中国农业大学食品工程原理范文课件

《中国农业大学食品工程原理范文课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国农业大学食品工程原理范文课件（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 第第1章章 流体力学基础流体力学基础流体包括气体和液体两种，其主要流体包括气体和液体两种，其主要特征是可以流动。特征是可以流动。 11 基础知识与概念基础知识与概念n n1 11 1 物理量的单位物理量的单位 (1) (1)基本单位和导出单位基本单位和导出单位基本单位和导出单位基本单位和导出单位 任何物理量的大小都是由任何物理量的大小都是由任何物理量的大小都是由任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的，一般先选择几个独立数字和单位联合来表达的，一般先选择几个独立数字和单位联合来表达的，一般先选择几个独立数字和单位联合来表达的，一般先选择几个独立的物理量，根据使用方便的原则规定出它们的单的

2、物理量，根据使用方便的原则规定出它们的单的物理量，根据使用方便的原则规定出它们的单的物理量，根据使用方便的原则规定出它们的单位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位位，这些选择的物理量称为基本物理量，其单位称为基本单位。其他物理量的单位则根据其本身称为基本单位。其他物理量的单位则根据其本身称为基本单位。其他物理量的单位则根据其本身称为基本单位。其他物理量的单位则根据其本身的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组的物理意义，由有关基本单位组合而成。这种组的物理意义，由

3、有关基本单位组合而成。这种组合单位称为导出单位。合单位称为导出单位。合单位称为导出单位。合单位称为导出单位。中国农业大学【天地农大中国农业大学【天地农大中国农业大学【天地农大中国农业大学【天地农大BBSBBS】 2中国农业大学食品工程原理1(2)(2)国际单位制（国际单位制（国际单位制（国际单位制（SISI制）制）制）制） 在在在在SISI制中，同一种物理量只有一个单位，制中，同一种物理量只有一个单位，制中，同一种物理量只有一个单位，制中，同一种物理量只有一个单位，SISI共规定了共规定了共规定了共规定了7 7个基本单位：个基本单位：个基本单位：个基本单位： (3) (3)中华人民共和国法定计

4、量单位中华人民共和国法定计量单位中华人民共和国法定计量单位中华人民共和国法定计量单位物理量物理量 单位单位 单位代号单位代号长度长度米米mm质量质量 公斤公斤 kg kg 时间时间 秒秒s s 热力学温度热力学温度开尔文开尔文 K K 物质的量物质的量 摩尔摩尔 mol mol 电流强度电流强度 安培安培 A A 发光强度发光强度 坎德拉坎德拉 cd cd 3中国农业大学食品工程原理1n n1 12 2 量纲分析量纲分析 用途：对于不能列出微分方程的复杂过程，用途：对于不能列出微分方程的复杂过程，即仅知道影响这一过程的因素（物理量），即仅知道影响这一过程的因素（物理量），应用量纲分析可减少实验

5、工作量。应用量纲分析可减少实验工作量。 量纲分析的基础是量纲一致性的原则。也量纲分析的基础是量纲一致性的原则。也就是说，任何由物理定律导出的方程，其就是说，任何由物理定律导出的方程，其各项的量纲是相同的。各项的量纲是相同的。 量纲是表达某一物理量的符号，如：量纲是表达某一物理量的符号，如： L长度；长度；T时间；时间；M质量；质量；温度。温度。4中国农业大学食品工程原理1以下结合实例介绍它的应用方法以下结合实例介绍它的应用方法以下结合实例介绍它的应用方法以下结合实例介绍它的应用方法: : 经实验分析已知：流体在管内的流动阻力（或经实验分析已知：流体在管内的流动阻力（或经实验分析已知：流体在管内

6、的流动阻力（或经实验分析已知：流体在管内的流动阻力（或压强降压强降压强降压强降PfPf）与管径）与管径）与管径）与管径d d、管长、管长、管长、管长L L、平均流速、平均流速、平均流速、平均流速u u、流、流、流、流体密度体密度体密度体密度 、流体粘度、流体粘度、流体粘度、流体粘度 以及管壁的粗糙度以及管壁的粗糙度以及管壁的粗糙度以及管壁的粗糙度 有关。有关。有关。有关。现要找出压强降与诸影响因素的函数关系。现要找出压强降与诸影响因素的函数关系。现要找出压强降与诸影响因素的函数关系。现要找出压强降与诸影响因素的函数关系。 1) 1) 写出一般的不定函数形式写出一般的不定函数形式写出一般的不定函

7、数形式写出一般的不定函数形式2 2）将其写成如下幂函数的形式）将其写成如下幂函数的形式）将其写成如下幂函数的形式）将其写成如下幂函数的形式式中的常数式中的常数式中的常数式中的常数KK和指数和指数和指数和指数a a，b b，c c，等均为待定值。等均为待定值。等均为待定值。等均为待定值。 5中国农业大学食品工程原理13)写出各物理量的量纲并带入（写出各物理量的量纲并带入（2）式，并归）式，并归纳相同符号的指数纳相同符号的指数 6中国农业大学食品工程原理1 4)解上述指数解上述指数(a，b，c，q)构成的方程构成的方程 组，并将其解反代回组，并将其解反代回(2)式中式中 上述指数上述指数(a，b，

