《化工原理》课程实施大纲.docx

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1、化工原理课程实施大纲目录1教学理念12课程介绍1课程的性质12.1 课程在学科专业结构中的地位、作用1学习本课程的必要性13教师简介错误!未定义书签。3.1 教师的职称、学历错误!未定义书签。3.2 教育背景错误!未定义书签。3.3研究兴趣（方向）错误!未定义书签。4先修课程25课程目标26课程内容2课程的内容概要和学时安排26.1 各章教学重点和难点37课程实施3教学单元一37.1.1 教学时间：3教学目标：37.1.2 教学内容（含重点、难点）:3教学过程：37.1.3 教学方法：6作业安排及课后反思：67.2 教学单元二6教学时间：67.2.1 教学目标：6教学内容（含重点、难点）： 6

2、7.2.2 教学过程：6教学方法：87.2.3 作业安排及课后反思：9教学单元三97.2.4 教学时间： 9教学目标：97.2.5 教学内容（含重点、难点）: 9教学过程： 97.2.6 教学方法：9736作业安排及课后反思：107.3 教学单元四10教学时间：107.3.1 教学目标：102、（1）质量守恒、能量守恒、动量守恒（2）平衡状态、过程速率（3）经济效益教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学。1.1.5 作业安排及课后反思：作业：P8第1、3、4题。思考题：1、何谓单元操作？如何分类？ 2、联系各单元操作的两条主线是什么？ 3、 单位换算的原则和方法是什么？6.2 教

3、学单元二教学时间：课次：第2次；课时：2学时教学目标：1 . 了解流体的连续性假定。熟悉流体流动的研究方法一拉格朗日法和欧拉法。2 .掌握流体的物性，流体流动中的作用力。3 .掌握流体静力学基本方程及其应用。623教学内容（含重点、难点）：内容：流体的特点及其物理性质（密度和压力），流体流动中的作用力，流体静力学 基本方程的推导、讨论和应用。重点：流体的特点及其物理性质（密度和黏度）；流体静力学基本方程及其应用。难点：剪应力和粘度的概念；U管压差计：举例说明（3种不同情况）以加深理解。4 .2.4教学过程：第一节概述一、流体流动的考察方法1、什么是流体？2、流体的连续性假定。3、流体流动的考察

4、方法。二、流体流动中受到的作用力1、体积力1）体积力的定义；2）密度的概念：（1）气体的密度；（2）液体的密度。2、表面力1）压力的概念：（1）压力的定义；（2）压力的单位；（3）压力的表示方法。举例说明表 压、真空度和绝对压强的关系和计算（如图1）。表压工一大气压绝压鲫零压图1.表压和真空度示意图2）剪应力和粘度：（1）牛顿粘性定律；（2）粘度的概念、单位、影响因素、物理意义。第二节流体静止的基本方程式一、静力学基本方程的推导：（如图2）：图2.微元流体的静力平衡z方向：pdxdy-(p + - dz)dxdy-pgdxdydz = 0 dz夕g=0=0P = Po + Pgh流体静力学方程

5、二、流体静力学方程的应用条件：静止的、连通着的同一种连续流体的内部。三、静力学基本方程的讨论：1、总势能守恒；2、等压面：在静止连续的同一液体内，水平面必为等压面；3、传递定律一一巴斯嘎定理：压力可传递；4、可以用液柱高度来表示压力差或压力。四、静力学基本方程的应用：1、压差计 manometer：（1）U管压差计：利用U管压差计测量管道任意两点间的压差。P- P2= （Pa- PB）gR两点间压差计算公式（2）倾斜式液柱压差计：pi-P2 = pogRsma（3）微差压差计（双液体U管压差计）：d 、pi -2 =（Q - pc）gR + pcgR AT? = R（一）式中：AR为水库的液面

6、差；dU管内径；D 水库内径2、液位的测定：例题1-73、液封及液封高度的计算：例题1-8,1-9.2.5教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学。626作业安排及课后反思：作业：P76第1,3,4题。思考题：流体流动与刚体运动的主要区别。6.3 教学单元三教学时间：课次：第3次；课时：2学时教学目标：熟悉流量和流速等概念；稳态流动和非稳态流动；掌握连续性方程。633教学内容(含重点、难点)：内容：流量，流速，连续性方程。重点：连续性方程。6.3.4 教学过程：第三节流体流动的基本方程一、流量(Flow Rate)与流速(Velocity)：1、体积流量Vs； m3/s; 2、质量

