过程流体机械讲稿

《过程流体机械》课程讲义课程基本信息1．课程中文名称：过程流体机械2．课程英文名称：Process Liquid Machine3．适用专业：过程装备与控制工程专业4．总学时：48学时（其中理论48学时）5．总学分：1.5学分6．课程编码：0503040087．课程类别：专业必修课8．编制日期：2012年2月主讲人：王红教材：《过程流体机械》姜培正主编化学工业出版社,2001.8主讲内容：1.绪论1.1专业概述，流体机械分类1.2过程流体机械用途、发展趋势1.3气体性质和热力过程2.容积式压缩机2.1 容积式压缩机分类、工作原理、结构2.2 往复活塞式压缩机的热力性能、功、功率2.3 动力性能、惯性力平衡，其它容积式压缩机3.离心压缩机3.1 离心压缩机结构、工作原理、特点3.2 叶轮式机械热力性能，欧拉方程、能量方程、伯努利方程3.3 级内能量损失，功率及效率3.4 性能、调节与控制3.5 相似理论及应用、离心压缩机选型4.泵4.1 泵的分类、特点、结构、工作原理4.2 泵叶轮上能量计算、伯努利方程应用4.3 离心泵的吸入特性、气蚀原理、相似理论4.4 其他泵类结构、工作原理、选泵5.离心机5.1 介质的分类、分离原理5.2 过滤式离心机和沉降式离心机、分离机结构、原理5.3 过滤机与压滤设备，各类机型选择第一次课（2学时）第一章绪论（1）(Introduction)讲述过程流体机械的在生产过程中的地位、流体机械的分类、流体机械的用途、流体机械的发展趋势以及流体机械的控制和故障诊断方法等。

1.1 过程流体机械的相关概念1.1.1讲述什么是过程工业(Process Industry)过程工业是以流程性物料为主要处理对象、完成各种过程或其中某些过程的工业生产的总称。

过程工业遍及几乎所有现代工业生产领域。

工业特点：大型化、管道化、连续化、快速化、自动化。

生产效率高、成本低、节能环保、安全可靠、控制先进、人员少。

如：石化、化工、生物化工、热电、医药、食品、染料、冶金、煤炭、环保等。

科学技术越发达，过程工业就越多、越大。

他是现代工业的主要体现，国民经济的支柱产业之一。

1.1.2讲述什么是过程装置由设备、管道和控制系统构成一个完整的过程工业的生产系统，并保持生产正常进行。

1.1.3讲述什么是过程装备化工生产过程中的生产工具：包括过程设备和过程机器。

过程工业的任何一个生产装置都需要使用多种机器、设备。

过程装备：(Process Equipment )三大部分：过程设备、过程机器、测控设备( Process Equipment; Process Machinery; Survey-control Equipment ）（1）过程设备（静设备）：（Process Equipment）压力容器、塔、反应釜、换热器、储罐、加热炉、管道等。

也称为：化工设备；压力容器，占过程工业总设备投资的80 ~ 85%。

《过程设备设计》课程内容讲。

（2）过程机械（动设备）：（Process Machinery）Process Fluid Machinery压缩机、泵、分离机械（二机一泵）；电机、风机、制冷机、蒸汽轮机、废气轮机等。

也称为：流体机械；化工机器；动力设备；泵与压缩机。

占过程工业总设备投资的20 ~25%。

（3）测控设备(Survey-control Equipment)测控仪表、阀、电气源、转换器、计算机、监控设备、记录设备等。

也称为：控制仪表；自动化设备。

过程控制内容：压力、温度、流量、浓度、密度、粘度、液位等1.2 流体机械分类(Fluid Machinery Classify)1.2.1 介质分类流体(Fluid)：宏观物体：气态、液态、固态（三态）气体类(gas)：空气(air) 、化学气（H2、O2、N2）、蒸汽(steam)、燃气(gas)、石油气(oil gas)。

