2022年化工原理复习要点.pdf

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1、化工原理复习要点第一章流体流动1流体静力学基本方程式1 1 流体的密度与静压强1 11 流体的密度单位体积的流体所具有的流体质量称为密度，以表示，单位为kg/m3。（1）流体的密度基本上不随压强变化，随温度略有改变，可视为不可压缩流体。纯液体密度值可查教材附录或手册。混合液的密度，以1kg 为基准，可按下式估算：nnm22111（2）气体的密度随温度和压强而变，可视为可压缩流体。当可当作理想气体处理时，用下式估算：RTPM或TPPT000对于混合气体，可采用平均摩尔质量Mm代替上式中的M，即nnmyMyMyMM22111 12 流体的静压强垂直作用于流体单位面积上的表面力称为流体的静压强，简称

2、压强，俗称压力，以p表示，单位为Pa。压强可有不同的表示方法：（1）根据压强基准选择的不同，可用绝压、表压、真空度（负表压）表示。表压和真空度分别用压强表和真空表度量。表压强 =绝对压强 - 大气压强；真空度=大气压强 - 绝对压强（2）工程上常采用液柱高度h 表示压强，其关系式为p=ghakPmmHgOmH33.10176033.10212 流体静力学基本方程式1 21 基本方程的表达式对于不可压缩流体，有：2211gZpgZp或ghppZZgpp02112)(1 22 流体静力学基本方程的应用条件及意义流体静力学基本方程式只适用于静止的连通着的同一连续的流体。该类式子说明在重力场作用下，静

3、止液体内部的压强变化规律。平衡方程的物理意义为：（1）总势能守恒流体静力学基本方程式表明，在同一静止流体中不同高度的流体微元，其静压能和位能各不相同，但其两项和（称为总势能）却保持定值。（2）等压面的概念当液面上方压强p0一定时， p 的大小是液体密度和深度h 的函数。在静止的连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。（3）传递定律当 p0变化时，液体内部各点的压强p 也发生同样大小的变化。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 23 页 - - - - - - - - -

4、- （4）液柱高度表示压强或压强差改写流体静力学基本方程式可得：hgpp0上式说明压强差（或压强）可用一定高度的液体柱表示，但一定注明是何种液体。1 3 流体静力学基本方程式的应用以流体静力学基本方程式为依据可设计出各种液柱压差计、液位计，可进行液封高度计算，根据gZp的大小判断流向。但需特别注意，U 形管压差计 读数反映的是两测量点位能和静压能两项和的差值。应用静力学基本方程式进行计算时，关键一环是等压面的准确选取。2流体流动的基本原理21 定态流动系统的连续性方程式在定态流动系统中，对直径不同的管段作物料衡算，以1s 为基准，则得到uAAuAuws222111常数当流体可视为不可压缩时，密

5、度可视为常数，则有uAAuAuVs2211常数应用连续性方程时，应注意如下两点：（1）在衡算范围内， 流体充满管道， 并连续不断地从上游截面流入，从下游截面流出。（2）连续性方程式反映了定态流动系统中，流量一定时，管路各截面上流速的变化规律。此规律与管路的安排和管路上是否装有管件、阀门及输送机械无关。这里的流速指单位管道横截面上的体积流量，即AVus对于不可压缩流体，流速和管径的关系为222112dduu当流量一定且选定适宜流速时，利用连续性方程可求算输送管路的管径，即uVds4用上式计算出管径后，要根据管子系列规格选用标准管径。22 机械能衡算方程式柏努利方程式221 具有外功加入、不可压缩

6、粘性流体定态流动的柏努利方程为fehpugZWpugZ2222121122式中的eW为输送机械对1kg 流体所作的有效功，或 1kg 流体从输送机械获得的有效能量。式中各项单位均为J/kg。当流体不流动时，u=0，0fh，也不需要加入外功，于是有：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 2211pgZpgZ可见流体静力学基本方程式为柏努利方程式的一个特例。222 理想流体的柏努利方程式2222121122pugZpugZ此式表明，理想流

