化工原理第二章第一节
合集下载
化工原理第二章第一节讲稿gaofenziPPT课件
耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）
杂质泵
2020/10/30
输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。
起到密封作用。
2020/10/30
13
2020/10/30
14
3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况；
多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。
如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？
实验测定
2020/10/30
20
H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：
P b gu 2b g 2HZP g c u 2cg 2(hf)bc
HZP c gP buc22 gub2(hf)bc
H Z(P cP b)/g
离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高 度△Z，升举高度只是扬程的一部分。
2020/10/30
4
2020/10/30
5
气缚
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆 阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开 停车和调节流量。
化工原理第二章第一节(3)
pK > pV
具体措施: 安装高度低于允许的最大值 具体措施
2011-5-6
允许吸上高度 （允许安装高度） Hg 允许安装高度）
——泵的吸入口与贮槽液面间可允许达到的最大垂 泵的吸入口 泵的吸入口与贮槽液面间可允许达到的最大垂 直距离。 直距离。 允许吸上真空度
HS ' = ( pa − p1) / ρg
第 二章 流体输送机械
2-1-1 离心泵
•离心泵的并联与串联 离心泵的并联与串 离心泵的 •离心泵的选择 离心泵的选择 离心泵的选
2-1-2 其他类型的泵
第 一 节 液体输送机械
2011-5-6
气蚀现象与允许吸上高度
1、气蚀现象
pK ≤ pV
现象: 现象 液体流量明显下降 压头、 压头、效率也大幅度降低 避免方法 汽化 高压区 气泡破裂 或凝结 高速冲击 气蚀
Hg = HS '−
2 u1
2g
− H fu + − NPSH = ρg 2g ρg
p0 pv Hg = − − NPSH − H f 0−1 ρg ρg
2 1
注意： 注意：
1.允许吸上真空度随流量的升高而减小；气蚀余量随流量的 允许吸上真空度随流量的升高而减小； 允许吸上真空度随流量的升高而减小 升高而增大，因此，计算时都应在最大流量下进行。 升高而增大，因此，计算时都应在最大流量下进行。 最大流量下进行 2.性能表上的允许吸上真空度和气蚀余量都是采用20℃清 2.性能表上的允许吸上真空度和气蚀余量都是采用20℃清 性能表上的允许吸上真空度和气蚀余量都是采用20℃ 水实验测定的，实际应用时需要进行换算。 水实验测定的，实际应用时需要进行换算。 3.实际安装高度要必允许安装高度低 ～1m。 实际安装高度要必允许安装高度低0.5～ 。 实际安装高度要必允许安装高度低
化工原理高教版上册第二章01资料
化工原理
齐鸣斋
1 3 2 3
管路特性方程 离心泵工作原理 离心泵特性曲线 离心泵的气缚
离心泵的工作点 离心泵的调节
3
4 3 5 3 6 3
问题：用高位槽向反应器内送水，Z至少多大？ 若厂房高度限于8m以内，不用泵，应该 如何设计管路？
问题：用高位槽向反应器内送水，Z至少多大？ 若厂房高度限于8m以内，不用泵，应该 如何设计管路？
答： 1．阀开时，由液面至B截面列方程
l AB u2 h ( 1) d 2g qV 0.32 103 u 1.019m / s 2 2 0.785 0.02 d 4 3 1.019 2 h (0.02 1) 0.212 m 0.02 2 9.81
HT g g gA2
qV ctg 2
影响因素：转速、直径、弯角、流量 ①叶片弯角β2 和流量qV
②叶轮转速n u2=nπD2 如果qV∝n，那么HT∝n2 ③液体密度不出现 Δp∝ ρ gHT , 气缚现象(录像) 灌泵---吸入管装单向阀， 泵启动前：灌泵排气
2．2 离心泵的特性曲线 1．泵的有效压头 泵内损失： 容积损失:部分流体漏回入口处 水力损失:μ ≠0,叶片数目有限 机械损失:轴承、轴封的摩擦 2．泵的有效功率 Pe=ρgqVHe Pa基本上随流量qV单调上升 泵启动时关出口阀 3．泵的效率 Pe
qV n
H n qV
H 2 ∴ H ' q 2 q'V V
(等效率点)
例1 已知：充分湍流， λ=常数，现将离心水泵 由输水改为输送CCl4, ρ=1630kg/m3 求：①当p1=p2时, qV ,H ,η ,p出 ,Pe ; ②当p1<p2时， qV ,H ,η ,p出 ,Pe 。
齐鸣斋
1 3 2 3
管路特性方程 离心泵工作原理 离心泵特性曲线 离心泵的气缚
离心泵的工作点 离心泵的调节
3
4 3 5 3 6 3
问题：用高位槽向反应器内送水，Z至少多大？ 若厂房高度限于8m以内，不用泵，应该 如何设计管路？
问题：用高位槽向反应器内送水，Z至少多大？ 若厂房高度限于8m以内，不用泵，应该 如何设计管路？
答： 1．阀开时，由液面至B截面列方程
l AB u2 h ( 1) d 2g qV 0.32 103 u 1.019m / s 2 2 0.785 0.02 d 4 3 1.019 2 h (0.02 1) 0.212 m 0.02 2 9.81
HT g g gA2
qV ctg 2
影响因素：转速、直径、弯角、流量 ①叶片弯角β2 和流量qV
②叶轮转速n u2=nπD2 如果qV∝n，那么HT∝n2 ③液体密度不出现 Δp∝ ρ gHT , 气缚现象(录像) 灌泵---吸入管装单向阀， 泵启动前：灌泵排气