7、流量Ws； kg/s,3、流速u； m/s; 4、质量流速(质量通量)G； kg/m2-s二、稳态流动与非稳态流动(Steady flow and Unsteady flow)：与时间是否有关。三、物料衡算连续性方程(Continuity Equation)：1、连续性方程的导出：通式： ms =夕阳4 =夕242A2 =ItAp =常数不可压缩流体：=u2A2不可压缩流体在圆形直管中：=v u2 a J6.3.5 教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学，对难于口头描述的部分进行演示 实验，帮助学生的理解。636作业安排及课后反思：作业：P77第7、8题。思考题：生产实际中，管道

8、直径应如何确定?6.4教学单元IU!教学时间:课次：第4次；课时：2学时教学目标：掌握机械能衡算方程。6.4.2 教学内容（含重点、难点）：内容：机械能衡算方程。重点难点：机械能衡算方程。6.4.3 教学过程：一、总能量衡算方程：1、能量形式：（如表1）流体本身具有的能量（1）内能；（2）动能；（3）位能；（4）压力能外界提供的能量（1）热；（2）功表L流体及流动有关能量（运动着的流体涉及的能量形式）种类流体具有的能量与环境交换 能量内能位能动能静压能执 ）、量外功mKg流体(J)mUmgz1/2mu2pVmQemWeIKg流体Ugz1/2pvQeWe(J/Kg)u22、总能量衡算：(如图3)

9、1换热器2一泵图3.柏努利方程的推导总能量衡算，对于定态流动系统：X输入能量输出能量22即 AU + gAz +土+ A(切=2+叱,一一(1一164)二、流动系统的机械能衡算柏努利方程(Bernoulli Equation)方程的导出:22除+弓+也=gZ2+* +，+叫2 p2 p2增量形式：叱,= gAz + +包+ W/、 2 P对于理想流体( =0),当没有外功加入时，W/=0,叱,=0,上式可简化为:2271Pl7 U2P2gZ +T + 口 = gZ2 + 卞+ 久2 p2p最初的柏努利方程三、柏努利方程的讨论：(1)柏努利方程式的适用条件；(2)各种形式的机械能可以相互转换:图

10、4.柏努利方程的物理意义流体在管道流动时的压力变化规律（如图4所示）。（3）柏努利方程式中各项的物理意义:21）截面性质的能量：gzJL 2）沿程性质的能量：叫%2 P（4）流体静力学方程是流体动力学方程的特例。柏努利方程不但适用于流动系统， 还适用于静止系统。（5）柏努利方程的其它形式（其它衡算基准的柏努利方程）：柏努利方程的3种衡算基准形式：质量基准：1kg；重力基准：IN；体积基准：In?质量基准：1kg流体:22J/kg重量基准：1N流体:2- + h = Z22g pg2+ - + 卫 + 叫；J/N=m2g pg J22体积基准：1 n?流体：pgZi+ + Pi+WeP = Pg

11、Z2 + + P2+PWf ; J/m-Pa教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学，对难于口头描述的部分进行演示 实验，帮助学生的理解。646作业安排及课后反思：作业：P77第11、11题。思考题：为什么说静力学方程是柏努利方程的特例？6.5 教学单元五教学时间：课次：第5次；课时：2学时教学目标：掌握柏努利方程的应用。653教学内容(含重点、难点)：内容：柏努利方程的应用。重点：柏努利方程的应用。难点：截面的截取，以例题形式讲解。6.5.4 教学过程：第三节流体流动的基本方程一、柏努利方程的应用(Applications of Bernoulli Equation)1、应用柏努