7、体作定态流动时，任一截面上1kg 流体所具有的位能、静压能与动能之和为定值，但各种形式的机械能可以互相转换。223 柏努利方程式的讨论（1）柏努利方程式的适用条件由推导过程可知，柏努利方程式适用于不可压缩流体定态连续流动。（2）理想流体的机械能守恒和转化1kg 理想流体流动时的总机械能是守恒的，但不同形式的机械能可互相转化。（3） 注意区别式fehpugZWpugZ2222121122中各项能量所表示的意义式中的gZ、u2/2、p/指某截面上1kg 流体所具有的能量；fh为两截面间沿程的能量消耗，它不能再转化为其他机械能；eW是 1kg 流体在两截面间获得的能量，是输送机械重要参数之一。由eW

8、可选择输送机械并计算其有效功率，即seewWN若已知输送机械的效率，则可计算轴功率，即：eNN（4）柏努利方程式的基准1N 流体（工程制柏努利方程式）：feHgpguZHgpguZ2222121122式中各项单位均为J/N 或 m。He 为输送机械的有效压头，Hf为压头损失，Z、u2/2g、p/g 分别称为位压头、动压头和静压头。1m3流体：fThpugZHpugZ2222121122式中各项单位均为J/m3或 Pa。HT称为风机的全风压，是选择风机的重要参数之一。（5）柏努利方程式的推广可压缩流体的流动：若索取系统中两截面间气体压强变化小于原来绝对压强的20%时，则用两截面间流体的平均密度代

9、替。非定态流动：对于非定态流动的任一瞬间，柏努利方程式仍成立。3流体在管内的流动规律及流动阻力31 两种流型311 雷诺实验和雷诺准数雷诺于 1883 年设计了雷诺实验。实验中发现三种因素影响流型，即流体的性质（主要精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 为、）、设备情况（主要为d）及操作参数（主要为u） 。对一定的流体和设备，可调参数为 u。雷诺综合如上因素整理出一个无因次数群雷诺准数：duReRe是一个无因次数群，可作为流动类型的判

10、据，当Re 2000 时为滞流，当Re4000时为湍流。312 牛顿粘性定律及流体的粘性当流体在管内滞流流动时，内摩擦应力可用牛顿粘性定律表示，即：dydu。遵循牛顿粘性定律得流体为牛顿型流体，所有的气体和大多数液体属于这一类型。不服从牛顿粘性定律的流体则为非牛顿型流体。由上式可得流体动力粘度（简称粘度）的表达式：dydu/使流体产生单位速度梯度的剪应力即为流体的粘度，它是流体的物理性质之一。单位换算：sPPcPa?310101.01313 滞流与湍流的比较流型滞（层）流湍（紊）流判据Re2000Re2000质点的运动情况沿轴向作直线运动，不存在横向混合和质点碰撞不规则杂乱运动，质点碰撞和剧烈

11、混合。脉动是湍流的基本特点管内速度分布抛物线方程max21uu壁面处wu，管中心m axu碰撞和混合使速度平局化max82.0uu壁面处wu，管中心m axu边界层滞流层厚度等于管子的半径层流底层缓冲层湍流主体直管阻力粘性内摩擦力，即牛顿粘性定律dydu粘性应力+湍流应力，即dydue)(（e为涡流粘度，不是物性，与流动状况有关）应注意搞清如下概念：流体在圆形管进口段内的流动完成了边界层的形成和发展的过程。 边界层在管中心汇合时，边界层厚度等于半径，以后进入完全发展了的流动。当边界层在管中心汇合时，若边界层内为滞流，即整个边界层均为滞流层；若边界层为湍流，则管内流动为湍流。湍流时边界内存在滞流

12、内层、缓冲层及湍流主体。Re愈大，湍动愈剧烈，滞流内层愈薄，流动阻力也愈大。边界层的分离，加大了流体流动的能量损失，除粘性阻力外，还增加了形体阻力，二者总称为局部阻力。测量管内流动参数（流速、压强等）的仪表应安装在进口段以后的流动完全发展了的平直管段上。32 流体在管内的流动阻力精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 流体在管内的流动阻力由直管阻力和局部足联两部分构成，即fffhhh阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时产生内摩擦；固体表

