化工原理复习小结

天津大学化工原理参考书复习资料

流体流动–––基本概念与基本原理

一、流体静力学基本方程式

p2 p1 g(z1 z2)

或 p p0 gh

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= 表压常由压强表来测量； 大气压—绝压= 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=1.033at 4、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：

p1 p2 ( A )gR

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

A 常数,ws u1A1 1 u2A2 2 uA 常数

A 常数,

A 常数,

Vs u1A1 u2A2 uA 常数

圆形管中流动

2

u1/u2 A2/A1 d2/d12

三、定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式

2

u12p2u2

gZ1 We gZ2 hf 2 2

p1

讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。

2

22

u1p2u2

gZ1 gZ2

2 2

p1

3、可压缩流体,当Δp/p1<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。 5、流体密度ρ的计算： 理想气体ρ=pM/RT 混合气体

m 1xv1 2xv2 nxvn

m

m

2

n

xxx

混合液体 1 w1 w2 wn

上式中：xvi––––体积分率；xwi––––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。

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输送设备有效功率Ne=We·ws，轴功率N=Ne/η（W）

p u2

7、 He Z Hf （压头）

g2g

u2

hf流体 We z g p 2

3

pa

而 pf hf,

四、柏努利式中的∑hf I．

流动类型：

1、雷诺准数Re及流型 Re=duρ/μ，μ为动力粘度，单位为[Pa·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+湍流应力。 II．

流体在管内流动时的阻力损失

hf hf h'f [J/kg]

lu2 pf1、直管阻力损失hf hf 范宁公式(层流、湍流均适用).

d2

层流： f(Re)

即

64Re

或hf

32 lu

哈根—泊稷叶公式。 2

d

湍流区（非阻力平方区）： f(Re,

)；高度湍流区（阻力平方区）： f()，

dd

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d de 4rH

4 流通截面积

润湿周边长

注：不能用de来计算截面积、流速等物理量。

u2

2、局部阻力损失h′f ①阻力系数法，h

2

'f

e 1.0 c 0.5

leu2

②当量长度法，h

d2

'f

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。

(l le)u2

)当管径不变时， hf ( d2

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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、V V1 V2 V3

2、 hf hf1 hf2 hf3 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、V V1 V2 V3

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

2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

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。

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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 H Z 2、有效功率 Ne Wews HgQ

p

Hf g

HgQ

轴功率N

3H Q,N Q, Q下输送某种特定的液体时泵的性能。由N Q线上可看出：Q 0时，N Nmin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

1H QHe Qe）的

2

交点。管路特性曲线为：He K BQe。

2、工作点的调节：既可改变H Q来实现，又可通过改变He Qe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．Hg

'Hs

2u H2g

f0 1

Hs为操作条件下的允许吸上真空度，m

'

Hf0 1为吸入管路的压头损失，m。

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2． Hg

pa pv

H (NPSH)r Hf0 1 (NPS)r 允许气蚀余量，m

g

pa液面上方压强，Pa； pv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。

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