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1、1,第一章 流体流动,第一节 流体静力学 第二节 管内流体流动基本方程式 第三节 管内流体流动现象 第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失 第五节 管路计算,2,第一章 流体流动第五节 管路计算,一、简单管路 simple pipeline,1简单管路：没有分支或汇合的单一管路，包括：等径管路、不等径管路、循环管路。,3,第一章 流体流动第五节 管路计算,一、简单管路 simple pipeline,2.简单管路的特点： 通过各管段的质量流量不变，对不可压缩流体则体积流量不变； 整个管路的阻力损失为各管段的阻力损失之和。 简单管路计算所用方程式有以下三个：,机械能衡算式,摩擦系数计算式(或图),连
2、续性方程式,4,第一章 流体流动第五节 管路计算,几种情况： 求hf 求u(qv) 求d,3. 简单管路计算 calculation of simple pipe,5,第一章 流体流动第五节 管路计算,4.最适宜管径 optimum diameter of pipes,一、简单管路 simple pipeline,u，d，管内阻力，能量消耗，泵、风机设备操作费用；但d，设备投资费用，总费用有一最小值，因此是个优化的问题。,经验值：液体的流速0.53 m/s，气体1030m/s,6,第一章 流体流动第五节 管路计算,二、复杂管路 complex pipeline,具有分支或汇合的管路叫复杂管路，
3、常见的复杂管路有分支管路、汇合管路和并联管路三种。,7,第一章 流体流动第五节 管路计算,并联管路的计算 Calculation of parallel pipeline,二、复杂管路 complex pipeline, 特点,8,第一章 流体流动第五节 管路计算,如图从水池1将水引入水池2, d=150mm, H=4m, L=20m, 沿程损失系数=0.037, 总的局部损失系数为 =4.28；求: 管内水的流量。,例 题,9,第一章 流体流动气体动力学基础,1.音速 定义：微小扰动波(声音)在可压缩介质中的传播速度。 依据连续性方程、动量方程导出计算式： 式中a为声音在流体中的传播速度，即
4、为音速m/s，E为体积模量。对于气体，认为小扰动波的传播过程是一个既绝热、又无能量损失的等熵过程，方程为：,一、可压缩气流基本概念,10,第一章 流体流动气体动力学基础,1.音速 其中为气体定压热容量与定容热容量之比，即绝热指数 结合理想气体状态方程得到气体中的音速公式： 式中R为气体常数8.314J(mol.k);T气体温度K,M气体摩尔质量kg/mol。综合分析得出：,一、可压缩气流基本概念,11,第一章 流体流动气体动力学基础,1.音速 (1) 反应流体的压缩性， 越大其倒数越小，音速a越小，流体越容易压缩；反之，a越大流体越不易压缩。所以音速a反映流体压缩性大小。 (2)音速与T有关，
5、气体动力学中温度是空间坐标的函数，音速也是空间坐标的函数，a当地音速。 (3)a与绝热指数和气体常数R有关，不同气体音速不同，对于空气：,一、可压缩气流基本概念,12,第一章 流体流动气体动力学基础,2.马赫数 定义：当地气流速度与当地音速之比，Ma。 Ma无量纲，反映惯性力与弹性力的比值。 音速反映流体的压缩性，Ma反映气体的压缩(膨胀)程度。Ma越小，气流运动引起的压缩也小；Ma越大，气流压缩严重。 Ma1,超音速流动,一、可压缩气流基本概念,13,第一章 流体流动气体动力学基础,1224km/h ；美国宇航局研制的X-43A超音速实验飞机 9.6马赫,14,第一章 流体流动气体动力学基础
6、,15,第一章 流体流动气体动力学基础,1.连续性方程 质量守恒：qm1=qm3 1u1A1=3u3A3 即：uA=c 对上式微分得到连续性方程的微分表达式：,二、理想气体一元恒定流动的基本方程,16,第一章 流体流动气体动力学基础,2.运动微分方程 对所取流段列运动方程： 运动微分方程为： 为流段表面的摩擦阻力，对于理想气体 =0 得到微分方程：,二、理想气体一元恒定流动的基本方程,17,第一章 流体流动气体动力学基础,3.能量方程 对运动微分方程积分得到能量方程： (1)定容过程： 指比容保持不变的过程，实际指不可压缩流体。则能量方程为：,二、理想气体一元恒定流动的基本方程,18,第一章
7、流体流动气体动力学基础,3.能量方程 (2)等温过程： 指温度保持不变的热力过程。 (3)绝热过程（自习）,二、理想气体一元恒定流动的基本方程,19,第一章 流体流动气体动力学基础,气体在管道中流动时由于粘性的存在，流动产生阻力损失，若用 表示单位质量气体损失的机械能，则运动微分方程为： 直径为d，长为dl的管内阻力损失为： 圆管内运动的伯努利方程即为：,三、气体在管道中的运动,20,如果要将流体从一个地方输送到另一个地方或者将流体从低位能向高位能处输送，就必须采用为流体提供能量的输送设备。 本节主要介绍常用输送设备的工作原理和特性，以便恰当地选择和使用这些流体输送设备。,第一章 流体流动离心