2．2 离心泵的特性曲线 1．泵的有效压头 泵内损失： 容积损失:部分流体漏回入口处 水力损失:μ ≠0,叶片数目有限 机械损失:轴承、轴封的摩擦 2．泵的有效功率 Pe=ρgqVHe Pa基本上随流量qV单调上升 泵启动时关出口阀 3．泵的效率 Pe
qV n
H n qV
H 2 ∴ H ' q 2 q'V V
(等效率点)
例1 已知：充分湍流， λ=常数，现将离心水泵 由输水改为输送CCl4, ρ=1630kg/m3 求：①当p1=p2时, qV ,H ,η ,p出 ,Pe ; ②当p1<p2时， qV ,H ,η ,p出 ,Pe 。
化工原理第二章.
u1
4qv
d12
4 15 103 3.14 0.12
1.91m/s
u2
4qv π d22
2.98 m/s
H 0 f ,12
H 0.5 2.55105 2.67104 2.982 1.912
1000 9.81
2 9.81
29.5m
能适应物料特性（如黏度、腐蚀性、易燃易爆、 含固体等）要求。
流体输送设备分类：
按流体类型 按工作原理
输送液体—泵(pumps) 输送气体—通风机、鼓风机、压缩机
及真空泵
离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式
第一节 离心泵
一、基本结构及工作原理
离心泵(centrifugal pump)
1.基本结构
第二章 流体输送机械
1. 本章学习的目的 通过学习，了解制药化工中常用的流体输送机
械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生 产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并 使之在高效率下可靠运行。 2. 本章重点掌握的内容
离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安 装及选型。
概述
生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：
效率64％ 轴功率2.6kW
重量363N
(1)流量(qv):单位时间内泵所输送的液体体积。m3/s 常用单位为L/s或m3/h qv与泵的结构、尺寸、转速等有关 ，实际流量还与 管路特性有关。
(2)扬程或压头(H):是指单位重量（1N）液体流经 泵所获得的能量，单位：m 。H与泵的结构、转速 和流量有关。
旋转的叶轮(impeller) 固定的泵壳（Volute）
2、离心泵的工作原理
化工原理第二章第一节讲稿
3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和
外界传热。
4）对于废热也需合理的利用与回收。
2、化工生产中传热过程的两种情况
1）强化传热：各种换热设备中的传热。
2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失
2018/10/17
动量传递 三传热量传递 质量传递
传热过程在化工生产中的应用 例如：蒸发、蒸馏、干燥、结晶等 传热过程的基本要求：1.强化传热；2.避免传热 热量传递方向：高温传向低温 传热过程的推动力：温差
2、蓄热式换热 (间歇操作）
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充 填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室 时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给 冷流体，达到两流体换热的目的。
2018/10/17
2018/10/17
2018/10/17
3、间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁
2018/10/17
三、工业上的换热方法
1、直接接触式传热 直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接 混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。前提是冷、 热两种流体可直接混合，不发生化学反应或其他不良影响。 化工厂常用的 凉水塔、喷洒式冷却塔、混合冷凝器等。
2018/10/17
2018/10/17
程技术领域中极普遍的一种传递过程 。
1、化工与传热
1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为 了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加
热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸
收的热量。
2018/10/17
2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按
化工原理第二章第一节(第三版)
qV 1 n1 H1 n1
P1 n1 比例定律。
*9*
H
kq
2 v
泵的等效方程看例2-3
*10*
2、粘度的影响
*11*
生产厂家所提供的特性曲线使用常温清水作为介质进行测 定的，所以实际中，当液体粘度较大时须校正。
粘度增大，则流量、扬程和效率减小，轴功率增 大。当液体的运动粘度υ＞2×10－5m2/s时，即泵轴从电动机得到的功率，
②有效功率Pe ：单位时间液体从泵得到的有效能量，
泵在运转过程中存在着种种损失，使输入泵的功率（轴功 率 P）比有效功率高。
泵的有效功率Pe计算公式： Pe qV gH
*5*
其中： Pe----有效功率，W
qV ----泵的流量，m3/s
a、容积损失
由于叶轮做功，叶轮外缘的液体压力 高于中心吸入口，部分液体将由泵体与叶 轮之间的缝隙漏回吸入口处，使该部分液 体得到的能量损失，且造成泵的流量减少， 产生容积损失。
b、水力损失 液体在叶片间的通道内及泵壳中的流动将损耗部分机械能，
使得泵的有效压头低于理论压头，造成损失。
c、机械损失 高速转动的叶轮盘面与流动的液体之间的摩擦以及轴封、轴
d5
d4
1
2
g
1 A22
1 A12
当管内流动已进入阻力平方区,
与流量无关,故k也与流量无关.