8、c，q)构成的方程组有构成的方程组有 三个方程，但有三个方程，但有6个未知数，把个未知数，把a，c，j表示表示 成成b，k，q的函数的函数(即用即用b，k，q表示表示a，c， j)，解得：，解得： 将将a，c，j 值代回值代回(2)式，得：式，得：7中国农业大学食品工程原理15)5)将指数相同的物理量合并在一起将指数相同的物理量合并在一起将指数相同的物理量合并在一起将指数相同的物理量合并在一起, ,即得结果即得结果即得结果即得结果上式每个括号均为无因次数群。等号右端只有上式每个括号均为无因次数群。等号右端只有上式每个括号均为无因次数群。等号右端只有上式每个括号均为无因次数群。等号右端只有3 3

9、个无个无个无个无因次数群因次数群因次数群因次数群( (每个无因次数群相当于一个变量每个无因次数群相当于一个变量每个无因次数群相当于一个变量每个无因次数群相当于一个变量) )，通，通，通，通过量纲分析，将原来的过量纲分析，将原来的过量纲分析，将原来的过量纲分析，将原来的6 6个自变量化成了个自变量化成了个自变量化成了个自变量化成了3 3个，因个，因个，因个，因此实验工作量将大大减少。常数此实验工作量将大大减少。常数此实验工作量将大大减少。常数此实验工作量将大大减少。常数KK，b b，k k，q q由实由实由实由实验确定。验确定。验确定。验确定。8中国农业大学食品工程原理1n n1.31.3流体的

10、压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性 1.3.1 体积压缩系数体积压缩系数 温度不变时，流体的体积随压强变化的性温度不变时，流体的体积随压强变化的性质，称为压缩性。质，称为压缩性。 体积压缩系数体积压缩系数 ： 对于理想气体，状态方程为：对于理想气体，状态方程为： 体积压缩系数体积压缩系数 为：为： 与与P成反比，即高压下难于压缩；低压下成反比，即高压下难于压缩；低压下易于压缩。易于压缩。 9中国农业大学食品工程原理11.3.2 体积膨胀系数体积膨胀系数压强不变时，流体的体积随温度变化的性质，压强不变时，流体的体积随温度变化的性质，称为膨胀性。称为膨胀性。体积膨胀系数体积膨胀系数 : 对于理想气

11、体，有：对于理想气体，有： 与与T成反比，即高温下难于膨胀；低温下成反比，即高温下难于膨胀；低温下易于膨胀。易于膨胀。10中国农业大学食品工程原理11.3.3 不可压缩流体的概念不可压缩流体的概念 定义定义 = =0的流体为不可压缩流体。的流体为不可压缩流体。 实际上，不可压缩的流体是不存在的。但在实际上，不可压缩的流体是不存在的。但在通常情况下，液体以及低速运动的气体可通常情况下，液体以及低速运动的气体可看作不可压缩流体。看作不可压缩流体。11中国农业大学食品工程原理11.3.4 流体压强的表示方法流体压强的表示方法 流体的压强有绝对压强和表压强流体的压强有绝对压强和表压强流体的压强有绝对压

12、强和表压强流体的压强有绝对压强和表压强( (或真空度或真空度或真空度或真空度) )两种表两种表两种表两种表示方法。示方法。示方法。示方法。 以绝对零压为基准计算的压强，称为绝对压强；以绝对零压为基准计算的压强，称为绝对压强；以绝对零压为基准计算的压强，称为绝对压强；以绝对零压为基准计算的压强，称为绝对压强； 以大气压为基准计算的压强，称为表压强以大气压为基准计算的压强，称为表压强以大气压为基准计算的压强，称为表压强以大气压为基准计算的压强，称为表压强( (或真空或真空或真空或真空度度度度) )。该值是用仪表测出来的，当所测处的压强为。该值是用仪表测出来的，当所测处的压强为。该值是用仪表测出来的

13、，当所测处的压强为。该值是用仪表测出来的，当所测处的压强为大气压时，其读数为零。大气压时，其读数为零。大气压时，其读数为零。大气压时，其读数为零。 一般把绝对压强高于大气压的数值称为表压强把一般把绝对压强高于大气压的数值称为表压强把一般把绝对压强高于大气压的数值称为表压强把一般把绝对压强高于大气压的数值称为表压强把绝对压强低于大气压的数值称为真空度。绝对压强低于大气压的数值称为真空度。绝对压强低于大气压的数值称为真空度。绝对压强低于大气压的数值称为真空度。12中国农业大学食品工程原理1基本关系是：基本关系是：表压强表压强=绝对压强绝对压强大气压强大气压强真空度真空度=大气压强大气压强绝对压强绝

14、对压强 =(绝对压强绝对压强大气压强大气压强) 表压强表压强=真空度真空度压强的单位：压强的单位：SISI中为中为PaPa；压强的几个单位间的换算压强的几个单位间的换算关系：关系：13中国农业大学食品工程原理12.流体的粘性与粘度流体的粘性与粘度n n2 21 1 牛顿内摩擦（粘性）定律牛顿内摩擦（粘性）定律牛顿内摩擦（粘性）定律牛顿内摩擦（粘性）定律 粘性：流体质点间相对运动时产生阻力的性质。粘性：流体质点间相对运动时产生阻力的性质。粘性：流体质点间相对运动时产生阻力的性质。粘性：流体质点间相对运动时产生阻力的性质。 产生的原因：产生的原因：产生的原因：产生的原因：1 1）分子间的引力；）分

