四川大学化工原理总复习罗建洪

（3）效率 ——表示能量的有效利用程度，是泵内各种
能量损耗总合的反映。 （4）轴功率—N— 原动机直接传递给泵的功率，W
Ne /= qmhe / =( qV ) ( Hg ) /
离心泵的性能曲线
H [m] N [kW]
[%]
（1）H—qV 曲线：随qV ↑，H↓
（2） N—qV曲线： qV ↑， N ↑。
H
z
注意：流体静力学方程只能用于静止的， 连通的同一种流体内部。
p2 z2
o
流体流动的基本概念 (p14)
稳态与非稳态流动 （Steady and unsteady） 非稳态流动——流动参数随时间变化，如：T = f (x, y, z, t) 稳态流动——流动参数不随时间变化，如：T = f( x, y, z)
流体入口
转子流量计的刻度换算：
转子流量计的刻度换算：
转子流量计上的刻度，一般使用20℃的水或者20℃、0.1MPa的
空气进行流量标定并直接按高度刻度。如被测流体与标定条件不符
应进行刻度换算（设CR不变）。 同一刻度位置时的换算公式为：
液 体
qV qV
f f
V, —— 20℃下水的流量与密度； V′, ′—— 被测流体的流量与密度。
物理大气压
1at = 9.807×104 N/ m2 =735.6mmHg=10mH2O
= 0.1MPa=1kgf / cm2 工程大气压
压力的习惯表述：
（真实压力>大气压时）绝对压力 = 大气压 + 表压 （真实压力<大气压时）绝对压力 = 大气压 - 真空度
流体静力学基本方程式
p0
p2 = p0+H g
局部阻力 流经管件阀件时，流道突变产
∑hf = hf + hf ’ 损失 hf’ ：生的。由管件的阻力特性决定。
直管摩擦 阻力计算式：
hf
l u2
d2
(2.3.56)
层流 湍流
λ 64 Re
λf(Re/,d )
1λ1.74 2lo 2 d gεR 18 eλ. 7
圆管内稳态流动的速度分布
变径管路: qm1 = qm2 =qm3 =qm
不可压缩流体： qV1 = qV2 =qV3 = qV
z1
z2
u1d12=u2d22 =u3d32
∑hf = 1 (l1/d1)(u12/2) + 2(l2/d2)(u22/2)+ 3 (l3/d3)(u32/2) +z1 (u12/2) + z2(u32/2)
qm =qm1 + qm2 = qm1 + （ qm3 + qm4 ）
v4
qV =qV1 + qV2
v
v2
v3
= qV1 +（ qV3 + qV4）
对不可压缩流体即为 v1
qV =qV1 + qV2 = qV1 +（ qV3 + qV4）
(2) 能量：从最远分支点算起——设计型计算
在设计中要满足能量最大的用户，如 ED>ED ′ ，则 以ED为准，多余的能量用阀门控制。
观混合。 Re < 2000 过渡流： 2000 < Re < 4000
湍 流 （ Turbulent Flow ）： 流体的质点作不规则的紊乱运动。 Re > 4000
流体中的扩散现象与扩散定律
动量扩散与牛顿黏性定律(1.1.9)
F du
A
dy
: 剪应力（动量扩散通量），N/m2s : 黏度（动量扩散系数） du/dy:速度梯度，动量传递推动力
热量扩散与傅立叶定律(1.4.13)
q k dT dy
q：热传导通量（热量扩散通量），J/m2s k：热传导系数，W/m.K dT/dy：温度梯度(传热推动力)，K/m
质量扩散与菲克定律(1.4.16)
jABDABd(dWyA)
jAB：分子扩散通量（传质通量），kg/m2s DAB：质量扩散系数， m2 / s
流量与流速（p15)
q m q V u A wA qV uA
管径 d ： 对于圆管
注意：管径的表示方法 Φ59×4.5 mm
外径 壁厚
Φ59
Φ50
∴ 管内径 d = 59 - 2×4.5 = 50 mm
稳态体系的物料恒算
连续性方程
qm= 1 qV1= 2 qV2
对于液体：1 2
qV1= A1u1= qV2 = A2u2
层流
速度分布曲线
uzΔ 4μp 2l 1 R R r 2
(2.3.2)7 p51
管中心的最大流速计算式