（二）、工作点
管路特性曲线与泵特性曲线的交点。
泵安装在管路中，泵流量就是 管路的流量。在这个流量下，泵提 供的扬程恰好是管路所需的压头。
因此，泵的实际工作情况是由泵的特 性和管路特性共同决定的。
泵工作时，工作点应位于高效区。
轴功率和效率须乘以校正系数校正。
化工原理第二章1
②泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要 的；
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
14
3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性------变出口阀的开度
15
（2）改变泵的特性 ----变叶轮转速 nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。
（3）改变泵的特性 ----切削叶轮直径
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
16
四
离心泵的组合操作
1．双泵并联 ①理论上，H不变，Q加倍； ②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加 ；n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为： ③
H A B Q2 n2
2．双泵串联 ①理论上，Q不变，H加倍；
θ
28
3.往复泵特点：
(1) 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压
头、管路等无关。
(2) 理论上
单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr 式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s； A —— 活塞截面积，m2；
a —— 活塞杆截面积，m2；
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ；
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N 2．离心泵的性能曲线 ①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降， 此规律对流量很小的情况可能不适用。 ② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。
③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。
14
3．离心泵的流量调节 （1）改变管路特性------变出口阀的开度
15
（2）改变泵的特性 ----变叶轮转速 nA＜nB，转速增加,流量和压头均
增加。
（3）改变泵的特性 ----切削叶轮直径
调节范围不大，只能变小，适合 长期性调整，操作中调整不可行
P63
例2－3
16
四
离心泵的组合操作
1．双泵并联 ①理论上，H不变，Q加倍； ②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加 ；n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为： ③
H A B Q2 n2
2．双泵串联 ①理论上，Q不变，H加倍；
θ
28
3.往复泵特点：
(1) 流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压
头、管路等无关。
(2) 理论上
单动泵的流量：QT＝ASnr 双动泵的流量：QT＝(2A-a)S nr 式中： QT —— 往复泵理论流量，m3/s； A —— 活塞截面积，m2；
a —— 活塞杆截面积，m2；
有效功率Ne ：单位时间离心泵对流体做的功。 Ne=gQH ；
轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。 效率η ：泵对外加能量的利用程度。 η = Ne /N 2．离心泵的性能曲线 ①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降， 此规律对流量很小的情况可能不适用。 ② N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心
部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域； ③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲 击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。
化工原理第二章
p有 100%
p轴
（2-3）
第二节 离心泵
离心泵效率与泵的尺寸、类型、构造、加工精度、液 体流量和所输送液体性质有关，一般小型泵效率为50%— 70%，大型泵可达到90%左右。
2．特性曲线 离心泵的有效压头、轴功率、效率与流量之间的关系 曲线称为离心泵的特性曲线,如图2-8所示，其中以扬程和 流量的关系最为重要。由于泵的特性曲线随泵转速而改变， 故其数值通常是在额定转速和标准试验条件(大气压 101.325kPa,20℃清水)下测得。通常在泵的产品样本中附 有泵的主要性能参数和特性曲线,供选泵和操作参考。
③ qv- 曲线 表示泵的效率和流量的关系。曲线表明 离心泵的效率随流量的增大而增大，当流量增大到一定值 后，效率随流量的增大而下降，曲线存在一最高效率点即 为设计点。对应于该点的各性能参数 qv 、p轴 和 H 称为最 佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产 任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。
qv1 n1 qv2 n2
H1 H2
n1 n2
2
p轴1 p轴2
3
n1 n2
（2-4）