15、子间的引力；）分子间的引力；）分子间的引力；2 2）分子的横向）分子的横向）分子的横向）分子的横向掺混掺混掺混掺混动量交换。动量交换。动量交换。动量交换。 结果：流动有阻力，需耗能量。结果：流动有阻力，需耗能量。结果：流动有阻力，需耗能量。结果：流动有阻力，需耗能量。 粘性的大小用粘度来度量。粘性的大小用粘度来度量。粘性的大小用粘度来度量。粘性的大小用粘度来度量。 牛顿对许多流体进行实验（实验设计如下）牛顿对许多流体进行实验（实验设计如下）牛顿对许多流体进行实验（实验设计如下）牛顿对许多流体进行实验（实验设计如下）14中国农业大学食品工程原理1发现如下规律：作用在流体上的剪应力与速发现如下规律

16、：作用在流体上的剪应力与速度梯度成正比，即：度梯度成正比，即： 流速在与流动方向相垂直的坐标方向流速在与流动方向相垂直的坐标方向 上的变化率，称为速度梯度。上的变化率，称为速度梯度。 上式称为牛顿粘性定律，比例系数即为粘度。上式称为牛顿粘性定律，比例系数即为粘度。 粘度的单位：在粘度的单位：在SI中为中为Pa.s； 在其它单位制中，用在其它单位制中，用P（泊）和（泊）和cP（厘泊）。（厘泊）。 换算关系：换算关系： 1Pa.s=10P=1000cP15中国农业大学食品工程原理11.21.2牛顿流体与理想流体牛顿流体与理想流体牛顿流体与理想流体牛顿流体与理想流体 牛顿流体牛顿流体牛顿流体牛顿流体

17、: :服从牛顿粘性定律的流体服从牛顿粘性定律的流体服从牛顿粘性定律的流体服从牛顿粘性定律的流体; ; 理想流体理想流体理想流体理想流体: :流体的粘度流体的粘度流体的粘度流体的粘度=0=0的流体。的流体。的流体。的流体。16中国农业大学食品工程原理13.管中流动管中流动n n3 31 1基本概念基本概念基本概念基本概念 流速流速流速流速u u：单位时间内流体在流动方向上所：单位时间内流体在流动方向上所：单位时间内流体在流动方向上所：单位时间内流体在流动方向上所 流过的距离，流过的距离，流过的距离，流过的距离，m/sm/s。工程上指在管道截面。工程上指在管道截面。工程上指在管道截面。工程上指在管

18、道截面 上的平均流速。上的平均流速。上的平均流速。上的平均流速。 质量流速质量流速质量流速质量流速GG：单位时间、单位管道截面所：单位时间、单位管道截面所：单位时间、单位管道截面所：单位时间、单位管道截面所 流过的流体质量，流过的流体质量，流过的流体质量，流过的流体质量，kg/mkg/m2 2.s .s 流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量 有体积流量有体积流量有体积流量有体积流量QQ（V Vs s）（）（）（）（mm3 3/s /s）和质量流量）和质量流量）和质量流量）

19、和质量流量w ws s（kg/skg/s） 等。等。等。等。 17中国农业大学食品工程原理1以上几个物理量的关系：18中国农业大学食品工程原理1n n3 32 2 管中稳定流动连续性方程管中稳定流动连续性方程管中稳定流动连续性方程管中稳定流动连续性方程 稳稳稳稳定定定定流流流流动动动动情情情情况况况况下下下下，单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内流流流流进进进进体体体体系系系系的的的的流流流流体体体体质质质质量等于流出体系的流体质量，即量等于流出体系的流体质量，即量等于流出体系的流体质量，即量等于流出体系的流体质量，即 对于不可压缩流体，对于不可压缩流体，对于不可压缩流体，对于不可压缩流体

20、，=常数，则常数，则常数，则常数，则 对于圆管，对于圆管，对于圆管，对于圆管， 即即即即不不不不可可可可压压压压缩缩缩缩流流流流体体体体在在在在圆圆圆圆管管管管内内内内稳稳稳稳定定定定流流流流动动动动时时时时，流流流流速速速速与与与与管管管管道直径的平方成反比。道直径的平方成反比。道直径的平方成反比。道直径的平方成反比。19中国农业大学食品工程原理14 流体流动能量平衡流体流动能量平衡n n4 41 1稳定流动体系的能量平衡稳定流动体系的能量平衡稳定流动体系的能量平衡稳定流动体系的能量平衡(1)(1)位能：位能：位能：位能： mgZ mgZ；(2)(2)动能：动能：动能：动能： mu mu2

21、2/2/2；(3)(3)内能：内能：内能：内能： E Ememe；(4)(4)流动功（压力能）：流动功（压力能）：流动功（压力能）：流动功（压力能）： PV=mPv PV=mPv；(5)(5)（轴）功：（轴）功：（轴）功：（轴）功： W Wmwmw；(6)(6)热量：热量：热量：热量：QQmqmq。 注意：对于功和热量规定：输入体系为正，输出体系为负。注意：对于功和热量规定：输入体系为正，输出体系为负。注意：对于功和热量规定：输入体系为正，输出体系为负。注意：对于功和热量规定：输入体系为正，输出体系为负。20中国农业大学食品工程原理1将热力学第一定律应用于此稳定流动体系，得：将热力学第一定律应

