化工原理总结与复习

203三、总结与复习第一章 流体力学与应用一、 流体静力学基本方程式)(2112z z g p p -+=ρ或 gh p p ρ+=0 注意：1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。

2、压强的表示方法：绝压—大气压=表压 表压常由压强表来测量； 大气压—绝压=真空度 真空度常由真空表来测量。

3、压强单位的换算：1atm=760mmHg=10.33mH 2O=101.33kPa=1.033kgf/cm 2=1.033at4、应用：水平管路上两点间压强差与U 型管压差计读数R 的关系：gR p p A )(21ρρ-=-处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体。

二、定态流动系统的连续性方程式––––物料衡算式常数常数=====≠ρρρρuA A u A u w s A 222111,常数常数======uA A u A u V s A 2211,ρ 21221221///,d d A A u u A ===圆形管中流动常数ρ三、定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式1kg 流体：f w u P gZ We u P gZ ∑+++=+++22222111ρρ [J/kg]讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。

2042、理想流体，无外功输入时，机械能守恒式：3、可压缩流体,当Δp/p 1<20%,仍可用上式，且ρ=ρm 。

4、注意运用柏努利方程式解题时的一般步骤，截面与基准面选取的原则。

应用柏努利方程解题步骤：①根据题意绘出流程示意图，标明流体流动方向。

②确定衡算范围，选取上、下游截面，选取截面的原则是：两截面均与流体流动方向相垂直；其次，两截面之间流体必须是连续的；第三，待求的物理量应该在某截面上或两截面间出现；第四，截面上的已知条件最充分，且两截面上的u 、p 、Z 两截面间的∑f h 都应相对应一致。

③选取基准水平面，基准面必须与地面平行；为简化计算，常使所选的基准面通过某一衡算截面。

④各物理量必须采用一致的单位制，同时，两截面上压强的表示方法要一致。

5、流体密度ρ的计算：理想气体ρ=PM/RT 混合气体 vn n v v m x x x ρρρρ+++= 2211混合液体 n wn w m w m x x x ρρρρ+++= 2211上式中：vi x ––––体积分率；wi x ––––质量分率。

6、gz ，u 2/2，p/ρ三项表示流体本身具有的能量，即位能、动能和静压能。

∑w f 为流经系统的能量损失。

W e 为流体在两截面间所获得的有效功，是决定流体输送设备重要参数。

输送设备有效功率N e =W e ·q m ，轴功率N=N e /η（W ）7、1N 流体 f e H gu g p Z H +∆+∆+∆=22ρ [m] （压头） 1m 3流体 []f f a f e h p p h u p gh W ∑=∆∑+∆+∆+=ρρρρρ而22,2222222111u P gZ u P gZ ++=++ρρ205四、柏努利式中的∑h f I ． 流动类型：1、雷诺准数Re 及流型 Re=du ρ/μ=du/ν，μ为动力粘度，单位为[Pa·S]；ν=μ/ρ为运动粘度，单位[m 2/s]。

层流：Re ≤2000，湍流：Re ≥4000；2000<Re<4000为不稳定过渡区。

2、牛顿粘性定律 τ=μ(du/dy) 气体的粘度随温度升高而增加，液体的粘度随温度升高而降低。

3、流型的比较：①质点的运动方式；②速度分布，层流：抛物线型，平均速度为最大速度的0.5倍； 湍流：碰撞和混和使速度平均化。

③阻力，层流：粘度内摩擦力，湍流：粘度内摩擦力+湍流切应力。

II ． 流体在管内流动时的阻力损失'f f f h h h +=∑ [J/kg]1、直管阻力损失hf ρλf f p u d l h ∆==22 范宁公式(层流、湍流均适用). 层流：23264)(dlu h R R f f e e ρμλλ===或即 哈根—泊稷叶公式。

湍流区（非阻力平方区）：),(d R f e ελ=；高度湍流区（阻力平方区）：)(df ελ=，具体的定性关系参见摩擦因数图，并定量分析h f 与u 之间的关系。

推广到非圆型管润湿周边长流通截面积⨯===44H e r d d 注：不能用d e 来计算截面积、流速等物理量。

2062、局部阻力损失hf ` ①阻力系数法，5.00.122'===c e f u h ζζζ ②当量长度法，22'u d l h e fλ= 注意：截面取管出口内外侧，对动能项及出口阻力损失项的计算有所不同。

当管径不变时，2))((2u d l l hf e ζλ∑++∑=∑流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。

流体在等径管中作稳定流动流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。

流体流动时的摩擦阻力损失h f 所损失的是机械能中的静压能项。

完全湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于相对粗糙度。

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，当管道上的阀门开度减小时，水流量将减小，摩擦系数增大，管道总阻力不变。