12、利方程的注意事项：(1)作图并确定衡算范围(2)截面的截取(3)基准水平面的选取(4)单位必须一致(5)大口截面的流速为零。2、例题：(1)教材例题:例题 1-12,1-13,1-14,1-15(2)补充例题：例一、如图5,已知管道尺寸为夕114X4 mm,流量为85 m3/h,水在管路中流动时 的总摩擦损失为10J/kg (不包括出口阻力损失)，喷头处压力较塔内压力高20 kPa,水 从塔中流入下水道的摩擦损失可忽略不计。(塔的操作压力为常压)求：泵的有效功率。例二、如图6, 20 c的水以7 m3/h的流量流过如图所示的文丘里管，在喉颈处接 一支管与下部水槽相通。已知1-1截面处的压强为0

13、.2 at(表)，管内径为50 mm,喉颈内 径为15mm。设流动无阻力损失，大气压为101.3 kPa,水的密度取1000 kg/n?。试判断 支管中水的流向。教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学。656作业安排及课后反思：作业：P78第13、15题。思考题：截面取管出口内外侧，对动能项及出口阻力损失项计算为什么有所不同?6.6 教学单元六教学时间：课次：第6次；课时：2学时教学目标：熟悉边界层的形成、发展、分离；掌握流动类型与雷诺准数。6.6.1 教学内容（含重点、难点）：内容：流动类型与雷诺准数；滞流与湍流。重点：流动类型与雷诺准数，滞流与湍流的比较。难点：滞流与湍流的比

14、较。6.6.2 教学过程：第四节流体流动现象一、流动类型与雷诺准数（Flow Types and Reynolds Number）：1、雷诺实验（播放动画视频，帮助学生理解什么现象对应什么流型）2、雷诺数（Reynolds Number）：雷诺数的物理意义：两种完全不同的流动型态：层流、湍流圆直管内判断流动型态的依据二、管内流动的分析（滞流与湍流的比较）：1 层流：f r速度分布 U = U 1 -IIldAjrj平均流速W = 1wmax2、湍流1（速度分布u =1liKlA平均流速 =0.817三、边界层概念1、边界层的形成（如图7）：边界层的定义和边界层的厚度2、边界层的发展：（如图8）

15、层流边界层；湍流边界层；层流内层；充分发展的流动教学内容（含重点、难点）：101.1.3 教学过程：10教学方法： 121.1.4 作业安排及课后反思: 12教学单元五137.5.1 教学时间：13教学目标：137.5.2 教学内容（含重点、难点）： 13教学过程:137.5.3 教学方法: 14756作业安排及课后反思:147.6 教学单元六14教学时间:147.6.1 教学目标：14教学内容（含重点、难点）： 147.6.2 教学过程：14教学方法： 167.6.3 作业安排及课后反思： 16教学单元七167.6.4 教学时间：16教学目标：167.6.5 教学内容（含重点、难点）： 17

16、教学过程：177.6.6 教学方法：18776作业安排及课后反思： 187.7 教学单元八18教学时间：187.7.1 教学目标：18教学内容（含重点、难点）： 187.7.2 教学过程：19教学方法:207.7.3 作业安排及课后反思:20教学单元九207.7.4 教学时间: 20教学目标：207.7.5 教学内容（含重点、难点）： 20教学过程：207.7.6 教学方法：23作业安排及课后反思:237.8 教学单元十23教学时间：237.8.1 教学目标：24教学内容（含重点、难点）:247.8.2 教学过程：24图8平板上层流边界层和湍流边界层3、边界层的分离：（如图9）边界层分离的原因

17、、造成的后果。图9.边界层的分离665教学方法:以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学，对难于口头描述的部分进行演示 实验，帮助学生的理解。666作业安排及课后反思：作业：无思考题：滞流与湍流的速度分布和平均流速各为多少？为什么湍流的平均流速大于 层流的平均流速？6.7教学单元七教学时间：课次：第7次；课时：2学时教学目标：了解因次分析法；掌握管内流动的阻力损失。673教学内容（含重点、难点）:内容：管内流动的阻力损失。重点：管内流动的阻力损失。教学过程:第四节管内流动的阻力损失 阻力的分类（Classification of the Friction ）：直管阻力；局部阻力。二、阻力的表