22、用于此稳定流动体系，得：将热力学第一定律应用于此稳定流动体系，得：将热力学第一定律应用于此稳定流动体系，得：E E1 1+p+p1 1 V V1 1+mgZ+mgZ1 1+mu+mu1 12 2/ 2+Q+W/ 2+Q+W= E= E2 2+p+p2 2 V V2 2+mgZ+mgZ2 2+mu+mu2 22 2/ 2/ 2以单位质量（以单位质量（以单位质量（以单位质量（1kg1kg）流体为基准，则：）流体为基准，则：）流体为基准，则：）流体为基准，则： e e1 1+p+p1 1 v v1 1+gZ+gZ1 1+u+u1 12 2/ 2+q+w/ 2+q+w= e= e2 2+p+p2 2

23、v v2 2+gZ+gZ2 2+u+u2 22 2/ 2/ 2或或或或 h h1 1+gZ+gZ1 1+u+u1 12 2/ 2+q+w= h/ 2+q+w= h2 2+gZ+gZ2 2+u+u2 22 2/ 2/ 2或或或或 q+w=h+gZ+u q+w=h+gZ+u2 2/ 2/ 2上式称为稳定流动总能量方程式。上式称为稳定流动总能量方程式。上式称为稳定流动总能量方程式。上式称为稳定流动总能量方程式。21中国农业大学食品工程原理1n n4.2 4.2 稳定流动体系能量方程（柏努利方程）稳定流动体系能量方程（柏努利方程）稳定流动体系能量方程（柏努利方程）稳定流动体系能量方程（柏努利方程）对于

24、单纯的流动问题，对于单纯的流动问题，对于单纯的流动问题，对于单纯的流动问题，q=0q=0，e e2 2ee1 1=L=Lf f( (称为能量损失，也称为能量损失，也称为能量损失，也称为能量损失，也称流动阻力称流动阻力称流动阻力称流动阻力) )，若流体不可压缩，若流体不可压缩，若流体不可压缩，若流体不可压缩(v(v1 1=v=v2 2=1/)=1/)，则有：，则有：，则有：，则有：gZgZ1 1+p+p1 1/+u/+u1 12 2/2+w= gZ/2+w= gZ2 2+p+p2 2/+u/+u2 22 2/2+L/2+Lf f或或或或 (J/kg) (J/kg)该式也称柏努利方程。该式也称柏努

25、利方程。该式也称柏努利方程。该式也称柏努利方程。式中：式中：式中：式中：ww对对对对1kg1kg流体所做的有效功流体所做的有效功流体所做的有效功流体所做的有效功, J/kg, J/kg；LLf f 从从从从1111，截面到截面到截面到截面到2222，截面的能量损失，截面的能量损失，截面的能量损失，截面的能量损失，J/kgJ/kg。；。；。；。；z=zz=z2 2zz1 1，两截面高差，两截面高差，两截面高差，两截面高差，m m ；p=pp=p2 2pp1 1，两截面压强差，两截面压强差，两截面压强差，两截面压强差，Pa Pa ；uu2 2=u=u2 22 2uu1 12 2，两截面流速的平方差

26、，两截面流速的平方差，两截面流速的平方差，两截面流速的平方差，J/kgJ/kg。若柏努利方程两端同除若柏努利方程两端同除若柏努利方程两端同除若柏努利方程两端同除g(g(即以单位重量流体为基准即以单位重量流体为基准即以单位重量流体为基准即以单位重量流体为基准) )，得：，得：，得：，得： 式中式中式中式中:H:He e=w/g=w/g泵所提供的压头泵所提供的压头泵所提供的压头泵所提供的压头( (扬程扬程扬程扬程) )，mm；hhf f=L=Lf f/g/g压头损失，压头损失，压头损失，压头损失，mm。 22中国农业大学食品工程原理1应用柏努利方程解题要点：应用柏努利方程解题要点：应用柏努利方程解

27、题要点：应用柏努利方程解题要点：1)1)根据题意定出上游根据题意定出上游根据题意定出上游根据题意定出上游1111，截面和下游截面和下游截面和下游截面和下游2222，截面；截面；截面；截面；2)2)两两两两截截截截面面面面均均均均应应应应与与与与流流流流动动动动方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直，并并并并且且且且两两两两截截截截面面面面间间间间的的的的流流流流体体体体必必必必须须须须是是是是连连连连续续续续的的的的。所所所所求求求求的的的的未未未未知知知知量量量量应应应应在在在在截截截截面面面面上上上上或或或或在在在在两两两两截截截截面面面面之之之之间间间间。某某某某些些些些截截截截面面面面上上上