8、式泵与风机,概述,21,1.风机和泵的种类 按用途分 通风机、鼓风机、压缩机、真空机等； 水泵、油泵、砂浆泵、真空泵等。 按结构分 叶片式风机、叶轮式风机、 罗茨式风机（容积式）； 叶片泵、齿轮泵、柱塞泵。,第一章 流体流动离心式泵与风机,一.风机和泵的基本结构与工作原理,22,2.离心式风机和叶片泵的基本结构 1吸入口；2叶轮前盘； 3叶片； 4机壳； 5后盘；6出口；7截流板，即风舌；8支架,第一章 流体流动离心式泵与风机,一.风机和泵的基本结构与工作原理,23,3.工作原理 叶轮随转轴旋转时，充满于叶片之间的流体，在离心力的作用下，从叶轮中心被甩向叶轮周围，挤入机壳，机壳内的流体压强增高
9、，最后被导向出口排出。叶片间的流体被甩出后，叶轮中心部分的压强降低。外界流体从吸入口通过叶轮前盘中央的孔口吸入，再源源不断地输送出。,第一章 流体流动离心式泵与风机,一.风机和泵的基本结构与工作原理,24,3.工作原理,第一章 流体流动离心式泵与风机,一.风机和泵的基本结构与工作原理,25,3.工作原理 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。 气缚现象：不灌液则泵体内存有空气，由于空气液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，达不到输液的目的。,第一章 流体流动离心式泵与风机,26,第一章 流体流动离
10、心式泵与风机,启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。 停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命,27,1.性能参数 风机和泵的主要性能参数有：流量、压头、功 率、效率和转速 (1)流量Q：单位时间内风机或泵所输送的流体量，常用体积流量表示，单位为m3/s或m3/h。 (2)压头P：单位体积流体流经风机或泵时获得的有效能量,单位为Pa。对风机该值称为风机的全压Pe，常用毫米水柱，对水泵该值又称为扬程He，以米水柱表示。,第一章 流体流动离心式泵与风机,二.
11、离心泵和风机的工作,28,1.性能参数 (3) 功率N和效率 轴功率：原动机输入风机或泵轴的功率，单位W或kW;有效功率Ne：流体在单位时间内从风机或泵中获得的能量，单位仍为W或kW。 效率：反映能量损失大小的参数称为效率。 =Ne/N Ne=Q N=Ne/=Q/ (4) 转速n 叶轮每分钟的转数即 “r/min”，有时写作：rpm。,第一章 流体流动离心式泵与风机,二.离心泵和风机的工作,29,第一章 流体流动离心式泵与风机,扬程H（压头）：泵对单位重量的液体所提供的有效能量，m液柱。 若在泵的吸入口和排出口分别装上真空表和压力表并取1-1，2-2截面作计算，则,离心泵的主要性能参数,30,
12、2.能量损失,第一章 流体流动离心式泵与风机,二.离心泵和风机的工作,31,3.实际性能曲线 流量Q，压头H，功率N，和效率是泵与风机的主要性能参数，在额定转数n下，其QH，QN，Q之间的诸关系曲线统称特性曲线。 QH 工况曲线； QN 功率性能曲线； Q效率曲线：最佳工况。,第一章 流体流动离心式泵与风机,二.离心泵和风机的工作,32,泵内流体的静压降低到空气分离压或汽化压时，液体内就会暴发大量的气泡和汽泡，产生冲击波，从而使泵形成气蚀，使得泵的工作遭到破坏。一般包括液体气化和对金属的腐蚀。原因： 安装位置过高，超过泵的允许吸上真空高度10m 气压过低 温度过高,第一章 流体流动离心式泵与风
13、机,三.离心泵的气蚀现象,33,卧式离心泵的几何安装高度h1是指泵轴心(即叶轮中心)至吸液面的高度。h1愈高，则泵内发生气蚀现象的可能性就愈大，因此这个高度是不能任意加大的。并且必须是小于泵的允许吸上真空高度hs。 泵的允许吸上真空高度hs是制造厂确定的。,第一章 流体流动离心式泵与风机,四.离心泵的安装高度,34,吸上真空高度： 允许吸上真空高度 hSHsmax-0.3(m) 泵的最大安装高度： 泵的最大安装高度h1hS，才能保证泵在没有气蚀现象下安全运行。,第一章 流体流动离心式泵与风机,四.离心泵的安装高度,35,1离心泵的类型,第一章 流体流动离心式泵与风机,五.离心泵的类型和选择,3
14、6,2.离心泵的选型 1） 确定输液系统的流量与扬程。 Q一般为输送任务，如Q变化，则取Qmax考虑。根据输液管路的安排确定He。 2） 选择泵的类型与型号。 类型确定：依据被输液体的性质及操作条件而定 型号确定：依据Q，He从泵样本中的性能特性曲线或性能表来确定合适的型号。 3） 核算泵的轴功率,第一章 流体流动离心式泵与风机,五.离心泵的类型和选择,37,3.离心通风机 按产生的风压可分为 低压通风机 出口风压0.9807103Pa（表压） 中压通风机 出口风压（0.98072.942）103Pa（表压） 高压通风机 出口风压（2.94214.7）103Pa（表压）,第一章 流体流动离心式泵与风机,五.离心泵的类型和选择,