18、现形式：压力降；三、圆形直管的阻力通式：范宁公式1、范宁（Fanning）公式：2表达式：bp, = A 2- ； J/m3生=丸 ； J/Nf Pg d 2g2、摩擦系数（摩擦因数）：影响摩擦系数的因素 四、层流时的摩擦损失：哈根-泊谡叶公式：层流时摩擦系数与雷诺准数的关系。五、湍流时的摩擦系数与因次分析法。六、湍流的摩擦损失：1、湍流的阻力2、经验公式3、Moody gragh （如图 10 所示）图10.摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系（1）坐标系：横坐标，纵坐标，参变量（2）四个区域：层流区（阻力一次方区）；过渡区；湍流区；完全湍流区（阻力平方区）教学方法：以多媒体课件和板书相结合

19、的方法进行课堂教学。676作业安排及课后反思：作业：P78第16、17题。思考题：层流边界层和层流内层的区别。为什么完全湍流区又称为阻力平方区？6.8教学单元八教学时间：课次：第8次；课时：2学时教学目标：熟悉设计型问题和操作型问题；掌握非圆形管内的摩擦损失、局部阻力损失和管内 总阻力损失的计算。683教学内容（含重点、难点）：内容：非圆形管内的摩擦损失、局部阻力损失、管内总阻力损失的计算。重点：直管与局部阻力损失；管路计算。难点：局部阻力损失；突然扩大和突然缩小；试差法；复杂管路的计算。684教学过程：第五节 管内流动的阻力损失 一、非圆形管内的摩擦损失:1、非圆管的用途2、2、当量直径d

20、= 4x流通截面积润湿周边长一刀x4二、局部阻力的计算:1、阻力系数法:2、当量长度法：2叼八十4三、突然扩大和突然缩小：突然扩大的特例：管出口；突然缩小的特例：管进口四、总管路阻力损失的计算：第六节管路计算一、计算类型：操作型问题：管路系统已固定，要求核算在某给定条件下的输送能力或某项技术指 标。、设计型问题：对于给定的流体输送任务（如一定的流体的体积，流量），选用合理且 经济的管路。关键：流速的选择计算依据：静力学方程、连续性方程、机械能衡算方程和阻力计算二、管路系统1、简单管路2、分支管路和汇合管路3、并联管路三、管路计算1、简单管路（3种情况）：流量特点、阻力损失特点2、分支管路和汇合

21、管路：流量特点、阻力损失特点（1） V = h +匕 + 匕（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。3、并联管路：流量特点、阻力损失特点（2） 丫 =匕+匕+匕（3） 2% =/= E/Z/2 = 力/3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。1.1.5 教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学。1.1.6 作业安排及课后反思：作业：P79 第 2。、21、22 题。思考题：设计型问题的计算为什么有时要用试差法？试差法的计算步骤？6.9 教学单元

22、九教学时间：课次：第9次；课时：2学时教学目标：了解根据流体静力学原理进行流量测量的方法；熟悉各种流量计优缺点和适用场合; 掌握变压头流量计和变截面流量计测量流量的原理及其计算。693教学内容（含重点、难点）：内容：变压头流量计：测速管、孔板流量计和文丘里流量计；变截面流量计：转子流量计。重点：孔板流量计和转子流量计。难点：孔板流量计的永久压力降。6.9.4 教学过程：第七节流量测量（一）变压头流量计：一、测速管：1、测速管的结构与安装：与流动方向平行安装2、测速管的工作原理测流量时：放置在管中心= max = 平均=Vsu = 2Rg（p -p）!p测速管测定管内流体的基本原理和换算公式实际

23、使用时：m = c/亚三瓦；c=0.981.003、测速管优缺点：优点：阻力小，可测得点速度，可测局部阻力缺点：不能直接测出平均速度，压差读数小，常需放大才读得准。4、注意事项二、孔板流量计：1、孔板流量计的结构及安装（如图11和图12）：图11.孔板流量计示意图图12.孔板流量计及孔板后的压力变化垂直于流体流动方向安装；且上下游各有一段等径直管作为稳定段。2、孔板流量计的工作原理：突然缩小，突然扩大，测出孔板上、下两个固定位置之间的压力变化大小，便可计 量出流量的大小。12网以一夕） /% =。01；m/s体积流量：孰4 , 一0 ; m3/s3、孔板流量计永久压力降。4、孔板流量计的优缺点