13、面促使流体流动时其内部发生相对运动，提供了流动阻力产生的条件。流动阻力大小与流体性质（、）、壁面情况（或d）及流动状况（u 或Re）有关。流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，称为压强降，用fp表示。注意区别压强降fp与两个截面的压强差p的概念。（1）直管阻力直管阻力的通式（范宁公式）：22udlhf层流时的摩擦系数（解析法）层流时的摩擦系数仅是Re的函数而与相对粗糙度d 无关，164eR湍流时的摩擦系数对于水力光滑管：25.03164.0eR( 柏拉修斯公式) 考莱布鲁克公式：Re7 .182lg274.11d，此式适用于湍流区的光滑管与粗糙管直至完全湍流区。对于粗糙管，为使工程计算方便

14、，在双对数坐标中，以d 为参数，标绘与Re的关系，得到教材上所示的关系图。圆形管内实验结果的推广非圆形管的当量直径流体在非圆形管内作定态流动时，其阻力损失仍可用22udlhf计算，但应将式中及Re中的圆管直径d 以当量直径ed来代替。Herd4，Hr流通截面积A/润湿周边。（2）局部阻力为克服局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法，即局部阻力系数法和当量长度法，其计算公式为：22uhf及22udlhef。常用管件、阀门、突然扩大或缩小的局部阻力系数值和当量长度el值可查有关教材。 在工程计算中， 一般取入口的局部阻力系数为 0.5 ，而出口的局部阻力系数为1.0 。计算局部阻力时应注意两点：若

15、流动系统的下游截面取在管道出口，则柏努利方程式中的动能项和出口阻力系数值即为 1.0 。用公式22uhf或22udlhef计算突然扩大或缩小的局部阻力时，式中的 u均应精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 取细管中的流速值。（3）管路系统的总能量损失22udllhef4柏努利方程的工程应用应用柏努利方程解题步骤：根据题意绘出流程示意图，标明流体流动方向。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

16、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fh都应相对应一致。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。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。41 管路计算简单管路计算简单管路是由等径或异径管段串联而成的管路。流通经过各管段的流量相等，总阻力损失等于各管段损失之和。42 流量的测量根据流体流动时各种机械能相互转换关系而设计的流量计或流速计有如下两种类型。（1）变压差（定截面）流量计测速管（皮托管） 、孔板流量计、喷嘴和文

17、丘里流量计等均属变压差流量计。其中，除测速管测量点速度以外，其余三种测得的均是管截面上的平均速度。对于这类流量计，若采用U 形管压差计读数R 表示压强差，则流量通式可写作gRCApCAVs)(22000式中 C 为流量系数，测速管、喷嘴和文丘里流量计的C 都接近1；而 孔板流量计的C在 0.60.7 之间为宜 ，对于角接取压法的C0可由有关图查取。在变压差流量计中，测速管、喷嘴和文丘里流量计的流体阻力很小；孔板流量计的U形管压差计读数R 对流量变化反应灵敏，但其缺点是流体流经孔板前后能量损失较大，该损失称为永久损失。（2）变截面（恒压差）流量计转子流量计转子流量计读取流量方便，直观性好，能量损

18、失小，测量范围宽，可用于腐蚀性流体的测量， 但不能用于高温高压的场合，且安装的垂直度要求较高。转子流量计的流量公式为：fffsAgVhV)(2转子流量计的刻度与被测流体的密度有关。当被测流体的密度不同于标定介质密度时，需对原刻度加以校正。本章以柏努利方程为主线，把相关的内容有机地联系起来，形成清晰的网络，如下图：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 典型例题静力学基本方程的应用【例 1-1】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度

19、h1=0.7m、密度1=800kg/m3，水层高度 h2=0.6m、密度2=1000kg/m3。（1）判断下列两关系是否成立，即pA=pApB=pB（2）计算水在玻璃管内的高度h。解： （1）判断题给两关系式是否成立pA=pA的关系成立。因A 与 A两点在静止的连通着精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A称为等压面。pB=pB的关系不能成立。 因 B 及 B两点虽在静止流体的同一水平面上，

