.2 单元操作的特点
都是物理操作； 都是共有的操作； 原理相同，设备通用（不同过程中，设备的个数
的 设 计 指动量、热量、 浓 度 （ 指单 位 体积 物 差除以传递阻 一 求 传 （3）数学模型辅助实验测
主 设备 物质量)
理量）梯度乘系数
力
递阻力 （4）实验测掩盖求通量
线
完成 选用 设计 计算
选用 动量 型 设备
需求出设备的动 量通量(指单位 面积单位时间的 动量)
运用规律：动量通量 绝对值等于速度梯度 乘比例系数动力粘度 或表观动力粘度
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江苏大学《食品工程原理》课件
对涉及生物、化学加工的食品加工过程而言，过 程的核心应当是生物化学或化学反应过程和设备 （反应器）。
为了过程得以经济有效地进行，反应器中应保持 某些优惠条件，如适宜的压强、温度、浓度、界 面积。
食品与生物工程学院
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食品工程原理试题思考题与习题及答案
思考题与习题绪论一、填空1同一台设备的设计可能有多种方案，通常要用（）来确定最终的方案。
2单元操作中常用的五个基本概念包括（、）（、）（）（、）和（。
）3奶粉的生产主要包括（、）（、）（）（、、）（）等单元操作。
二、简答1 什么是单元操作？食品加工中常用的单元操作有哪些？2“三传理论”是指什么？与单元操作有什么关系？3如何理解单元操作中常用的五个基本概念？4举例说明三传理论在实际工作中的应用。
5简述食品工程原理在食品工业中的作用、地位。
三、计算1 将 5kg 得蔗糖溶解在20kg的水中，试计算溶液的浓度，分别用质量分数、摩尔分数、摩尔浓度表示。
已知20％蔗糖溶液的密度为 1070kg/m3。
2 在含盐黄油生产过程中，将60质量分数的食盐溶液添加到黄油中。
最终产品的水分含量为 15.8，含盐量1.4，试计算原料黄油中含水量。
3 将固形物含量为7.08的鲜橘汁引入真空蒸发器进行浓缩，得固形物含量为58得浓橘汁。
若鲜橘汁进料流量为 1000kg/h，计算生产浓橘汁和蒸出水的量。
4在空气预热器中用蒸气将流量 1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸气温度143.4℃，离开预热器的温度为138.8℃。
求蒸气消耗量。
5 在碳酸饮料的生产过程中， 1 已知在 0℃和 1atm 下，体积的水可以溶解 3 体积的二氧化碳。
试计算该饮料中 CO2的1质量分数；2摩尔分数。
忽略 CO2 和水以外的任何组分。
6采用发酵罐连续发酵生产酵母。
20m3 发酵灌内发酵液流体发酵时间为 16h。
初始接种物中含有 1.2的酵母细胞，将其稀释成2菌悬液接种到发酵灌中。
在发酵罐内，酵母以每2.9h增长一倍的生长速度稳定增长。
从发酵罐中流出的发酵液进入连续离心分离器中，生产出来的酵母悬浮液含有7的酵母，占发酵液中总酵母的97。
试计算从离心机中分离出来的酵母悬浮液的流量 F 以及残留发酵液的流量W假设发酵液的密度为 1000kg/m3。
食品工程原理 第二章 流体输送(四)
38mm 3.5mm不锈钢卫生管及 4 个肘管构成，局部阻力当量长度为 5.9m 。所消耗的泵的轴功率为
735.5W 。已知牛奶密度为1200 kg m3 ，粘度为 2cp，设泵的效率为 0.55 ，试估算牛奶的流量。（取
口通大气，试求水泵的有效功率。
解题思路：这是利用柏努利方程的计算问题。
1、首先是截面的选取，这有三处截面可以选取：贮
33
槽液面11、泵入口处 2 2 、出水口处 3 3。其
他截面都不符合已知条件（位置、流速、压强）尽
可能多的条件。
2 、三个截面，有三种组合方式：11与 2 2 ，11
与 3 3 、 2 2 与 3 3 ，这要靠练习者自己判断选
第二章 流体输送(四)
这 是 轴 流 式 风 机 ， 主 要 用 于 厂 房 的 通 风 换 气 。
【习题课例 1-1】用离心泵把 200 C 的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位
置如本题附图所示。管路的直径均为 76mm 2.5mm ，在操作条件下，泵入口处真空度的读数为 185mmHg ，水流经吸入管与排出管的能量损失可分别按 hf 1 2u2 与 hf 2 10u2J kg1 计算，排出管
1200 2 40.2 15.71 0
u
………… (5)
解题过程 2：用试差法联立求解式 (5) 和磨檫系数关联图。试差法，设 u 等于某值（ u 取值一般在