24、：优点：廉价，读数容易，构造简单，安装方便，流量一般可查图。通过对匕=C0Ao一夕）取对数后,Vs与R成线性关系缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大，额外给管路增加局部阻力，因为截面 A变化太突然。hf=：C：Rg（p-p）l p三、文丘里流量计：孔板流量计的变形，逐渐收缩，逐渐扩大。1、文丘里流量计的结构：渐缩渐扩的锥管。2、文丘里流量计的原理：匕=国 G，的值一般为0.980.99。3、文丘里流量计的优缺点：优点：阻力损失小，对测量含有固体颗粒的液体也较孔板合用。缺点：加工精度要求较高，加工较难，造价较高，并且在安装时流量计本身占据较 长的管长位置。（二）变截面流量计：转子流量计：直接可

25、以看到流量1、转子流量计的结构、安装及读数：由一个倒锥形的玻璃管（截面自小而上稍微扩大）和一个能上下移动并且比流体密 度大的转子（金属或其它材料）所构成。转子的上浮高度，可以表示流体的流量。安装：垂直安装在流体管路上。读数：转子的上截面。2、转子流量计原理（如图13所示）：靠力的平衡测量。体积流量：匕=24=Cr4p叫体对转子的压力出力I浮力”Qg11 Af重力由符 M体对转子的压力出力 图13.转子平衡示意图3、转子流量计的优缺点：优点：压力损失小，可测范围宽，无须保留稳定段。缺点：不耐压，垂直安装（流体只能垂直向上流动），不能远传。4、转子流量计校正：标定：出厂时液体流量计用20。C的水；

26、气体流量计用20。C及latm的空气进行 实际标定的，并将流量值刻在玻璃管上。校正：当应用测量其它流体时需对原有刻度进行校正，设标定流体与工作流体的 CR相等。使用时若流体的条件与标定条件不符时，应实验标定或进行刻度换算。6.9.5 教学方法：以多媒体课件和板书相结合的方法进行课堂教学，对各流量计的工作原理进行实物 教学，帮助学生的理解。696作业安排及课后反思：作业：P81第29题。思考题：为什么说孔板流量计Ao/Ai的值，往往是设计该流量计的核心问题？为什 么孔板的缩口愈小，阻力损失愈大？6.10 教学单元十教学时间:课次：第10次；课时：2学时教学目标：系统复习第一章所学内容。6.10.

27、1 教学内容（含重点、难点）：复习流体静力学基本方程及其应用，连续性方程和伯努利方程，计算流体流动阻力 大小，管路计算和流量调节。重点：流体静力学基本方程，连续性方程，伯努利方程和范宁公式难点：伯努利方程和范宁公式教学过程：6.10.2 教学方法：举例法，通过具体例子展示说明几个重要方程的应用条件。6.11 教学单元十一教学时间:课次：第11次；课时：2学时教学目标：掌握离心泵的结构、工作原理；掌握离心泵基本方程及推导。6.1L3教学内容（含重点、难点）：1、离心泵的工作原理；2、离心泵的主要部件；3、离心泵基本方程的推导及讨论;重点：离心泵的基本方程式;难点：离心泵的基本方程式推导。教学过程

28、：流体输送需要离心泵的原因：1）能量损失；2）低位向高位；3）低压向高压方法：使流体获得机械能（流体输送设备）按被输送流体：泵输送液体气体通风机、鼓风机、压缩机、真空泵一、管路特性曲线对确定的管路系统，补充的机械能？ ？如图所示，取1-1、2-2截面，基准面：1-1对单位重量的流体列柏努利方程：4+以+互+“6 =乙+武+4+%2g gp- 2g gp /只要管路系统的布置确定，则Zl、Z2、pi、P2为定值，即上式可变形为:He=P2-P +（Z2_Z）+-M|2 +HgP2gHe = A+U2U +Hf2g /动压头差可忽略不计N M2，=平广孕看其中七N M2，=平广孕看其中七i：第i直

29、管段，由于摩擦系数九随流量的变化幅度不大，可以被作为常数处理。对确定的管路系统，当流体从低能位向高能位流动时，随着管路中被输送的流体流量增加单位零流场赞2输送机械获得的机械能增加。将各管段的流速与流量、 管径的买熹炊嬴解。则：Hf = BQe2影响管蹦黄性的因素：阻力部分（包括管径、管 长、管件数量、相对粗糙度）、势能增加（位能差）AZ、 p、（p2-pi）/pgo二、流体输送机械的分类：按流体输送机械的作用原理不同，可以分为： 动力式（叶轮式）：包括离心泵、轴流泵等； 容积式（正位移式）：包括往复泵、旋转泵等； 其它类型：指不属于上述两类的其它形式，如喷 射泵。由于气体的密度和压缩性与液体有