20、但不是连通着的同一种流体，即截面B-B不是等压面。（ 2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论知，pA=pA，而 pA=pA都可以用流体静力学基本方程式计算，即pA=pa+1gh1+2gh2pA=pa+2gh 于是pa+1gh1+2gh2=pa+2gh简化上式并将已知值代入，得8000.7+10000.6=1000h解得h=1.16m 连续性方程和柏努利方程的应用【例 1-2】某车间的输水系统如右图中（1）所示，已知出口处管径为442mm，图中所示管段部分的压头损失为3.2 u2/2g，其它尺寸见图。（1）求水的体积流量vh；（2）欲使水的体积流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？（假设管路总

21、阻力仍不变）解： （1）求 vh取高位槽水面为1-1 截面，水管出口为2-2 截面，以地面为基准水平面。在两截面间列1N 流体为基准的柏努利方程：feHgPguzHgPguz2222121122各量确定如下：z1=8m，z2=3m，u10 ，u2可求出（待求量）P1=P2=0（表压），He=0，guHf22.322将以上各值代入柏式：81.922 .3081.92300082222uu可得： u22=23.36，u=4.83m/s 而84.21360083. 4)04.0(4V2hm3/h （2）当总阻力不变时，要是水量增加20%， （管径也不变） ，实际上是增大水的流速，即u2=1.2u2=

22、1.2 4.83=5.8m/s。设 a-a 截面与 1-1 截面的高差为h。 图中（ 2）所示在a-a 与精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 2-2 截面间列出柏式：fHguzhz2)()(2221代入各值可得：81.92)8 .5(2.4381.92)()2.31(38222uh解出 h=2.20m 柏努利方程的综合练习水从贮槽 A经图示的装置流向某设备。贮槽内水位恒定，管路直径为893.5mm，管路上装一闸阀C，闸阀前距管路入口

23、端26m处安一个 U形管压差计，指示液为汞，测压点与管路出口之间距离25m 。试计算：（1）当闸阀关闭时测得h=1.6 m ，R=0.7 m；当闸阀部分开启时，h=1.5 m ，R=0.5 m。管路摩擦系数023.0，则每小时从管中流出的水量及此时闸阀的当量长度为若干？（2）当闸阀全开时（022.0,15dle） ，测压点B处的表压强为若干？解：该题为静力学基本方程、柏努利方程、连续性方程、管路阻力方程的联合应用的综合练习题。（1）水的流量及闸阀的当量长度首先根据闸阀全关时的h、R 值，用静力学方程求H。在 11 与 BB 两截面之间列柏努利方程式求流速，然后再用连续性方程求流量、用阻力方程求

24、el。闸阀全关时，对U 形管等压面44 列静力学方程得；mhRHgRghH92. 76. 11000136007. 0)(00当闸阀部分开启时，以管中心线为基准面，在1 1 与 BB 两截面之间列柏努利方程得2)5 .1(21udlpgHB式中： H=7.92m,el=26m， =0.023，d=0.082m 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 将有关数据代入上式解得u=2.417m/s 在 BB 与 22 截面之间列柏努利方程得解

25、得el=38.4m (2)阀门全开时得PB以管中心线为基准面，在11 与 22 两截面之间列柏努利方程求得管内速度，再在BB 与 22 截面之间列柏努利方程求PB。在 11 与 22 之间列柏努利方程得解得： u=3.164m/s 在 BB 与 22 之间列柏努利方程得第二章流体输送机械离心泵离心泵不仅因其结构简单、流量均匀、易于控制及调节、可耐腐蚀材料制造等优点，因而应用广泛。而且还在于将其作为流体力学的一个实例，具有典型性。1.离心泵的工作原理和基本结构（1）工作原理依靠高速旋转的叶轮，液体在贯性离心力作用下自叶轮中心被抛向外周并获得能量，最终体现为液体静压能的增加。围绕工作原理，应搞清如