1~
2m s 1 ），→计算 Re
du
→查图得λ为某值→代入式 (5) 是否成立。若不成立，则重设u
1s
解题过程 1：设蒸发器液面为11截面，常压贮槽液面为 2 2 截面，以11截面为基准面，列方程得：
食品工程原理——流体输送机械
应把样本上所给出的Hs值，按下式换算成操作条件下的Hs’值。
Hs’=Hs＋(Ha－10)－(Hv－0.24)
(2-11)
式中 Hs’—操作条件下输送水时允许吸上真空高度，mH2O； Hs — 泵样本中给出的允许吸上真空高度，mH2O； Ha — 泵工作处的大气压，mH2O； Hv — 泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O； 0.24 — 实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。
输送液体
泵的分类
1 按工作原理分
叶片式泵
有高速旋转的叶轮。 如离心泵、轴流泵、涡流泵。
往 复 泵
靠往复运动的活塞排挤液体。如活塞泵、柱塞泵等。
旋转式泵
靠旋转运动的部件推挤液体。如齿轮泵的、无腐蚀性、不含杂质的流体，如
离心泵。
油泵 适用于高粘度的流体。如齿轮泵、旋转泵等。 耐腐蚀泵
泵体，流到所需的场地。
由于液体被抛出，在泵的吸扣处形成一定的真空度，泵外流体的
压力较高，在压力差的作用下被吸入泵口，填补抛出液体的空间。
叶片不断转动，液体不断被吸入、排出，形成连续流动。
离心泵实际安装示意图
二、 离心泵的主要工作部件
叶轮：
敞开式
半开式
封闭式
泵壳：蜗牛壳形通道。
有利于将叶轮抛出液体的动能转变成静压能； 有利于减少能耗。
6.2 密度的影响
离心泵的压头与密度无关。（定性分析） 泵的轴功率随液体密度而改变。
注：当被输送液体的密度与水不同时，不能使
用该泵所提供的Ｎ－Ｑ曲线，而应按（2-4a）及（25）重新计算。
6.3 溶质的影响
如果输送的液体是水溶液，浓度的改变必然影响
液体的粘度和密度。浓度越高，与清水差别越大。浓
ρ —被输送液体密度，kg/m3
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【例 2-4】 在【例 2-2】中，若安装了 IS100 80 125型泵，试求此时泵的稳定工作点。再求此时
泵的有效功率。 解：管路特性曲线
H
z2
z1
p2 p1 g
6.38
10
9
l
d
le
5
qv
2
10
0
0
6.38 10 9
0.025
Z1
u12 2g
P1
g
H
Z2
u22 2g
P2
g
H Z2
Z1
u22 u12 2g
P2 P1
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
H
η
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。
选 用 IS 100 80 125 型 泵 ， 该 离 心 泵 的 性 能 参 数 如 下 ：
流量
扬程 H /m
气蚀余量 h / m
qv / m 3 h 1
60
24
4.0
100
20
4.5
120
16.5
5.0
60
19910 Pa
0 .101 MPa
试 计 算 ：（ 1 ）泵 的 安 装 高 度 。已 知 oC 水 的 饱 和 蒸 汽 压 为
解：在水池液面与喷水口截面列柏努利方程
Z1
u
2 1
2g
p1 g
H
Z2
u
2 2
2g
p2 g
Hf
85 u 2 3 6 0 0 (0 .1 0 6 )2 2 .6 8
4 p1 p 2 ， u1 0 ， z1 0
m s 1 ，
代入上式得
Hf
l
le
u
2 2
0 . 025
100 ( 2 . 68 ) 2
8 . 63
d 2g
0 . 106 2 9 . 81
H 10 ( 2 . 68 ) 2 8 . 63 19 m 2 9 . 81
查 王 志 魁 主 编 的 《 化 工 原 理 》 附 录 21， 可 选
管路工作时，液体要求泵提供的压头，可由柏努利方程求得，
H
z2
z1
p2 p1 g
u11
u
2 2
2g
hf
…………… (d)
由于位压头和静压头与流量无关，可令其为常数 A ，即 A
z2
z1
p2 p1 g
。又因为 u1 u2 ，所
以
u
2 2
u12
0 ，所以式 (d) 为：
泵性能实验装置
这是泵性能测定装置，它既可以测定泵性能曲线，还可以测定管道 阻力系数。
四、离心泵的工作点与流量调节
工作点——泵的特性曲线与管路特性曲线的交点
图 2-6 离心泵工作点示意图
流量调节：改变阀门开度，改变离心泵转速，改变叶轮直径