液体类(liquid)：水、油、化学液体、乳浊液、混合液…..。

粉粒类(powder) ：植物粉、食物粉、药物粉、化学粉、矿物粉等。

1.2.2流体机械的分类流体机械(Fluid Machinery) 以流体为工作介质而进行能量转化的机械为～。

如：水力机械：水轮机、水斗、液力变矩器等；汽轮机械：蒸汽轮机、废气轮机、燃气轮机等；化工机器：压缩机、泵、制冷机等；通风；液压机械：液压泵、液压马达、液压缸等。

（一）按能量转换分类：原动机与工作机：本质相似，作用结果相反。

本质：工作原理、理论基础、基本结构、分析计算方法、设计维修等相同或相似。

流体机械(Fluid Machinery)：包括原动机和工作机以前：一种机器可能就是一个专业，专业面窄，分工细。

现在：一个专业包括多种机器，专业面拓宽，就业方向加宽。

（二）按流体介质分类：（1）压缩机：给气体增压与输送气体的称为压缩机。

Compression如：氮氢气压缩机，氨气压缩机，活塞式压缩机等（2）泵：给液体增压与输送气体的称为压缩机。

(Pump)如：离心泵，轴流泵，液压泵，容积泵等(Centrifugal pump)（3）分离机：把液体与固体或液体与液体分离的设备为分离机。

如：过滤式离心机，沉降式离心机，压滤机（三）按机械运动形式分类A）往复运动流体机械作功元件为往复运动。

如：往复活塞式压缩机；往复活塞泵B）旋转运动流体机械作功元件为旋转运动。

如：叶轮式；转子式；回转式等C）摇摆运动流体机械作功元件为摇摆运动。

如：摇摆转子式压缩机；（四）按流体介质分类（原动机）应用什么流体称为什么机。

1.2.3讲述过程流体机械的特点1、流体机械以流体（气体、液体、粉体）为工质进行能量转换、处理与输送的机械。

2、流体机械直接、间接参与产品的生产过程。

3、流体机械是动设备，具有结构复杂、高速运动、与流体直接作用的特点。

4、流体机械是能量的提供者、物质流通的输送着、生产环节的制造者。

1.3 流体机械的用途1、举例：乙烯生产：75万吨／年主要设备：压缩机：裂解气压缩机——乙烯装置的标志、乙烯压缩机、丙烯压缩机。

统计表明:流体机械中，工作机的能量消耗占中国能量生产的1／3。

1.4讲述过程流体机械发展1、创造新机型①高压力、高单压比的泵、压缩机：活塞式压缩机高达700 MPa；离心压缩机高达200 MPa②大流量或小流量泵、压缩机：活塞式压缩机小流量达0.01m3/m，轴流压缩机大流量高达10000 m3/m③高转速离心机、压缩机：转速高达150000rpm④超音速压缩机：超音速轴流压缩机⑤操作自动控制的大型离心机2、流动规律的研究与应用对机器的叶轮的结构部件进行流动情况分析，判断各部件流动的优劣，以达到最优化设计的结果。

①进行流场数值计算：流场：三维流动、粘性湍流、可压缩流两相、多相流、非牛顿流体；②空间几何流道形状设计3、高转速转子动力学的研究与应用4、新型制造工艺技术的发展1.5本课程学习要点：基本原理、基本理论、基本计算；培养提出问题、分析问题、解决问题的能力，工作机与原动机贯通学习。

1.6 利用收集到的图片让学生初步认识压缩机、泵及其功能和用途an air compressor air pressure pump 空气压缩机a positive displacement compressor (PD Compressor) 容积式压缩机a reciprocating compressor ; reciprocal compressor 往复式压缩机reciprocating circulation compressor 往复循环压缩机piston compressor 活塞式压缩机Single-stage compressor 单级压缩机Multi-stage compressor 多级压缩机Compound compressor 复式压缩机Single-stage centrifugal pump 单级离心泵Single-suction centrifugal pump 单吸式离心泵Stram turbine 蒸汽透平机Dynamic compressor 动力式压缩机第二次课（2学时）第一章绪论（2）(Introduction)【上节课总结】重点讲述了什么是过程工业、流体机械及过程流体机械，让学生初步认识本课程是讲什么，认识流体机械的发展趋势。

【本节课主要内容】讲述气体性质和热力过程为主，使学生了解气体状态方程、气体性质和状态参数。

讲述压缩机的相关新名词。

1.3 气体的热力性质1.3.1理想气体与实际气体理想气体指分子间没有相互作用力、分子是不具有体积的弹性质点的假想气体。

实际气体是真实气体，在工程使用范围内离液态较近，分子间作用力及分子本身体积不可忽略，热力性质复杂，工程计算主要靠图表。

理想气体是实际气体p→0的极限情况。

2、关于气体常数的认识R为气体常数（单位J/kg·K），与气体所处的状态无关，随气体的种类不同而异。

气体常数之所以随气体种类不同而不同，是因为在同温、同压下，不同气体的比容是不同的。

如果单位物量不用质量而用摩尔，则由阿伏伽德罗定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此得到通用气体常数R 0表示的状态方程式：1.3.2气体状态方程理想气体状态方程;实际气体状态方程;一、范德瓦尔方程（1873年）范德瓦尔考虑到两点：1.气体分子有一定的体积，所以分子可自由活动的空间为（v-b)2.气体分子间的引力作用，气体对容器壁面所施加的压力要比理想气体的小，用内压修正压力项。

问题:在p-V图中,范德瓦尔方程的等温曲线是什么形状?与理想气体等温曲线有什么差异?理想气体状态方程用于实际气体的偏差1.3.3 理想气体的热力过程目的：揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及热能与机械能之间的转换情况，进而找出影响它们转换的主要因素。

对象：讨论理想气体的可逆过程研究热力过程的方法及具体步骤：1. 过程方程,一般写成的形式。

2. 利用状态方程和过程方程推出初、终状态参数之间的关系式3. 在p-v图和T-s图上表示出该过程曲线。

4. 该过程热力学能、焓、熵的变化以及功和热量。

气体热力性质小结1．基本概念及基本原理（1）理想气体及气体状态方程( PV = RT )；（2）比热容（Cv 定容、Cp 定压）；（3）应用比热容计算热量Q的方法（a.曲线关系法、b.直线关系法、c.定值计算法）；（4）理想气体的热力学能；（5）理想气体的熵；（6）理想气体的焓2．理想气体的热力过程（1）定容过程；（2）定容过程；（3）定温过程；（4）绝热过程；（5）多变过程3．热量和功（膨胀功、技术功）的计算( p、v、T、u、s、h、q、w、wt 之间的相互换算)4．P-V图、T-S图1.4 压缩机与气体热力学性质的关联1、基本概念表压力和绝对压力、吸、排气压力、压力比、工况、标准状态和基准状态2.用例题说明压缩机压缩气体的热力学参数见课件2. 容积式压缩机（Positive Displacement Compressor ）主讲内容：2.1 容积式压缩机概述2.2 热力性能、性能参数计算2.3 往复活塞式压缩机动力学计算2.4 往复式压缩机排气量调节2.5 其他容积式压缩机第三次课（2学时）第二章容积式压缩机（1）（Positive Displacement Compressor )【上节课总结】上节课主要讲述气体性质和热力过程为主，讲述压缩机的相关新名词，重点说明气体热力学的性质与压缩机压缩过程的关联【本节课主要内容】给学生讲授容积式压缩机的分类，以及往复式压缩机的基本构成和级的压缩过程与压缩功，使学生深刻了解往复式压缩机的工作循环。