流体流动–––基本概念与基本原理一、流体静力学基本方程式)(2112zzgpp或ghpp0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=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=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:120()ppgR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uAAuAuwsA222111,常数常数uAAuAuVsA2211,21221221///,ddAAuuA圆形管中流动常数三、定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式1kg流体:2211221e2f22pupugZWgZh[J/kg]讨论点:1、流体的流动满足连续性假设。2、理想流体,无外功输入时,机械能守恒式:3、可压缩流体,当Δp/p120%,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。5、流体密度ρ的计算:理想气体ρ=pM/RT混合气体1122mnn混合液体1221nmmn上式中:i––––体积分率;iw––––质量分率。6、gz,u2/2,p/ρ三项表示流体本身具有的能量,即位能、动能和静压能。∑hf为流经系统的能量损失。We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Ne=We·ws,轴功率N=Ne/η(W)7、1N流体2fe2puHZHgg[m](压头)2211221222pupugZgZ1m3流体2efaffp2uWzgphph而,四、柏努利式中的∑hfI.流动类型:1、雷诺准数Re及流型Re=duρ/μ,μ为动力黏度,单位为[Pa·s];层流:Re≤2000,湍流:Re≥4000;2000Re4000为不稳定过渡区。2、牛顿黏性定律τ=μ(du/dy)气体的黏度随温度升高而增加,液体的黏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:黏度内摩擦力,湍流:黏度内摩擦力+湍流应力。II.流体在管内流动时的阻力损失'fffhhh[J/kg]1、直管阻力损失hf2ff2Luphd范宁公式(层流、湍流均适用).层流:f26432()lufRehRed即或哈根—泊稷叶公式。湍流区(非阻力平方区):(,)fRed;高度湍流区(阻力平方区):)(df,具体的定性关系参见摩擦因数图,并定量分析hf与u之间的关系。推广到非圆型管润湿周边长流通截面积44Herdd注:不能用de来计算截面积、流速等物理量。2、局部阻力损失h′f①阻力系数法,2'f1.00.52uh入口出口②当量长度法,2'ef2Luhd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,2ef()()2LLuhd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hf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、123vvvvqqqq2、ff1f2f3hhhh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、123vvvvqqqq2、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。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Re增大其孔流系数C0先减小,后保持为定值。3、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。离心泵–––––基本概念与基本原理一、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fpHZHg2、有效功率esvevHgqNWwHgqN轴功率3、离心泵的特性曲线通常包括~,~,~vvvHqNqq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~vNq线上可看出:0vq时,minNN,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。若被输送的流体黏度增高,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(~vHq)与管路特性曲线(e~vHq)的交点。管路特性曲线为:2evpHzKqg。2、工作点的调节:既可改变~vHq来实现,又可通过改变e~vHq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gH为避免气蚀现象的发生,离心泵的安装高度≤gH,注意气蚀现象产生的原因。1.21f0-12gsuHHHgsH为操作条件下的允许吸上真空度,mf0-1H为吸入管路的压头损失,m。2.0vgrf0-1()ppHNPSHHgr()NPSH允许气蚀余量,m0p液面上方压强,Pa;vp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。