离心泵工作时，不仅取决于泵的特性曲线 H ~ qv 线，而且取决于工作管路的特性。当离心泵在给定
3.32 m s1 ；
u1
60
3600 0.12
2.12 m s1
4
4
∴ H 0.4 0.21 0.0210 6 3.322 2.122 0.4 23.44 0.332 24.2 m
1000 9.81
2 9.81
汽压具有的静压头 ( pv ) 之差，即 g
h
u
2 1
2g
p1 g
pv g
… … … (…b )
改 写 式 （ a） 并 将 式 （ b） 代 入 得 ：
Hg p 0 p v h Hf … … … … （ c ） g g
Hm ga x p g 0 p g v h 允许 Hf
T S100-80-125 型 离 心 泵
选择泵的依据是，计算管道中需要泵提供的压头H，和需要输送的液体流量Q， 然后查泵样本就可以了。
【 例 2 -3 】 在 【 例 2-2 】 的 输 水 系 统 中 ， 泵 的 吸 入 管 内 径 为 150 mm 吸 入 管 压 头 损1失 为 m[ H 2 O ]，
(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。
100
0.106 5
qv 2
H 10 0.00119qv2 将上式计算若干数据，如下表：
qv / m3 h 1
70
80
90
100
H /m
15.83
17.62
19.64
21.9
取 IS100-80-125 泵的特性曲线，
qv / m3 h 1
60
100
120
H /m
24
20
2g
H A hf
……………… (e)
hf
l le u 2 d 2g
l
le d
1 2g
(
qv 2 d 2 )2 (3600)2
Bqv2
4
其中
B
6.38 109
l
le d5
，
qv 单位为 m3 h 1
16.5
将泵性能曲线与管路特性曲线绘在图 2-7 中，
得到交点为： qv 94.5 m3 h 1 , H 20.8 m 此即泵的稳定工作点。
此时泵的有效功率为：
Pe
qv Hg
94.5 20.81000 9.81 3600
5
3
5 6W
图 2-7 【例 2-4】附图
第三节 其它类型泵
允许吸上真空高度Hs
Hg
p0
pv
u
2 1
Hf
g
2g
定义 Hs p 0 p 1 则 g
Hg
Hs
u
2 1
Hf
2g
六、离心泵的类型与选用 通过例题来学习
【 例 2-1 】 今 有 一 台 IS100 80 125 型 离 心 泵 ， 测 定 其 性 能 曲 线 时 的 某 一 点 数 据 如 下 ： qv 60 m3 h 1 ；真空计读数 pV 0.02MPa ，压力表读数为 0.21 MPa ，功率表读数为
2、避免“汽蚀”发生的条件：泵的吸入口的压力大 于吸液条件下被输送液体的饱和蒸汽压。
3、泵的安装高度：为了保证离心泵入口的压力不至 于太低，泵的安装高度不能超过一定的值。
泵的允许安装高度用允许吸上真空高度Hs和汽蚀余 量Δh来表示。
在 图 中 的 贮 槽 液 面 0-0 与 泵 入 口 处 1-1 截 面 ， 列柏努利方程得，
Pe
qv1
H
g
60 24.2 1000 9.81 3600
3956
W
Pe 3956 71% P 5550
我们可以根据实验读得的真空表，压力表，流量计，功率表的读数，计算得 到泵提供的压头H，泵功率Pe，泵效率η。从这个例题，我们学会计算泵功率Pe。 解决了第二讲中的第二个问题，计算泵功率Pe的问题。
5550W 。已知液体密度为 1000 kg m3 。真空计与压力计的垂直距离为 0.4 m ，吸入管直径为
100 mm ，排出管直径为 80 mm ，试求此时泵的扬程 H ，功率 Pe 和效率 。
解： H
h0
pM pV g
u
2 2
u12
2g
u2
60
3600 0.082
H A Bqv2 …………… ( f )
式 ( f ) 为管路特性曲线。离心泵的稳定工作点应是泵特性曲线（ H ~ qv 曲线）与管路特性曲线式 ( f )
的交点，如图 2-6 所示。
五、离心泵的“汽蚀”现象与安装高 度
1、 “汽蚀”现象：当泵的吸入口的压力小于或等于 吸液条件下被输送液体的饱和蒸汽压时，吸入的液 体会发生沸腾蒸发，形成大量汽泡。当汽泡被甩到 外周后，由于压力升高而迅速冷凝为液体，体积急 剧减小，造成对泵壳内壁的冲击、腐蚀。
第二章 流体输送(二)
二、离心泵的主要性能参数
1、流量（q v ）：m³/h或m/s³
2、扬程（压头）：m 3、功率（P）：有效功率— p e ，轴功率—P， w
4、效率（η ）： Pe P