式中qv1 、H1 、p轴1 ——转速为时泵的流量、扬程、轴功率； 、 qv2 H2 、p轴2——转速为时泵的流量、扬程、轴功率。
第二节 离心泵
2．离心泵的主要部件 离心泵的主要部件为叶轮、泵壳和轴封装置。(1)叶 轮叶轮是离心泵的关键部件,其作用是将原动机的机械能 传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。 叶轮有6-8片的后弯叶片组成。按其机械结构可分为以下 三种，如图2-2所示。开式叶轮仅有叶片和轮毂，两侧均 无盖板，制造简单,清洗方便，如图2-2(a)所示；半闭式 叶轮,没有前盖板而有后盖板的叶轮，如图2-2(b)所示； 闭式叶轮两侧分别有前、后盖板,流道是封闭的，如图22(c)所示,这种叶轮液体流动摩擦阻力损失小,适用于高扬 程、洁净液体的输送。
化工原理(第二版)第二章
选型时→ ηmax
高效 区
设计点
33
Q
3．离心泵特性的影响因素
（1）流体的性质：
密度的影响
ρ对 H~Q 曲线、η~Q 曲线无影响，但 N =
故ρ↑，N~Q 曲线上移。
QρgH
η
，
粘度的影响 当µ比 20℃清水的大时，H↓，N↑，η↓
实验表明，当ν<20 厘斯时，µ对特性曲 线的影响很小，可忽略不计。
he ′
•
工作点
阀门开大
Q
41
说明
①工作点 ←泵的特性 & 管路的特性 工作点确定： 联解两特性方程 作图，两曲线交点 ②泵装于管路 工作点 ~（H,Q) Q=泵供流量=管得流量 H=泵供压头=流体得压头 ③工作点~（Q,H,N, η ） ~泵的实际工作状态
42
2
液体输送机械 − − − 泵 流体输送机械 通风机、 通风机、鼓风机 气体压送机械 − − − 压缩机、真空泵 压缩机、
3
泵按工作原理分为: 泵按工作原理分为
特点：有可旋转的叶轮 叶片式泵： 叶片式泵：如离心泵、混流式等 特点：机械内部的工作 容积式泵： 齿轮泵、 容积式泵：如往复泵、齿轮泵、螺杆泵等 容积不断发生变化。 其它类型：如旋涡泵、 真空泵、动力作用式泵 其它类型：如旋涡泵、 真空泵、
流量计 真空表 c 压力表 h0 b
pc uc2 pb u + + h0 + h f + +H= ρg 2 g ρg 2 g
2 b
pc − pb p c ( 表 ) + p b (真 ) H≈ = ρg ρg
28
轴功率和效率
N，又称功率，单位W 或kW ，又称功率，单位
化工原理 第2章
工作时，Q H N ?
一.管路特性曲线与离心泵工作点 离心泵工作点
—— 管路特性曲线（Q~H）与泵特性 曲线（Q~H）的交点。
1、管路特性方程 —— 管路流量~所需外加压头
外加压头：
p u 2 H e z H f， 2 1 g 2g
H ~Q
Q ，Hf ，H
假设：
~叶片数——液体无环流 ~理想流体——无能量损失
u 2 c 2 cos 2 1 Q 2 H r ctg A BQ g g 2b 2 g
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。
液体从截面1到截面2，静压头 的变化来自两方面：
介质： 液体 —— 泵 气体 —— 风机、压缩机 工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2-1-1
离心泵
离 心 泵 的 外 观
一 主要部件
（1）叶轮 —— 叶片（含盖板）
4 ~ 8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板 闭式叶轮
半开式 开式
（2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
2 1
2g
2 2
即
因此： H T，
2 2 2 u 2 u1 1 2 C2 C1 2 2 2 2g 2g 2g
Cr2
u2-Cr2ctgβ2
根据余弦定律及圆周速度u、相对速度ω 和绝对速度C之 间的关系：
c u 2c1u1 cos1
2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2
H~Q曲线： N~Q曲线： ~Q曲线：
Q
Q Q
H
N
H [ m]
一.管路特性曲线与离心泵工作点 离心泵工作点
—— 管路特性曲线（Q~H）与泵特性 曲线（Q~H）的交点。
1、管路特性方程 —— 管路流量~所需外加压头
外加压头：
p u 2 H e z H f， 2 1 g 2g
H ~Q
Q ，Hf ，H
假设：
~叶片数——液体无环流 ~理想流体——无能量损失
u 2 c 2 cos 2 1 Q 2 H r ctg A BQ g g 2b 2 g
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。
液体从截面1到截面2，静压头 的变化来自两方面：
介质： 液体 —— 泵 气体 —— 风机、压缩机 工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2-1-1
离心泵
离 心 泵 的 外 观
一 主要部件
（1）叶轮 —— 叶片（含盖板）
4 ~ 8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板 闭式叶轮
半开式 开式
（2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
2 1
2g
2 2
即
因此： H T，
2 2 2 u 2 u1 1 2 C2 C1 2 2 2 2g 2g 2g
Cr2
u2-Cr2ctgβ2
根据余弦定律及圆周速度u、相对速度ω 和绝对速度C之 间的关系：
c u 2c1u1 cos1
2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2
H~Q曲线： N~Q曲线： ~Q曲线：
Q
Q Q
H
N
H [ m]
化工原理第2章
离心泵的安装高度
离心泵的类型
离心泵的选择原则： 1.确定输送系统的流量与压头。 2.选择泵的类型与型号 3.核算泵的轴功率
（1）水泵
用来输送水或与水类似的（化学性质类似
于水的）液体的泵。分为三类。
• B（单级）：泵体与泵盖都是铸铁
• D（多级）：一般2-9级，最多可有12级。