30、显著差异，使 气体和液体输送机械在结构和特性上有不同之处。三、评价流体输送设备性能的重要参数教学方法： 247.11 教学单元十一24教学时间：247.11.1 教学目标：24教学内容（含重点、难点）：247.11.2 教学过程：24教学方法：317.12 教学单元十二31教学时间：317.12.1 教学目标：31教学内容（含重点、难点）：317.12.2 教学过程：31教学方法： 347.12.3 作业安排及课后反思： 34教学单元十三347.12.4 教学时间：34教学目标：347.12.5 教学内容（含重点、难点）：34教学过程： 347.12.6 教学方法：38作业安排及课后反思： 3

31、87.13 教学单元十四38教学时间：387.13.1 教学目标：39教学内容（含重点、难点）:397.13.2 教学过程：39教学方法： 427.13.3 作业安排及课后反思： 42教学单元十五437.13.4 教学时间：43教学目标：437.13.5 教学内容（含重点、难点）：43教学过程：437.13.6 教学方法： 47作业安排及课后反思： 477.14 教学单元十六47教学时间：477.14.1 教学目标：48教学内容（含重点、难点）： 487.14.2 教学过程：48教学方法： 487.14.3 作业安排及课后反思： 488 .课程要求489课程考核48扬程：单位重量流体从流体输送

32、设备上获得的机械能，以H表示，也称为压头。 流量：单位时间内，流体输送设备提供给管路系统的流体体积量，以Q表示。除扬程、流量外，用于描述流体输送设备性能的还有该设备的效率小轴功率N等，离心泵：离心泵是典型的高速旋转叶轮式液体输送机械，在泵类机械中具有很好的 代表性。其特点是泵的流量与压头灵活可调、输液量稳定且适用介质范围很广。一、离心泵的工作原理与主要部件液体注满泉壳,叶轮八速旋科.湫体在离 心力作用F户工离速发,岛速没体势过逐 渐大的泵交通道，M限头转殳为挣年头1、离心泵的工作原理：叶轮 旋转，流体获得离心力被甩出去， 在叶轮中心形成真空，将低位流体 吸上来，被甩出去的流体被蜗壳收 集起来，

33、并将动能转化成静压能， 从而在出口被高压压出去，从而形 成连续的流体输送。灌泵：在离心泵启动之前，使 需要先向壳内充满被输送的流体。启动：叶轮随泵轴一起在原动 机的带动下旋转，在叶轮中央形成 低压区，并通过吸入管，不断把液 体从贮槽吸入叶轮。在离心力的作用下，液体在叶轮上获得机械能后进入泵壳，再进入 排除管道。若启动是不灌泵，就会形成“气缚”现象。离心泵启动时，如果泵内存有空气，由于 空气密度相对于输送液体很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压 不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。此种现象称为离心泵的气缚现 象。2、主要部件离心泵主要由包括叶轮和泵轴的旋转部件、包

34、括泵壳、填料函、轴承等的静止部 件。叶轮闭式：在叶片两侧具有盖板的叶轮。特点：效率高，适用于输送清洁流体。半闭式：在叶片一侧具有盖板的叶轮。特点：效率比闭式叶轮低，但比开式高，适 用于输送较清洁流体。开式：叶片两侧无盖板。特点：效率低，但适用于输送含颗粒流体。单吸式：叶轮一侧能吸入流体；双吸式：叶轮两侧均能吸入流体。闭式叶轮的内漏较弱些，开式叶轮的最大。但开式叶轮和半闭式叶轮不易发生堵塞现象。离心泵的轴向推动力向力思考：三种叶轮 的效率呢？ ？叶轮的轴向力原因：液体作用 于叶轮前后两侧的 压力不等。危害：将导致轴泵内液体泄漏示意图及叶轮的窜动和叶轮与泵壳的相互研磨。消除：在叶轮后盖板上开平衡小