26、下概念和术语：无自吸力，启动前要“灌泵”，吸入管路安装单向底阀，以避免气缚现象发生。（2）基本结构离心泵的基本结构分为两部分：供能装置叶轮，按机械结构分为闭式、半闭式与开式； 按吸叶方式分为单吸式（注意轴向推力及平衡孔） 、双吸式两种；按叶片形状分后弯、经向及前弯。集液及转能装置蜗壳及导向轮。蜗牛形泵壳、 后弯叶片及导向轮均可使动能有效地转化为静压能，提高泵的效率。 另外，泵的轴封装置有填料函、机械（端面）密封两种。2离心泵的基本方程式A 离心泵的工作原理表达式215082.051022.092.7807.92uaBBPPudlP3522510002164. 315082.025022. 02

27、15222即aBPghRP51980807.9)10005. 1136005. 0()(0hmsmAuVS/94.45/01276.0417. 2082.043322417.2082.025023.01000519802222eeBludllP即精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 23 页 - - - - - - - - - - gccgwwguuHT222212222212122,下标 1、2 表示叶片的入扣和出口。该式说明离心泵的理论压头由两部分组成，其右边前两项代表液体流经

28、叶轮后所增加的静压能，以pH表示； 最后一项说明液体流经叶轮后所增加的动能，以cH表示，其中有一部分转化为静压能，即gwwguuHp2222212122，gccHc22122则cpTHHH,B 分析影响因素的表达式TTQbDgctguguH222222,泵的理论流量表达式为：222,bDCQrT式中2,rC为液体叶轮出口处绝对速度的径向分量，m/s。公式TTQbDgctguguH222222,表明了离心泵的理论压头与理论流量、叶轮的转速和直径、叶片几何形状之间的关系，用于分析各项因素对,TH的影响。3离心泵的性能参数与特性曲线（1）离心泵的性能参数离心泵的主要性能参数包括如下四项，即流量 Q：

29、离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积，单位为m3/s 或 m3/h。Q与泵的结构、尺寸、转速等有关，还受管路特性的影响。压头 H：离心泵的压头又称扬程，它是指离心泵对单位重量（1N ）液体所提供的有效能量，单位为m 。H与泵的结构、尺寸、转速及流量有关。效率：效率用来反映离心泵中容积损失、机械损失和水力损失三项能量损失的总影响，称为总效率。一般小型泵为50%70%，大型泵的效率可达90%。有效功率和轴功率HgQNe102/1000/HQNNe（2）离心泵的特性曲线表示离心泵的压头H、功率 N、效率与流量Q之间的关系曲线称离心泵的特性曲线或工作性能曲线。特性曲线是在固定转速下用20的清水于

30、常压下由实验测定。对离心泵的特性曲线，应掌握如下要点：每种型号的离心泵在特定转速下有其独有的特性曲线。在固定转速下，离心泵的流量和压头不随被输送流体的密度而变，泵的效率也不随精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 密度而变，但泵的轴功率与液体的密度成正比。当 Q=0 时，轴功率最低，启动泵和停泵应关出口阀。停泵关闭出口阀还防止设备内液体倒流、防止损坏泵的叶轮的作用。若被输送液体粘度比清水的大得多时（运动粘度sm /10225） ，泵的

31、流量、压头都减小，效率下降，轴功率增大。，即泵原来的特性曲线不再适用，需要进行换算。当离心泵的转速或叶轮直径发生变化时，其特性曲线需要进行换算。在忽略效率变化的前提下，采用如下两个定律进行换算：比例定律：2121nnQQ；22121nnHH；22121nnNN切割定律：22DDQQ；222DDHH；222DDNN离心泵铭牌上所标的流量和压头，是泵在最高效率点所对应的性能参数（Qs、Hs、Ns） ，称为设计点。泵应在高效区（即92%max的范围内）工作。4离心泵的工作点与流量调节（1）管路特性方程式及特性曲线gudllgugpZHee2222在特定管路系统中，于一定条件下工作时，若输送管路的直径

32、均一，忽略摩擦系数随Re 的变化，则上式可写作：2eeBQKH。此式即管路特性方程式，它表明管路中液体的流量 Qe 与压头 He 之间的关系。表示He 与 Qe的关系曲线称为管路特性曲线。（2）离心泵的工作点联立求解管路特性方程式和离心泵的特性方程式所得的流量和压头即为泵的工作点。若将离心泵的特性曲线HQ 与其所在管路特性曲线He Qe绘于同一座标上，两交点M 称为泵在该管路上的工作点。(3)离心泵的流量调节离心泵的流量调节即改变泵的工作点，可通过改变管路特性或泵的特性来实现。5离心泵的安装高度离心泵的安装高度受液面的压强0p、流体的性质及流量、操作温度及泵的本身性能所影响。安装合理的泵，在一