28、上的的的的u u可可可可看看看看作作作作零零零零：水水水水塔塔塔塔，水水水水池池池池，储储储储罐罐罐罐，河河河河面面面面，水水水水井井井井等等等等。对对对对水水水水平平平平管管管管道道道道，以管道中心线计算位能。以管道中心线计算位能。以管道中心线计算位能。以管道中心线计算位能。3)3)方方方方程程程程中中中中的的的的各各各各项项项项均均均均须须须须使使使使用用用用SISI制制制制。对对对对于于于于压压压压强强强强而而而而言言言言，即即即即可可可可同同同同时时时时用用用用绝绝绝绝压压压压，也也也也同同同同时时时时用用用用表表表表压压压压，此此此此时时时时注注注注意意意意：表压表压表压表压=真空度

29、。真空度。真空度。真空度。23中国农业大学食品工程原理1n n4 43 3柏努利方程的应用柏努利方程的应用柏努利方程的应用柏努利方程的应用由由由由 可得：可得：可得：可得：w w = =gzgz+ +p/p/+ + uu2 2/2+f(u)/2+f(u) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4)因因因因此此此此，应应应应用用用用柏柏柏柏努努努努利利利利方方方方程程程程（有有有有时时时时加加加加上上上上其其其其他他他他方方方方程程程程如如如如连连连连续续续续性性性性方方方方程程程程）可以确定：可以确定：可以确定：可以确定：（1 1）输送设备的功（功率）；）输送设备的功（功率

30、）；）输送设备的功（功率）；）输送设备的功（功率）；（2 2）设备（容器）间的相对位置；）设备（容器）间的相对位置；）设备（容器）间的相对位置；）设备（容器）间的相对位置；（3 3）管路中某处流体的压强；）管路中某处流体的压强；）管路中某处流体的压强；）管路中某处流体的压强；（4 4）管道中流体的流速（流量）。）管道中流体的流速（流量）。）管道中流体的流速（流量）。）管道中流体的流速（流量）。输送设备的有效功率输送设备的有效功率输送设备的有效功率输送设备的有效功率N Ne e、轴功率、轴功率、轴功率、轴功率N N由下式计算：由下式计算：由下式计算：由下式计算：N Ne e=ww=wws s=H

31、=He egwgws s （WW） N=N N=Ne e/ / （WW）输送设备的效率。输送设备的效率。输送设备的效率。输送设备的效率。24中国农业大学食品工程原理1（1 1）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率 例例例例1111用泵将贮液池用泵将贮液池用泵将贮液池用泵将贮液池中常温下的清水中常温下的清水中常温下的清水中常温下的清水（黏度为（黏度为（黏度为（黏度为11011033Pa.sPa.s，密度为密度为密度为密度为1000kg/m1000kg/m3 3）送至）送至）送至）送至吸收塔顶部，贮液池水吸收塔顶部，贮液池水吸收塔顶部，贮液

32、池水吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的面维持恒定，各部分的面维持恒定，各部分的面维持恒定，各部分的相对位置如图所示。输相对位置如图所示。输相对位置如图所示。输相对位置如图所示。输水管为直径水管为直径水管为直径水管为直径763mm763mm的的的的无缝钢管，排出管出无缝钢管，排出管出无缝钢管，排出管出无缝钢管，排出管出口喷头连接处的压强为口喷头连接处的压强为口喷头连接处的压强为口喷头连接处的压强为6.15106.15104 4PaPa（表压），（表压），（表压），（表压），送水量为送水量为送水量为送水量为34.5m34.5m3 3/h/h，管路，管路，管路，管路的总能量损失为的总能量损失为

33、的总能量损失为的总能量损失为119.3J/kg119.3J/kg求泵的有效功率。求泵的有效功率。求泵的有效功率。求泵的有效功率。25中国农业大学食品工程原理1 解解解解：以以以以贮贮贮贮液液液液池池池池的的的的水水水水面面面面为为为为上上上上游游游游截截截截面面面面1111，排排排排水水水水管管管管与与与与喷喷喷喷头头头头连连连连接接接接处处处处为为为为下下下下游游游游截截截截面面面面2222，在在在在两两两两截截截截面面面面间间间间列列列列柏柏柏柏努努努努利利利利方方方方程程程程，即即即即式中式中式中式中: : 将以上数值代入柏努利方程将以上数值代入柏努利方程将以上数值代入柏努利方程将以上数

34、值代入柏努利方程, ,得：得：得：得：解得：解得：解得：解得： 泵的有效功率为泵的有效功率为泵的有效功率为泵的有效功率为26中国农业大学食品工程原理1(2)(2)确定设备间的相对位置确定设备间的相对位置确定设备间的相对位置确定设备间的相对位置例例例例12 12 有一输水系统，有一输水系统，有一输水系统，有一输水系统，如图所示。水箱内水如图所示。水箱内水如图所示。水箱内水如图所示。水箱内水面维持恒定，输水管面维持恒定，输水管面维持恒定，输水管面维持恒定，输水管直径为直径为直径为直径为603mm603mm，输水量为输水量为输水量为输水量为18.3m18.3m3 3/h/h，水流经全部管道（不包水流

35、经全部管道（不包水流经全部管道（不包水流经全部管道（不包括排出口）的能量损失括排出口）的能量损失括排出口）的能量损失括排出口）的能量损失可按公式计算，式中可按公式计算，式中可按公式计算，式中可按公式计算，式中u u为管道内水的平均流速（为管道内水的平均流速（为管道内水的平均流速（为管道内水的平均流速（m/sm/s）。求：）。求：）。求：）。求：（1 1）水箱内水面必须高于排出口的高度）水箱内水面必须高于排出口的高度）水箱内水面必须高于排出口的高度）水箱内水面必须高于排出口的高度HH； （2 2）若若若若输输输输水水水水量量量量增增增增加加加加5%5%，管管管管路路路路的的的的直直直直径径径径及