35、孔。泵壳：汇集液体，并导出液体；能量转换装置导轮的作用时因碰撞引起的能量损失； 压能。高压液体外流，防止空气侵密封。好，但价格高。减少液体直接进入泵壳 并使部分动能转化为静 密封装置目的：减少泵内 入泵内。分类：填料密封和机械 比较：机械密封的效果离心泵的基本方程离心泵在理想工作状况 1. 下时，从理论上表示离心泵的扬程与、 泵的结构、尺寸、转速及流量等因素 间的关系。离心泵的理想工作状况：流体为 理想流体，即流体在泵里流动时没有 流动阻力；叶轮的叶片数量为无穷多， 即液体质点完全沿着叶片表面走。液体通过叶轮的流动速度三角形：W：液体相对于叶片的相对速度;U：圆周运动速度；C：绝对运动速度，即

36、液体质点相对于地面的速度;夕:流动角。由卬、C构成的称速度三角形。(1)M- 2c2M2 COS a222 12cWj =q +4 _2cmcos%离心泵基本方程的推导当由液体从叶轮上流过时，设：理想流体，即无流体阻力；流动为定态；叶轮数量 为无限多，即液体的流动途径与叶片完全吻合、角速度沿半径方向不变，则在叶片入口截面和叶片出口 2-2,截面由柏努利方程得，单位重量流体获得的机械能为：1 00FH7看位能差忽略不计!（1）离心力做功R2 jtR2 n 2f dR = f -dR =J 0J 0R OR 5(2)能量转换：流道逐渐扩大，流体通过时动能转换为静压能:2g因此，单位重量液体通过叶轮

37、后静压头增量为：一 2 一 22所以有:HtsHp一 % 叱 一/2g2g2g2g利用速度三角形，可以将离心泵的理论扬程表示为:_ u2c2 cos a2 - cos a 700 二(2)为了获得较高的扬程，在离心泵的设计时，通 常使液体不产生预旋而从径向进入叶轮，即ou=9O。, 则离心泵的理论扬程为：_ u2c2 cos a2 too =g(3)理论流量Qt：设叶轮出口宽度为b2,直径D2,则：Qt=7cD2b2C2g COS 心=% C 9 cot &由出口速度三角形得：2222k2所以:1 00_ 2.2 Ct B? 0gg 兀 D2b2 T(4)其中,rcDn60离心泵基本方程式的讨

38、论1)叶轮的直径与转速：从(3)式、速度三角形可知，在其它条件不变时，随着转速 或叶轮直径增大，则离心泵的理论扬程增加。2)叶片形状：按叶片的弯曲方向，可分为后弯叶片、径向叶片和前弯叶片，其流动角如下图所示。后弯叶片径向叶片前弯叶片后弯叶片:分90。,当二g径向叶片：分=90。,%= g前弯叶片：月290。,%左-g思考：为什么在工业上多用后弯叶片？ ？后弯叶片:分90。,当二g径向叶片：分=90。,%= g前弯叶片：月290。,%左-g思考：为什么在工业上多用后弯叶片？ ？3) Qt对理论扬程的影响:Ht=A-BQtu2 cot B?g7iD2b24)理论扬程与实际扬程4)理论扬程与实际扬程

39、叶片间的环流流量6.1L5教学方法:本单元内容属于基本概念性内容，内容多、范围广与中学物理知识联系紧密， 主要通过教师课前组织大量的典型素材、举例和制作的PPT课件，通过现代多媒体 教学技术进行演示，教师课堂教学，通过讲授法、提问法和案例分析，让学生对本 专业和课程有一定的了解。本单元的教学方法以教师讲解+课堂提问的方法完成。 理论讲解与推导：离心泵基本方程的推导，及影响离心泵性能的因素，采用分析方 程中参数变化对方程的影响。作业安排及课后反思： 作业：P290第2题。思考题：课后思考：影响叶轮效率的因素是什么？猜想：离心泵的功率与哪些因素 有关？离心泵是把流体甩出去（提供高动能）还是压出去的