33、年四季操作中都不应该发生气蚀现象。（1）离心泵的安装高度的限制在附图 1 所示的贮槽液面（为0 0 截面）与离心泵吸入口截面（为11 截面）之间列柏努利方程式，得10,21102fgHgugppH离心泵的安装高度受吸入口附近最低允许压强的限制，其极限值为操作条件下液体的饱和蒸汽压vp。泵的吸入口附近压强等于或低于vp，将发生气蚀现象。泵的扬程较正常值下降3%以上即标志着气蚀现象产生。气蚀的危害是：泵体产生振动和噪音。泵的性能（Q、H、）下降。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 2

34、3 页 - - - - - - - - - - 泵壳及叶轮冲蚀（点蚀到裂缝）。注意区别气缚与气蚀现象。（2）离心泵的允许安装高度离心泵的抗气蚀性能：a)允许气蚀余量；为防止气蚀现象发生，在泵吸入口处液体的静压头gp1与动压头gu212之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头gpv某一最小值，此最小值即为离心泵的允许气蚀余量，即gpgugphv2211。在 IS 系列泵的手册中列出必须允许气蚀余量的数据。按标准规定， 实际气蚀余量NSPH为h+0.5m。其值随流量增大而加大。b)允许吸上真空度： 现在工厂仍在运行的B 型水泵常用允许吸上真空度sH来表示离心泵的抗气蚀性能，其定义为：gppHvs

35、0。与泵的结构、被输送液体的性质、当地的大气压强及温度有关，且随流量的加大而减小。一般sH为实验条件下输送水时的允许吸上真空度，即在水泵性能表上查得的数值（m 水柱），操作条件下输送液体时的允许吸上真空度为：离心泵的允许安装高度：将式gpgugphv2211与式gppHvs0代入公式10,21102fgHgugppH便可得到泵的允许安装高度计算式：10,0fvgHhgppH或10,212fsgHguHH离心泵的安装高度应以当地操作的最高温度和最大流量为依据。工程上为了安全起见，离心泵的实际安装高度比允许安装高度还要低0.51.0m。若泵的允许安装高度较小时，可采用措施减小10,fH，或把泵安装

36、在液面下，利用位差使液体自动灌入泵壳内。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1=6，90 曲弯头阻力系数2=0.3，摩擦阻力系数=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=70% ，泵出口阻力可忽略） 。解： （1）在水槽截面与吸入口截面列柏氏方程得：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -

37、- -第 13 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 已知：0z=0，1z=gH，0u=0，91m/s.136001 .0785.054u21，6mgppH10s，2.29m807.9291.1)3 .061.02003.0(H2f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。（2）在水槽截面与泵出管口截面列柏氏方程得：因02pp（通大气），0u，10mz，29m.2Hf故29m.122.2910He泵所需功率为：58kw.236007.0/807.910005429.12/gQHNe例 2：用离心泵将20的清水送到某设备中，泵的前

38、后分别装有真空表和压强表。已知泵吸入管路的压头损失为2.4m， 动压头为0.2m， 水面与泵吸入口中心线之间的垂直距离为2.2m，操作条件下泵的允许气蚀余量为3.7m。试求：真空表的读数为若干KPa？当水温由20 升到 60 （此时饱和蒸汽压为19.42KPa）时，发现真空计与压强表的读数跳动，流量骤然下降，试问出现了什么故障并提出排除措施。当地大气压为98.1KPa。g2)l(gg2gg22112110200udpuzpuzf2eHgg2Hpuz精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，