36、及及及其其其其布布布布置置置置不不不不变变变变，且且且且管管管管路路路路的的的的能能能能量量量量损损损损失失失失仍仍仍仍按按按按上上上上述述述述公公公公式式式式计计计计算算算算，则则则则水水水水箱箱箱箱内内内内水面将升高多少米？水面将升高多少米？水面将升高多少米？水面将升高多少米？27中国农业大学食品工程原理1解：（解：（1）水箱内水面高于排出口的高度）水箱内水面高于排出口的高度H。取取水水箱箱水水面面为为上上游游截截面面11，排排出出口口内内侧侧为为下下游截面游截面22，在两截面间列柏努利方程，即，在两截面间列柏努利方程，即 式中式中 : 取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值

37、代入，将以上数值代入柏努利方程：柏努利方程：解得：解得： 28中国农业大学食品工程原理1（2）输输水水量量增增加加5%后后水水箱箱内内水水面面上上升升的的高高度。度。输输水水量量增增加加5%后后，而而管管径径不不变变，则则管管内内水水的的流速也将增加流速也将增加5%，即，即 将以上数值代入柏努利方程：将以上数值代入柏努利方程： 解得：解得： 故输水量增加故输水量增加5%后水箱内水面上升的高度为后水箱内水面上升的高度为 29中国农业大学食品工程原理1（3 3）确定管路中流体的压强）确定管路中流体的压强）确定管路中流体的压强）确定管路中流体的压强例例例例13 13 水水水水以以以以7m7m3 3/

38、h/h的的的的流流流流量量量量流流流流过过过过如如如如图图图图所所所所示示示示的的的的文文文文丘丘丘丘里里里里管管管管，在在在在喉喉喉喉颈颈颈颈处处处处接接接接一一一一支支支支管管管管与与与与下下下下部部部部水水水水槽槽槽槽相相相相通通通通。已已已已知知知知截截截截面面面面1111处处处处内内内内径径径径为为为为50mm50mm，压压压压强强强强为为为为0.02MPa0.02MPa（表表表表压压压压），喉喉喉喉颈颈颈颈处内径为处内径为处内径为处内径为15mm15mm。设流动阻力可以忽略，。设流动阻力可以忽略，。设流动阻力可以忽略，。设流动阻力可以忽略，当地大气压强为当地大气压强为当地大气压强为

39、当地大气压强为101.33kPa101.33kPa，求：求：求：求：（1 1）喉颈处的绝对压强；）喉颈处的绝对压强；）喉颈处的绝对压强；）喉颈处的绝对压强；（2 2）为了从水槽中吸上水，）为了从水槽中吸上水，）为了从水槽中吸上水，）为了从水槽中吸上水，水槽水面离水槽水面离水槽水面离水槽水面离 喉颈中心的高度最大不能超过多少？喉颈中心的高度最大不能超过多少？喉颈中心的高度最大不能超过多少？喉颈中心的高度最大不能超过多少？30中国农业大学食品工程原理1解：（解：（1）喉颈处的绝对压强）喉颈处的绝对压强先先设设支支管管中中水水为为静静止止状状态态，在在截截面面11和和22之之间列柏努利方程，即间列柏

40、努利方程，即式中：式中： 31中国农业大学食品工程原理1取取水水的的密密度度=1000kg/m3，将将以以上上数数值值代代入入柏柏努利方程：努利方程： 解得：解得： 取取水水槽槽水水面面33为为位位能能基基准准面面，在在假假设设支支管管内内流流体体处处于于静静止止条条件件下下，喉喉颈颈处处和和水水槽槽水水面面处流体的位能与静压能之和分别为：处流体的位能与静压能之和分别为：因因为为 ，故故支支管管中中水水不不会会向向上上流流动动，即即假假设设支管内流体处于静止是正确的。支管内流体处于静止是正确的。32中国农业大学食品工程原理1（2）水槽水面至喉颈中心的最大高度）水槽水面至喉颈中心的最大高度因因支

41、支管管内内流流体体处处于于静静止止状状态态，故故可可应应用用流流体体静力学基本方程式，即静力学基本方程式，即 即即要要从从水水槽槽中中吸吸上上水水，水水槽槽水水面面离离喉喉颈颈中中心心的高度最大不能超过的高度最大不能超过4.08m。33中国农业大学食品工程原理1（4）确定管道中流体的流量）确定管道中流体的流量例例14 有一垂直管道，有一垂直管道，内径内径d1=300mm，d2=150mm。水从下而上自粗管流入细管。水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的测得水在粗管和细管内的静压强分别为静压强分别为0.2MPa和和0.16MPa（表压）。测压点间（表压）。测压点间的垂直距离为的垂直距离