uzm , axΔ4μp2lR
(2.3.2)8 p53
平均流速与最大流速之关系 uuzm , ax12
L
湍流
平均流速
1
与最大点速之关系
u
1
r
n
umax R
u z ,m a x
3.6.1 离心泵（p157)
1、离心泵的主要部件及工作原理
主要 部件
叶轮 泵壳 轴封
工作原理
所起作用及型式 气缚现象
2、离心泵的主要性能参数和特性曲线（p163)
（1）流量 （排液能力、送液能力） ： qV l /s , m3 /h （2）扬程 （压头） ：H m液柱——泵在实际工作条件 下能提供给单位重量的流体的机械能。
连续性方程 uA常数qV常数
体积平均流速 u uqV 4qV A d2
柏努利方程
流体输送机械 的有效功率
轴功率
u 2 12p1g1z heu 2 22p2g2z hf
Neheqm
N Ne heqm
包括所选截面间 全部管路阻力损失
对于可压缩流体，当（p1-p2）/ p1<10%时， 可将其视为不可压缩流体，但=（ 1 + 2 ）/2
3.5.3 转子流量计——测量流体体积流量
流体出口
锥形管中流体在可以上下浮动的转
原 子上下截面由于压差（p1－p2）所形成的
向上推力与转子的重力相平衡。稳定位 锥 形 硬 u 0
理 置与流体通过环隙的流速 u0 有关。
玻璃管
2
2 转子
1
1
直接从刻度读出体积流量。
刻度
特点：环隙面积改变，环隙内流速恒定，转 子上下截面压差恒定。
u
z
当4×104<Re<3.2×106
0.790.87 umax
0r u
输送管路计算
3.3.1 管径的确定：
d
qV
0.785u
若 qV 一定： u↑，则 d ↓；若 u ↓ ，则 d ↑ 。
u 的大小，反映了操作费用的多少； d 的大小，反映了造价费用的多少。
3.3.2 简单管路：无分支
qm
1
2
3
A1 = 0.785u12 A2 = 0.785u22
1 A1 uz,1
(a)
2
uz,2
A2
1 uz,1
A1
2 uz,2
A2
(b)
u1 u2
d
2 2
d
2 1
（2.2.19） p42
流型与雷诺数（p16)
Redu
uu2d
惯性力 黏滞力
Re是无因次数，因此 d , u, , 必须用同一单位制。
层 流 ( Laminar Flow )： 流体的质点平行于管道中心方向作有规则的运动，不产生宏
（3） —qV曲线：
不同流量时效率不 同，有一最高点
max——泵的最佳
工作点。
36 IS00-80-160B 离心泵
90
32
80
28 n=2900r/min
70
24
60
20
H
50
16
40
12
N
12 30
8
8 20
4
4 10
0 0
20 40 60 80 100 120 1400
0
qV/ m3/h
选泵应选在高效区内—— 0.92 max的区域。
计算变径管的局部阻力时，取小管内的流速。
3.3.3 并联管路计算(p133)：分支后有汇合点
(1) 流量：主管中的质量流量等于 并联各支管内质量流量之和 。
qm =qm1 + qm2 +qm3
1 v1
qV =qV1 + qV2 + qV3
v
2 v2
对于不可压缩流体
3 v3
qV =qV1 + qV2 + qV3
大家好
化工原理复习
复习1
流体的 物理性质
连续介质假定 流体的密度 （kg/m3)
m lim
V VV0
流体的粘度
（Pa.s) du
dy
牛顿粘性定律 (1.1.9)
混合气体的密度
混合气体的 平均摩尔质量
pM m
RT
M m M A y A M B y B M n y n
混合液体的密度
流体 受力
场力——隔距离作用，施加在每个质点上的力。 N
表面力
压力 =正应力 切应力 =剪应力
通过直接接触，施加在 接触表面的力。 N/m2
表面张力 ——液体与不同流体的相邻界面上存在的 一种特殊的作用力。 N
压力： 单位
1atm = 1.0133×105 N / m2 = 760mmHg = 10.33mH2O
ρ
(3.5.5)
2 1
标准管：c=1，非标准管：c≠1，
R
3.5.2 孔板流量计与文丘里流量计 ——测量管内平均流速（p151)
测量原理：压力能转换为动能