39、共 23 页 - - - - - - - - - - 解： （1）真空表地读数在水面 00 与泵入口 11 之间列柏努利方程得：整理上式得：由题给数据知：Z1=2.2m 此即为真空表得读数。2）判断故障及排除措施当水温由 20升到 60 时由于水的饱和蒸汽压增大，泵吸入口压强若低于操作温度下水的饱和蒸汽压强，则可能出现气蚀现象，下面通过核算安装高度来验证：20 清水时，泵的允许安装高度为：Hg 实际安装高度，故可安全运行。当输送 60水时，水的密度为983.2kg/m3, 饱和蒸汽压19.92KPa 则: 泵的实际安装高度比允许安装高度再降0.5 1.0m，显然安装高度为2.2m 时，输送 6

40、0 水可能出现气蚀现象。防止气蚀现象发生的措施如下：降低泵的实际安装高度。适当加大吸入管径或采用其它措施减小吸入管路的压头损失注：当其它条件相同时，水温升高，流量加大，泵的允许安装高度下降，故确定允许安装高度时，应以一年四季中的最高水温和最大流量为依据。第三章非均相物系的分离1颗粒及颗粒床层的特性（1）球形颗粒不言而喻， 球形颗粒的形状为球形，其尺寸由直径d 来确定， 其他有关参数均可表示为直径 d 的函数，诸如：体积63dV；表面积2ds；比表面积dVSa6等。10121102fHgpguZgp10211102fHguZgppafKPgHguZpp4707481. 91000)4 .22.0

41、2 .2()2(1021110mgu2 .02/21mHf4.210mHhgppHfvg87.32.27 .381.9100010)238.21 .98(3100mHg07.22.27.381.9100010)92.191.98(3精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 23 页 - - - - - - - - - - （2）非球形颗粒非球形颗粒必须有两个参数才能确定其特性即球形度和当量直径。球形度s颗粒的球形度又称形状系数定义为与该颗粒体积相等的球体的表面积除以颗粒的表面积，即ps

42、SS。对非球形颗粒，总有s0）和等速运动（ddu=0）两个阶段。等速运动阶段颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度或终端速度，用tu表示。沉降速度的通式当ddu=0 时，tuu，由力平衡式可得：3)(4gdust阻力系数值是沉降雷诺准数)/(Rettdu与球形度或形状系数s的函数，即),(Restf对于球形颗粒，三个沉降区域的与tRe的关系式为：滞流区或斯托克斯定律区（410tRe1） ：tRe24精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 23 页 - - - - - - - - - -

43、 过渡区或艾伦定律区（1tRe310） ：6 .0Re5.18t湍流区或牛顿定律区（310tRe5102） ：44.0颗粒在三个沉降区域相应沉降速度表达式为：滞流区18)(2gdust（斯托克斯公式）过渡区6.0Re)(27.0tstgdu（艾伦公式）湍流区gdust)(74.1（牛顿公式）影响沉降速度的因素a由各区沉降速度的表达式可看出，沉降速度由颗粒特性（d、s）及流体特性（、）综合因素决定，但各区粘度的影响相差悬殊：在滞流沉降区， 流体的粘性引起的表面摩擦力占主要地位；在湍流区，流体的粘性对沉降速度已无影响，形体阻力占主要地位；在过渡区表面摩擦力和形体阻力二者都不可忽略。b随s值减小，阻

44、力系数值加大，在相同条件下，沉降速度tu变小。c当悬浮物系中分散相浓度较高时将发生干扰沉降，某些情况下对容器壁的影响要予以校正。沉降速度的计算在给定介质中颗粒的沉降速度可采用以下方法计算。a试差法：一般先假定在滞流沉降区，用斯托克斯公式求出tu后，再校核tRe。b用无因次数群K值判断流型：32)(gdKs。 斯托克斯定律区K值上限为2.62 ，牛顿定律区K值下限为69.1 。c摩擦数群法：已知颗粒沉降速度tu求粒径 d 或对于非球形颗粒的沉降计算，此法非常方便。（2）重力沉降设备利用重力沉降是分散物质从分散介质中分离出来的设备称为重力沉降设备。从气流中分离出尘粒的设备称为降尘室；用来提高悬浮液