• SH（双吸式）：若输送的液体流量大而压头并
2）向下作用于薄层顶面的总压力（p+dp）A
3）薄层向下作用的重力ρgdz A
平衡时：所有力相等 p A= （p+dp）A + ρgdz A 积分得：p2=p1+ρg（z1-z2） ——流体静力学基本方程
1-4 流体静力学的应用
• U形管压强计
• 液位计
• 液封
第二节 流体流动
2-1 流体的流量和流速 • 体积流量（qV）——单位时间流过导管任一横
2-4 牛顿粘性定律
• 选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析。设两 薄层之间垂直距离为dy，两薄层速度差为du， 即（u2-u1），两薄层之间接触的圆筒表面积为 A，两薄层之间的内摩擦力为F。
• 实验证明，对于一定流体，内摩擦力F与接触
面积A成正比，与速度差du成反比，此即牛顿
粘度定律。
du F A dy F du A dy
第二章
流体流动与输送
内容提要：主要讨论化工生产过程中的流体流 动的基本原理及流体流动的基本规律，并运用这 些原理与规律去分析和解决化工生产中的物料输 送问题。 基本要求： 1.了解化工生产过程中流体流动的基本规律； 2.掌握柏努利方程及其在化工生产中的应用； 3.掌握流体在管内流动阻力的计算； 4.了解流体输送机械的工作原理和相关计算。
化工原理-第二章-流体输送机械PPT课件
总效率：
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
Vmh
(4)轴功率N
离心泵的轴功率N可直接用效率来计算：
流体密度，kg/ m3
泵的效率
N HQg /
泵的轴功率，W 泵的压头，m
泵的流量，m3/s
一般小型离心泵的效率50~70%，大型离心泵效率可达90% 。
2、离心泵特性曲线（Characteristic curves）
由于离心泵的各种损失难 以定量计算，使得离心泵的特
性曲线H～Q、N～Q、η～Q
的关系只能靠实验测定，在泵 出厂时列于产品样本中以供参 考。右图所示为4B20型离心泵
在 转 速n＝ 2900r/min 时 的特
性曲线。若泵的型号或转速不 同，则特性曲线将不同。借助 离心泵的特性曲线可以较完整 地了解一台离心泵的性能，供 合理选用和指导操作。
H/m NkW
u2
D2n
60
根据装置角β2的大小，叶片形状可分为三种：
w2
c2
2
2
u2
w2
c2
2
2
u2
w2 2
c2 2 u2
(a)
(a)β2< 90o为后弯 叶片，cotβ2 >0， HT∞ <u22 /g
(b) (b)β2= 90o为径向 叶片，cotβ2 =0 ， HT∞ =u22 /g
(c) (c) β2 > 90o为前 弯叶片，cotβ2 <0，HT∞ > u22 /g
c2r
c2' r
u2
u2'
Q n Qn
H ( n)2 Hn
N H Qg ( n )3 N HQg n
不同转速下的速度三角形
比例定律
（4）叶轮直径D2对特性曲线的影响
化工原理第二章
•③工作点~（Q,H,N, ）•~泵的实际工作状态
化工原理第二章
•五、离心泵的安装高度
•安装高度: •液面到泵入口处的垂直距离(Hg)
•问题： •安装高度有无限制？
化工原理第二章
•0-0~1-1，B.E. •Hg，则p1 •当p1pv，•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
化工原理第二章
•4-8个叶片（前弯、后弯，径向）•液体通道。 •前盖板、后盖板，无盖板 •闭式叶轮 •半开式 •开式
化工原理第二章
•（2）泵壳：•泵体的外壳，包围叶轮
•截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道
• 液体入口——中心
•出口——切线
思考：泵壳的主要作用是什么？
•①汇集液体，并导出液体； •②能量转换装置
•< 90度 — 后弯~流动能量损失小 •= 90度 — 径向叶片 •（2）后弯叶片，ctg >0 •b、r、, 则H
•Q ，则H （线性规律）
•（3）理论压头H与流体的性质无关
•（4）H与H的差距—•叶片间环流；阻力损失；冲击损失
化工原理第二章
•问：为什么泵采用后弯叶片的居多？
•后弯叶片：理论压头随流量增大而减少；径向：无关； •前弯：增大。在一定的叶轮尺寸、转速和流量下，前弯叶 •片产生的理论压头最大。但压头的提高包括静压头和动压 •头的提高。对后弯叶片静压头的提高大于动压头的提高，而 •对前弯叶片则相反，液体动压头的提高较大，同时液体在泵 •壳流动部分动压头转换为静压头时能量损失较大。为获得较 •高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶化片工原形理第式二章
化工原理第二章
•（2）转速——比例定律
•—— n 20%以内
化工原理第二章
•五、离心泵的安装高度
•安装高度: •液面到泵入口处的垂直距离(Hg)
•问题： •安装高度有无限制？
化工原理第二章
•0-0~1-1，B.E. •Hg，则p1 •当p1pv，•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
化工原理第二章
•4-8个叶片（前弯、后弯，径向）•液体通道。 •前盖板、后盖板，无盖板 •闭式叶轮 •半开式 •开式
化工原理第二章
•（2）泵壳：•泵体的外壳，包围叶轮
•截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道
• 液体入口——中心
•出口——切线
思考：泵壳的主要作用是什么？
•①汇集液体，并导出液体； •②能量转换装置
•< 90度 — 后弯~流动能量损失小 •= 90度 — 径向叶片 •（2）后弯叶片，ctg >0 •b、r、, 则H
•Q ，则H （线性规律）
•（3）理论压头H与流体的性质无关
•（4）H与H的差距—•叶片间环流；阻力损失；冲击损失
化工原理第二章
•问：为什么泵采用后弯叶片的居多？