五、管路计算 I ． 并联管路：1、321V V V V ++=2、321f f f f h h h h ∑=∑=∑=∑ 各支路阻力损失相等。

即并联管路的特点是：（1）并联管段的压强降相等；（2）主管流量等于并联的各管段流量之和；（3）并联各管段中管子长、直径小的管段通过的流量小。

II ．分支管路：1、321V V V V ++=2、分支点处至各支管终了时的总机械能和能量损失之和相等。

六、柏式在流量测量中的运用1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。

（变压差，恒截面）2、孔板流量计为定截面变压差流量计，用来测量管道中流体的流量。

随着R e 增大其孔流系数C 0先减小，后保持为定值。

2073、转子流量计为定压差变截面流量计。

注意：转子流量计的校正。

测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。

计算部分 ①Re 2000Re Re Re 4000du u d ρμμρ≤⎧=→=⎨≥⎩层流湍流②流体机械能衡算式：截面选取：大贮槽u=0、敞口贮槽P=0（表）、基准面z=0；A 、 :221122e f 22z z u p u p J g W g h kg 22ρρ+++=+++∑B 、 :221122e f 12z z u p u pm H H 2g g 2g g ρρ+++=+++C 、:2212e f 1122z u u Pa g p W gz p h 22ρρρρρρ+++=+++∑, ρρη∆==∑⎧⎪⎨==⋅⎪⎩f f fee ep h gH P P P q W m③阻力损失：20822264e 2000 e e 2Re () e 4000f l h u f d R h u f R f R l u d d f h u d f R d h λελλεελλ⎧∝⎪⎪⎪⎧<⇒∝⎪⎪⎪⎪⎪⎧⎪=⎪⎪⎪=⇒⎨⎪⎪⎪⎧⎪⎨⇒∝⎪⎪⎪⎪>⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎩、；层流、=（一次方关系）一般湍流： （、）与、的关系：=完全湍流： （平方关系） ④阻力损失计算：2()2: : =1 , λζλζζζ++∑=+∑∑=⎧⎨=⎩∑e f i 12l le l l u h d u 0u 0； 当完全湍流时，为定值；进口 =0.5,（）称为总管长；出口、 缩小、扩大阻力的计算：注意流体截面选取典型例题见PPT209第二章 流体输送机械---离心泵一、工作原理 基本部件：叶轮（6~12片后弯叶片）；泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）；轴封装置（填料函、机械端面密封）。

原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。

注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。

某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。

二、性能参数及特性曲线1、压头H ，又称扬程 f H gp Z H +∆+∆=ρ 2、有效功率 )(102kw HQ N HgQ W N s e e ηρρω===轴功率 3、离心泵的特性曲线通常包括Q Q N Q H ---η,,曲线，这些曲线表示在一定转速下输送某种特定的液体时泵的性能。

由Q N -线上可看出：0=Q 时，min N N =，所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀。

离心泵特性曲线测定实验，泵启动后出水管不出水，而泵进口处真空表指示真空度很高，可能出现的故障原因是吸入管路堵塞。

若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头减小，流量减小，效率减小，轴功率增大。

三、离心泵的工作点1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线（Q H -）与管路特性曲线210（e e Q H -）的交点。

管路特性曲线为：2e e BQ K H +=。

2、工作点的调节：既可改变Q H -来实现，又可通过改变e e Q H -来实现。

具体措施有改变阀门的开度，改变泵的转速，叶轮的直径及泵的串、并联操作。

离心泵的流量调节阀安装在离心泵的出口管路上，开大该阀门后，真空表读数增大，压力表读数减小，泵的扬程将减小，轴功率将增大。

两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍，串联则流量不变压头加倍。

四、离心泵的安装高度Hg 为避免气蚀现象的发生，离心泵的安装高度≤Hg ，注意气蚀现象产生的原因。

1．1021'2---=f s H g u H Hg 's H 为操作条件下的允许吸上真空度，m 10-f H 为吸入管路的压头损失，m 。

2．10--∆--=f v a H h gp p Hg ρ h ∆ 允许气蚀余量，m a p 液面上方压强，Pa ； v p 操作温度下的液体饱和蒸汽压，Pa 。

离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。

简答：1. 为什么启动泵之前要进行灌泵？2. 何为气蚀？何为气缚？为何避免？3. 水泵为什么要在允许安装高度以下？ 典型例题例1：离心泵吸入管径d=100mm ，吸水管长度L=20m ，流量Q=54m³/h ，水泵允许吸上真空度为6m 水柱，不带阀的滤水网阻力系数1ζ=6，90°曲弯头阻力系数2ζ=0.3，摩擦阻力系数λ=0.03。

试求：（1）.离心泵的几何安装高度（安全系数取1m ，水温20℃）；（2）.若要求泵的升扬高度为10m ，应选多大功率的泵？（设η=70%，泵出口阻211力可忽略）。

解：（1）在水槽截面与吸入口截面列柏氏方程得：已知：0z =0，1z =g H ，0u =0，91m/s .136001.0785.054u 21=⨯⨯=， 6m gp p H 10s =-=ρ， 2.29m 807.9291.1)3.061.02003.0(H 2f =⨯⨯++⨯= 代入方程解得：52m .3Hg =，考虑按完全安全系数，则离心泵的几何安装高度应为2.52m 。