42、为1.5m。若两。若两测压点之间的摩擦阻力不计，测压点之间的摩擦阻力不计，求水的流量为多少求水的流量为多少m3/h？34中国农业大学食品工程原理1解解：沿沿水水的的流流动动方方向向在在其其上上、下下游游两两测测压压点点处处分分别别取取截截面面11和和22。在在此此两两截截面面之之间间列列柏努利方程（见右图），即柏努利方程（见右图），即式中：式中： 由连续性方程式，得：由连续性方程式，得： 取取水水的的密密度度=1000kg/m3，将将以以上上数数值值代代入入柏柏努利方程：努利方程：解得：解得： 35中国农业大学食品工程原理15流动现象与流动阻力流动现象与流动阻力n n51 雷诺实验与雷诺数雷诺

43、实验与雷诺数雷诺实验装置如图所示：雷诺实验装置如图所示： 层层(滞滞)流流：有有条条不不紊紊，相相互互无无混混杂杂，一一条条平平稳的直线；稳的直线；湍湍(紊紊)流：杂乱无章，相互混杂。流：杂乱无章，相互混杂。36中国农业大学食品工程原理1如何区分这两种流动状态，由无量纲准数如何区分这两种流动状态，由无量纲准数如何区分这两种流动状态，由无量纲准数如何区分这两种流动状态，由无量纲准数雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数ReRe来判断。来判断。来判断。来判断。 式中：式中：式中：式中：dd管道内径，管道内径，管道内径，管道内径，mm；uu流体平均流速，流体平均流速，流体平均流速，流体平均流速，m/sm/s； 为

44、流体密度，为流体密度，为流体密度，为流体密度，kg/mkg/m3 3； 为流体粘度，为流体粘度，为流体粘度，为流体粘度，PasPas。流型的判别：流型的判别：流型的判别：流型的判别：Re4000Re4000时，湍流；时，湍流；时，湍流；时，湍流；Re2000Re2000时，层流。时，层流。时，层流。时，层流。20002000ReRe40004000时，流型不定，但湍流的可能性更大。时，流型不定，但湍流的可能性更大。时，流型不定，但湍流的可能性更大。时，流型不定，但湍流的可能性更大。雷诺数的物理意义：惯性力和粘性力之比。雷诺数的物理意义：惯性力和粘性力之比。雷诺数的物理意义：惯性力和粘性力之比。

45、雷诺数的物理意义：惯性力和粘性力之比。雷雷雷雷诺诺诺诺数数数数不不不不同同同同，这这这这两两两两种种种种力力力力的的的的比比比比值值值值也也也也不不不不同同同同，由由由由此此此此产产产产生生生生内内内内部部部部结结结结构构构构和和和和运动性质完全不同的两种流动状态。运动性质完全不同的两种流动状态。运动性质完全不同的两种流动状态。运动性质完全不同的两种流动状态。37中国农业大学食品工程原理1n n5 52 2 水力直径水力直径水力直径水力直径( (当量直径当量直径当量直径当量直径) )对对对对于于于于非非非非圆圆圆圆形形形形管管管管( (异异异异形形形形管管管管道道道道) )，水水水水力力力力直

46、直直直径径径径d dHH定定定定义义义义为为为为4 4倍倍倍倍的的的的水水水水力力力力半半半半径，即：径，即：径，即：径，即：在计算在计算在计算在计算ReRe时，用时，用时，用时，用d dHH代替圆管的代替圆管的代替圆管的代替圆管的d d即可。即可。即可。即可。例子，求下列情况下的例子，求下列情况下的例子，求下列情况下的例子，求下列情况下的d dHH：1)1)长长长长宽宽宽宽分分分分别别别别为为为为a a，b b的的的的长长长长方方方方形形形形流流流流道道道道；2)2)内内内内外外外外径径径径分分分分别别别别为为为为d d1 1，d d2 2的的的的套管环隙。套管环隙。套管环隙。套管环隙。解：

47、解：解：解：1) 1) 长方形流道长方形流道长方形流道长方形流道 d dH H= =2) 2) 套管环隙套管环隙套管环隙套管环隙38中国农业大学食品工程原理1n n53 圆管中的层流圆管中的层流5.3.1 速度分布与流量速度分布与流量如图所示，在直径为如图所示，在直径为d,长度为长度为L的一个水平的一个水平 圆圆管管中中, 取取半半径径为为r的的一一圆圆柱柱体体。在在稳稳定定流流动动中中这这个个圆圆柱柱体体处处于于平平衡衡状状态态，因因而而作作用用在在圆圆柱柱体体上上的的外外力力在在水水平平方方向向的的和和为为零零。此此种外力有二：种外力有二：39中国农业大学食品工程原理1水平推力水平推力水平

48、推力水平推力(P(P1 1PP2 2)r)r2 2和圆柱面上的摩擦力和圆柱面上的摩擦力和圆柱面上的摩擦力和圆柱面上的摩擦力2r L2r L。 (P (P1 1PP2 2)r)r2 2=2rL=2rL将牛顿粘性定律将牛顿粘性定律将牛顿粘性定律将牛顿粘性定律=du=dur r/dr/dr代入，并令代入，并令代入，并令代入，并令PPf f=P=P1 1PP2 2，可得：，可得：，可得：，可得： 积分上式，可得：积分上式，可得：积分上式，可得：积分上式，可得：或或或或 上上上上式式式式适适适适用用用用于于于于圆圆圆圆形形形形直直直直管管管管内内内内的的的的稳稳稳稳定定定定层层层层流流流流流流流流动动动