•后弯叶片：理论压头随流量增大而减少；径向：无关； •前弯：增大。在一定的叶轮尺寸、转速和流量下，前弯叶 •片产生的理论压头最大。但压头的提高包括静压头和动压 •头的提高。对后弯叶片静压头的提高大于动压头的提高，而 •对前弯叶片则相反，液体动压头的提高较大，同时液体在泵 •壳流动部分动压头转换为静压头时能量损失较大。为获得较 •高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶化片工原形理第式二章
化工原理第二章
•（2）转速——比例定律
•—— n 20%以内
化工原理 第二章 流体的流动和输送超详细讲解
密度 1 800kg / m3 ，水层高度h2=0.6m，密度为 2 1000kg / m3
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
1）判断下列两关系是否成立
PA＝PA’，PB＝P’B。 2）计算玻璃管内水的高度h。
解：（1）判断题给两关系是否成立 ∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上
PA PA'
因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液
10001.0 13600 0.067 1000 820
0.493m
作业 P71：3、5
要求解题过程要规范：
1、写清楚解题过程——先写公式，再写计算过程， 追求结果的准确性；
2、计算过程中注意单位统一成SI制。
第二节 流体稳定流动时的物料衡算和能量衡算
一、流速与管径的关系 1、流速v =qv/A
解：气压管内水上升的高度
P（表压） P（真空度） h ρ水g ρ水g 80103
1000 9.81 8.15m
3、液位的测定
液柱压差计测量液位的方法：
由压差计指示液的读数R可以计算 出容器内液面的高度。 当R＝0时，容器内的液面高度将达 到允许的最大高度，容器内液面愈 低，压差计读数R越大。
流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，
简称压强。
p F A
SI制单位：N/m2，即Pa。1 N/m2 =1Pa
工程制： 1at(工程大气压)= 1公斤/cm2 =98100Pa
物理制： 1atm （标准大气压）=101325Pa
换算关系为：
1atm 760mmHg 10.33mH2O 1.033kgf / cm2 1.0133105 Pa
在1-1’截面受到垂直向下的压力： 在2-2’ 截面受到垂直向上的压力： 小液柱本身所受的重力：
化工原理第二章第一节精品文档74页
HTHpHc P2 P1 C22 C12
g 2g
2020/1/13
静压能增加项HP主要由于两方面的因素促成： 单位重量液体在叶轮内接受离心力所作的外功
r 1 r 2F gd＝ r r 1 r 2rg R 2d r 2 g 2(R 2 2 R 1 2 ) u 2 2 2 g u 1 2
叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，
部分动能转化为静压能
w12 w22 2g
单位重量流体经叶轮后的静压能增加为：
HP
u22u12 2g
w12w22 2g
2020/1/13
H Tu222 gu12w 122 gw 22c222 gc12
根据余弦定理
w 12c12u122c1u1co1s w 22c22u222c2u2co2s
径向叶片（β2=90°） ，ctgβ2=0 ，
H T
u2 g
前弯叶片(β2>90°) ，ctgβ2<0 ，
H T
u2 g
2020/1/13
HC HP
一般都采用后弯叶片 2 25。~30。
2020/1/13
➢理论流量
若离心泵的几何尺寸（D2、b2、β2）和转速（n）一定，则
式中：
HTABQT
H T (u 2 c 2 co 2 u s 1 c 1 co 1 )/g s
α1=900，即cosα1=0
H Tu2c2co2s /g——离心泵的基本方程式
2020/1/13
理论流量 Q TD 2b2c2sin 2
式中：D2－－叶轮的外径，m
b2－－叶轮出口宽度，m
HT,
u22 g
g 2g
2020/1/13
静压能增加项HP主要由于两方面的因素促成： 单位重量液体在叶轮内接受离心力所作的外功
r 1 r 2F gd＝ r r 1 r 2rg R 2d r 2 g 2(R 2 2 R 1 2 ) u 2 2 2 g u 1 2
叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体流道，
部分动能转化为静压能
w12 w22 2g
单位重量流体经叶轮后的静压能增加为：
HP
u22u12 2g
w12w22 2g
2020/1/13
H Tu222 gu12w 122 gw 22c222 gc12
根据余弦定理
w 12c12u122c1u1co1s w 22c22u222c2u2co2s
径向叶片（β2=90°） ，ctgβ2=0 ，
H T
u2 g
前弯叶片(β2>90°) ，ctgβ2<0 ，
H T
u2 g
2020/1/13
HC HP
一般都采用后弯叶片 2 25。~30。
2020/1/13
➢理论流量
若离心泵的几何尺寸（D2、b2、β2）和转速（n）一定，则
式中：
HTABQT
H T (u 2 c 2 co 2 u s 1 c 1 co 1 )/g s
α1=900，即cosα1=0
H Tu2c2co2s /g——离心泵的基本方程式
2020/1/13
理论流量 Q TD 2b2c2sin 2
式中：D2－－叶轮的外径，m
b2－－叶轮出口宽度，m
HT,
u22 g
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2012-12-17
2012-12-17
2）泵壳 A. 泵壳的作用 • 汇集液体，作导出液体的通道；
•
使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之 间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导 叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲
（三）、液体黏度和密度的影响
1）粘度的影响