45、浓度并同时得到澄清液的设备称为沉降槽，也称增稠器或澄清器。重点掌握降尘室的有关内容。降尘室的设计或操作原则从理论上讲，气体在降尘室内停留时间至少必须等于或略大于颗粒从降尘室的最高点降落至室底所需要的时间t，即：tuHul/。同时，气体在室内的流动雷诺准数)/Re(uDe应处于滞流区，以免干扰颗粒的沉降或使已经沉降的精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 颗粒重新扬起。降尘室的生产能力气体在降尘室内的水平通过速度为：有)/(bHVus则

46、tsbluV从理论上讲，降尘室的生产能力sV只与其底面积bl及颗粒的沉降速度tu有关，而与高度 H 无关。多层降尘室在保证除尘效果的前提下，为提高降尘室的生产能力，可在室内均匀设置若干层水平隔板，构成多层降尘室。隔板间距一般为40100mm。若降尘室内共设n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力为：tsblunV) 1(。分级器欲使悬浮液中不同粒度的颗粒进行初步分离，或者使两种不同密度的颗粒进行分类，可藉分级器来完成。32 离心沉降依靠惯性离心力场的作用而实现沉降过程称为离心沉降。一般含尘气体的离心沉降在旋风分离器中进行；液固悬浮物系在旋液分离器或沉降离心机中进行离心沉降。（1）离心沉降速度把重力

47、沉降诸式中的重力加速度改为离心加速度便可用来计算相应的离心沉降速度。离心沉降速度的通式RuduTsr23)(4离心沉降速度在斯托克斯定律区的离心沉降速度为：RuduTsr2218)(离心分离因数同一颗粒在同一介质中，所在位置上的离心力场强度与重力场强度的比值称为离心分离因数，用CK表示：gRuKTC2。CK是离心分离设备的重要指标。旋风分离器与旋液分离器的CK值一般在52500 之间，某些高速离心机的CK值可达数十万。（2）旋风分离器的操作原理含尘气体在器内作螺旋运动时，由于存在密度差，颗粒在惯性离心力作用下被抛向器壁面与气流分离。 外旋流上部为主要除尘区，净化气沿内旋流从排气管排出。内外旋流

48、气体的旋转方向相同。旋风分离器一般分离力粒径5-200 m颗粒，大于200 m 颗粒因对器壁有磨损，采用重力沉降。（3）旋风分离器的性能参数除离心分离因数CK外，评价旋风分离器的主要性能指标是分离效率和压强降。旋风分离器的分离效率包括理论上能够完全被除去的最小颗粒尺寸（称为临界粒径，用Cd表示）及尘粒从气流中分离出来的质量分率。a临界粒径：Cd可用下式估算：iseCuNBd9显然，Cd愈小，分离效率愈高。 采用若干个小旋风分离器并联操作（称旋风分离器组） 、精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第

49、19 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 降低气体温度（减小粘度）、适当提高入口气速，均有利于提高分离效率。b分离总效率：指进入旋风分离器的全部颗粒被分离出来的质量百分率，即%1001210CCCc粒级效率：指规定粒径id的颗粒被分离下来的质量百分率，即%100121iiipCCCp与id的关系可用粒级效率曲线（即pid关系曲线） 或用通用粒级效率曲线（即p50/ ddi关系曲线）表示。图中的50d是粒级效率恰好为50%的颗粒直径， 称为分割粒径。 对标准旋风分离器，50d可用下式估算：isuDd)(27. 050d由粒级效率求总效率：如果已知气流中所含尘粒的粒度分布数据

50、，则可用通用粒级效率曲线按下式估算总效率，即：piniix10。旋风分离器的压强降压强降可表示为进口气体动能的倍数，即：22iup。式中为阻力系数。同一结构形式及相同尺寸比例的旋风分离器，不论其尺寸大小，值为常数。标准旋风分离器，可取=8。4. 过滤过滤是分离悬浮液最常用最有效的单元操作之一。其突出优点是使悬浮液分离更迅速更彻底（于沉降相比） ，耗能较低（与干燥、蒸发相比）。（1）过滤操作的基本概念过滤是以多孔物质为介质，在外力作用下， 使悬浮液中的液体通过介质的孔道，固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的操作。被处理的悬浮液称为滤浆或料浆，穿过多孔介质的液体称为滤液，被截留的介固体物质称