40、（提供高静压能）？6.12教学单元十二教学时间:课次：第12次；课时：2学时教学目标：掌握离心泵的主要性能参数与特性曲线。6.12.1 教学内容（含重点、难点）：离心泵的主要性能参数；重点：离心泵的主要性能参数和特性曲线；难点：离心泵的特性曲线。6.12.2 教学过程：离心泵的主要性能参数流量：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积，以Q表示，常用单位为 L/s或m3/h。Q=f （结构、尺寸、转速）。安装在管路中离心泵的流量还与管路特性有关。扬程：也称压头，是指单位重量流体通过离心泵时所增加的机械能，以H表示，其 单位为m。离心泵的扬程H=F（结构、尺寸、转速、流量）。安装在管路中离心泵

41、的扬程 或从平衡孔漏返回到叶轮入口处的低压区造成的能量损失。容积损失主要与泵的结构和 液体在泵的进出口处的压强差有关。泵的容积损失大小可用容积效率中表示，一般闭式 叶轮的容积效率为还与管路特性有关。效率：由容积效率、水力效率、机械效率组 成。容积损失:容积损失是一部份已获得能量的 高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙还与管路特性有关。效率：由容积效率、水力效率、机械效率组 成。容积损失:容积损失是一部份已获得能量的 高压液体由叶轮出口处通过叶轮与泵壳间的缝隙扬程与扬程损失理论扬程实际扬程冲击损失摩擦损失和 容积损失引 起扬程下降座屋损失Cd流量设计流量机械损失:泵轴与轴承之间、泵轴与填料

42、函间、叶轮盖板外表面与液体之间产生摩 擦而引起的能量损失。机械损失可用机械效率r|m来反映，机械效率一般为0.960.99。水力损失：进入离心泵的粘性液体在整个流动过程中产生的摩擦阻力、局部阻力以 及液体在泵壳中由冲击而造成的能量损失。水力损失流体粘性引起的摩擦损失hf、环流 和冲击引起的冲击损失ht。离心泵蜗壳的形状按液体离开叶轮后的自由流动轨迹螺旋线 设计，如图出叶轮后液流的自由轨迹所示，目的就在于使液体动压头转换为势压头的过 程中能量损失最小。在叶轮与泵壳间安装一固定不动的带有叶片的导轮，也可减少此项 能量损失。当泵的流量偏离设计点流量时，无论是增大还是减小，冲击损失都将增大。 流体流过

43、离心泵时，可以认为处于阻力平方区内，因此流体的摩擦损失与流量的平方成水力损失A 容积损失人 机械损失才水力损失A 容积损失人 机械损失才正比。水力损失的大小可以用水力效率中来表示，即水力效率越大表示水力损失越小。 离心泵的效率以n表示，则小叫小。离心泵的效率与泵的类型、尺寸、制造精度、 液体的流量和性质等有关。小型离心泵的效率为50%70%, 大型的可达90%o轴功率：指泵轴所需功率。泵的有效功率是指单位时NeNe间内液体从离心泵获得的机械能。N=HQpg (5)7离心泵的特性曲线1)实验测定泵的特性曲线(一定转速下)2) HQ曲线:HQ曲线代表的是在一定转速下流体流3632经离心泵所获得的能

44、量与流量的关系，是最为28重要的一条特性曲线。由图可知离心泵的扬目;: 程H随流量Q的增加而下降(流量极小时不明显)，这是因为采用了能量损失较小的后弯叶 片，与(4)式表述的HtQt理论结果相一致。 但在同一流量下，泵实际提供的扬程小于理论 扬程，这是由于实际叶轮与理想叶轮的差异以128412000n80604020-%T ooooooooo 987 6 543210AVON21 8 4 p及实际流体流动的机械能损失所致。2)NQ曲线：在一定转速下，泵的轴功率随输送流量的增加而增大，流量为零时, 轴功率最小。因此关闭出口阀启动离心泵，启动电流最小。3）Q曲线：随流量增大，泵的效率曲线出现一极大值即最高效率点，在与之对 应的流量下工作，泵的能量损失最小，该点称为设计点。离心泵铭牌上标出的H、Q、 N性能参数即为最高效率时的数据。一般将最高效率值的92%的范围称为泵的高效区,泵应尽量在该氾围内操作。四、离心泵性能改变和换算液体物性的影响t J、$变换。改变液体密度时虽然泵的