当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，
•泵的压头减小
•泵的流量减小 •泵的效率下降 •泵的轴功率增大 •泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤 油等粘度的影响可不进行修正。
2012-12-17
若把泵的转速减小到n1：则H~qv线下移，工作点由P移至
P1 ，流量由qv 减小到qv1；
2012-12-17
• 若把泵的转升高至n2： 则H~qv线上移，工作点 移至P2,流量增加到qV2 优点：流量随转速下降而减 小，动力消耗也相应降低；
缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流
量连续调节，化工生产中很少采用。
2012-12-17
（）5、离心泵铭牌上标明的流量是指 。 A、效率最高时的流量 B、泵的最大流量 C、扬程最大时的流量 D、最小扬程时的流量
（）6、某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 。 A、停泵，向泵内灌液 B、降低泵的安装高度 C、检查进口管路是否有泄漏现象 D、检查出口管路阻力是否过大 （）7、有一台泵当转速为n3时，轴功率为1.5 kW，输液量为20 m3/h。当转速调到n2时，排液量降为18 m3/h，若泵的效率不变 ，此时泵的轴功率为 。 A、1.35 kW B、1.22 kW C、1.15 kW D、1.09kW
的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组
关系曲线：H～ qv 、η ～ qv 、 P～ qv
——离心泵的特性曲线
注意：特性曲线随转速而变。
各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状
基本相似，具有共同的特点
2012-12-17
图2-6 离心泵的特性曲线
2012-12-17
1）H～ qv曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压 头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）P～ qv曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的
泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η
来反映能量损失。这些能量损失包括： •容积损失 •水力损失 •机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关
2012-12-17
4）轴功率及有效功率
轴功率：电机输入离心泵的功率,用P表示，单位为J/S,W或kW
理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计
算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
2012-12-17
一．离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理
• 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮置于
具有蜗壳通道的泵
壳之内。 • 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。
2012-12-17
H h0
PM P V
g
u 2 u1 2g
(h f ) bc
H h0
p M pV
g
离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举
高度h0，升举高度只是扬程的一部分。
2012-12-17
3）离心泵的效率
离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给 液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说
2012-12-17
五、离心泵的工作点与流量调节
1、管路特性曲线与泵的工作点
1）管路特性曲线
管路特性曲线 流体通过某特定管路时所需的压头与液体 流量的关系曲线。 在截面1-1´与 2-2´ 间列柏 努利方程式，并以1-1´截面为 基准水平面，则液体流过管路 所需的压头为：
2012-12-17
H e z
主要由填料函壳、软填料和填料压盖组 填料密封： 成，普通离心泵采用这种密封。 轴封装置
主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 机械密封： 端面密封 定于泵壳上的静环组成，两个环形端面 由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
起到密封作用。
2012-12-17
2012-12-17
2012-12-17
2012-12-17
2012-12-17
三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量 指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一 般用qv表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力 。 2）离心泵的压头(扬程） 泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示， 单位为m。又称为泵的扬程。
2012-12-17
2012-12-17
（二）、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 v1 q v2
n1 n2
H H
1 2
n1 n2
2
p轴1 p轴2
n1 n2
3
——比例定律
2012-12-17
所产生的离心力，因此称为离心泵。
2012-12-17
气 缚
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远