孔板流量计 C0 =0.6～0.7; 文丘里流量计 C0 > 0.9
u0 C0
2gR0
特点：管道与孔口处流道面积不变， 管道与孔口处变流速，变压差。
测定空气，但温度、压力不同：
气 体
qV qV
pT pT
V：T=20℃, p=0.1MPa时空气的流量， V′： T ′和 p ′下空气的流量。
被测气体不是空气，且温度、压力也不同：
qV qV
pT pT
V：T=20℃, p=0.1MPa，=1.2kg/m3时空气的 流量， V′： T ′, p ′, ′下被测气体的流量。
流体输送管路计算步骤
根据题意做出简图，并标出已知数据： 确定基准面：在计算截面之下，或以低截面为基准。
●截面与流体流动方向垂直； 选择计算截面： ●两截面之间包含未知数；
●计算截面上已知量最多。
利用基本方程（伯努力方程等）解决问题。
3.2 管路阻力损失（p123）
流体阻力 损失∑hf
直管阻力 流经直管时由于流体的内摩擦 损失 hf：产生。
u2
2g
Hf KV2 q
管路特性 方程
HL = △z + △ p/g +KqV2 m液柱
物理意义：表述了一定管路系统输送流体的流量与 所需提供的机械能的关系
3.5 流速与流量的测定
3.5.1 测速管（ Pitot tube ）——测定点速
测量原理：动能转换为静压能
u1
B
A
u1 c
2Rρ0 ρg
d(wA)/dy：浓度梯度(传质推动力)，kg/m4
复习3
第三章 流体输送与流体输送机械
研究内容： 1、完成一定输送任务，选择适宜的流速以确定输送管径； 2、确定流体流动的能耗，以选择输送设备的型式、规格； 3、测量流量、压力的原理和方法； 4、输送设备的正确选型、安装与使用。
3.0 流体连续稳定流动 的机械能衡算式:
1aAaB an
m AB
n
(1.1.7)
粘度—— 衡量粘性大小的物理量
粘度的物理意义：当du/dy = 1 时， μ= τ 说明在相同的流动条件下，流体的黏度越大，内摩擦力也
就越大，需要克服的阻力越大。
粘度的单位
SI制：
Nm 2N/s m 2Pa s du dy 1s
习惯使用单位： 1P = 1dyne.s / cm2 = 0.1 Ns / m2 =100cP
压力对黏度的影响可忽略不计； 液体：温度↑，↓；
温度对黏度的影响很大 气体：温度↑, ↑ 。
混合物的粘度
混合气体粘度计算
混合液体粘度计算 （不缔合混合液）
1
m
yi
i
M
2 i
1
yi
M
2 i
logm xilogi
式中： m —— 混合物的粘度，Pa.s y、x ——气体、液体的摩尔分率；
M ——气体的分子量（物质的量）, kg / kmol
操作型计算：管路已经设计好，此时 ED=ED ′，教材上公式 （ 3. 3.14）即为此情况。
柏努力方程
he = △zg+△ p/ +△ u2/2+∑hf J/kg
HL = he /g = △z + △ p/g +△ u2/2g+∑Hf mm液液柱柱
又 uqA V0.7qV8 d25 , u1q A V 10.7qV8 d125 , u2q A V 20.7qV8 d2 25 ,
h e g z 2 u 2p p 1 2vp d h f
不可压缩 流 co'n体 t,vs： 1/co'nt s
p2vdp1 p2dpp
p1
p1
广义的 伯努利方程:
u2 12p 1g1zheu2 22p 2g2zhf (3.1.1)
3.1 流体输送管路计算的基本方程 （p119)
3.1.1 基本方程:不可压缩流体
(2)能量：分流点A总能量 EA =pA/ +uA2/2 +zAg 汇合点B总能量 EB =pB/ +uB2/2 +zBg
∴ ∑hf1 = ∑hf2= Байду номын сангаасhf3 J/kg 并联管路各支管单单位位质质量量流体阻力损失相等
3.3.3 分支管路计算：分支后无汇合点（p134)
（1）流量：主管中的质量流量等于各支管内质量流量之和 。
泵铭牌上标注的流量、扬程、功率和效率均是最大效率 时的数值，即泵的设计点时的数值。
泵厂提供的特性曲线均是以20℃清水、一定转速下测得的， 若使用条件与此不符，特性曲线应酌情考虑校正：