小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心
处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，
离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止
轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。
离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保
护电机。
3）η～ qv 曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量 的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再 增大，效率便下降。
2012-12-17
离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最 高效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。 与最高效率点所对应的Q、H、P值称为最佳工况参数。 离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。 注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。 一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。
逆阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于
开停车和调节流量。
2012-12-17
二、离心泵的主要部件
1）叶轮 a)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。
b)叶轮的分类 闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。
根据结构 开式叶轮 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。
2012-12-17
• 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使
大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 出口流入排出管道。 • 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便
经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。
离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮
2012-12-17
（ ）1、离心泵的效率η与流量qv的关系为 。 A、qv增加，η增大 B、qv增加，η减小 C、qv增加，η先增大后减小 D、qv增大，η先减小后增大 （ ）2、离心泵的轴功率P与流量qv的关系为 。 A、qv增大，P增大增大 （）3、当离心泵充满空气时，将发生气缚现象，这是因为 。 A、气体的黏度太小 B、气体的密度太小 C、气体比液体更容易形成漩涡 D、气体破坏了液体的连续性 （ ）4、造成离心泵气缚的原因是 。 A、安装高度太高 B、泵内流体平均密度太小 C、入口管路阻力太大 D、泵不能抽水
半闭式叶轮只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。
2012-12-17
2012-12-17
单吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入，结
按吸液方式
构简单。
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶
轮背靠背并在了一起，可以从两
侧吸入液体，具有较大的吸液能 力，而且可以较好的消除轴向推 力。
第 二章 流体输送机械
一、离心泵的操作原理 二、离心泵的主要部件
三、离心泵的主要性能参数
四、离心泵的特性曲线
第 一 节 离心泵
五、离心泵的工作点与流量调节 六、离心泵的气蚀现象与安装高度 七、离心泵的类型与选用
2012-12-17
流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。 • 输送液体的机械通称为泵； 例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 • 输送气体的机械按不同的工况分别称为: 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的： 结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原
H H 0 kqv
——管路的特性 方程
对于特定的管路，式中是固定不变的，当阀门开度一 定且流动为完全湍流时，也可看作是常数。将管路特性方程 绘于图2-8得管路特性曲线。管路特性曲线的形状有管路布局 和流量等条件来确定，而与离心泵的性能无关。
2012-12-17
2）离心泵的工作点
离心泵的特性曲线与管
B. 导叶轮
方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相
适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能 量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
2012-12-17
2012-12-17
3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界 空气漏入泵壳内。 B 轴封的分类
2）液体密度的影响 离心泵的流量 QT 2r2 b2 c2 sin 与液体密度无关。