49、动情情情情况况况况。显显显显见见见见，u ur r与与与与r r的关系为二次旋转抛物面的关系。的关系为二次旋转抛物面的关系。的关系为二次旋转抛物面的关系。的关系为二次旋转抛物面的关系。取半径取半径取半径取半径r r处宽度为处宽度为处宽度为处宽度为drdr的微小环形面积，则可得流量为：的微小环形面积，则可得流量为：的微小环形面积，则可得流量为：的微小环形面积，则可得流量为：40中国农业大学食品工程原理15.3.2 平均流速和最大流速平均流速和最大流速 平均流速：平均流速：最大流速在中心线最大流速在中心线r=0处：处： 即管中心处的最大流速是管内平均流速的即管中心处的最大流速是管内平均流速的2倍。

50、倍。41中国农业大学食品工程原理15.3.3 5.3.3 沿程损失沿程损失沿程损失沿程损失在在在在等等等等径径径径直直直直管管管管中中中中，由由由由于于于于流流流流体体体体与与与与管管管管壁壁壁壁以以以以及及及及流流流流体体体体本本本本身身身身的的的的内内内内部部部部摩摩摩摩擦擦擦擦要要要要消消消消耗耗耗耗能能能能量量量量，这这这这种种种种引引引引起起起起能能能能量量量量损损损损失失失失的的的的原原原原因因因因称称称称为为为为沿沿沿沿程程程程阻阻阻阻力力力力( (或或或或直直直直管阻力管阻力管阻力管阻力) )。沿程能量损失可以用压强降或压头损失表示。沿程能量损失可以用压强降或压头损失表示。沿程

51、能量损失可以用压强降或压头损失表示。沿程能量损失可以用压强降或压头损失表示。(1)(1)压强降压强降压强降压强降PPf f ：前已推得：前已推得：前已推得：前已推得： 将将将将R=d/2R=d/2代入，整理可得：代入，整理可得：代入，整理可得：代入，整理可得：此式称为哈根此式称为哈根此式称为哈根此式称为哈根 泊谡叶公式。泊谡叶公式。泊谡叶公式。泊谡叶公式。(2) (2) 流体流动阻力通用计算式流体流动阻力通用计算式流体流动阻力通用计算式流体流动阻力通用计算式 达西公式达西公式达西公式达西公式 或或或或 式中式中式中式中 称为摩擦系数。称为摩擦系数。称为摩擦系数。称为摩擦系数。以上两式均称为达西

52、公式，对层流及湍流均适用。以上两式均称为达西公式，对层流及湍流均适用。以上两式均称为达西公式，对层流及湍流均适用。以上两式均称为达西公式，对层流及湍流均适用。将哈根将哈根将哈根将哈根 泊谡叶公式代入达西公式，整理可得：泊谡叶公式代入达西公式，整理可得：泊谡叶公式代入达西公式，整理可得：泊谡叶公式代入达西公式，整理可得：42中国农业大学食品工程原理1n n54 圆管中的湍流圆管中的湍流特点：特点：1. 1.旋涡流旋涡流 大小变化、形成、消失大小变化、形成、消失；2. 2.复杂性复杂性 瞬时速度在瞬时速度在x，y，z方向均有。方向均有。速度分布较平坦：速度分布较平坦：u=（0.80.85）umax

53、。n n5.5 管路中的沿程阻力管路中的沿程阻力沿程阻力的通用计算式是达西公式，即沿程阻力的通用计算式是达西公式，即或或 43中国农业大学食品工程原理1实验发现，摩擦系数实验发现，摩擦系数实验发现，摩擦系数实验发现，摩擦系数 f(Ref(Re，/) )。/管管管管道道道道的的的的绝绝绝绝对对对对粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度与与与与管管管管道道道道内内内内径径径径之之之之比比比比，称称称称为为为为相相相相对粗糙度。对粗糙度。对粗糙度。对粗糙度。1) 1) 光滑管的光滑管的光滑管的光滑管的 =0.3164/Re =0.3164/Re0.250.25适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：Re=3000

54、Re=30001101105 5一般玻璃管、铜管和铅管可看作光滑管。一般玻璃管、铜管和铅管可看作光滑管。一般玻璃管、铜管和铅管可看作光滑管。一般玻璃管、铜管和铅管可看作光滑管。2) 2) 粗糙管的粗糙管的粗糙管的粗糙管的 查莫迪图获得（查莫迪图获得（查莫迪图获得（查莫迪图获得（P31P31，F17F17）。）。）。）。在在在在莫莫莫莫迪迪迪迪图图图图中中中中，右右右右上上上上角角角角虚虚虚虚线线线线以以以以上上上上区区区区域域域域的的的的 仅仅仅仅与与与与/有有有有关关关关，而而而而与与与与ReRe无无无无关关关关，这这这这一一一一区区区区域域域域称称称称为为为为阻阻阻阻力力力力平平平平方方方

55、方区区区区或或或或完完完完全全全全湍流区。湍流区。湍流区。湍流区。注注注注意意意意：层层层层流流流流时时时时的的的的沿沿沿沿程程程程阻阻阻阻力力力力可可可可直直直直接接接接用用用用前前前前面面面面推推推推得得得得的的的的哈哈哈哈根根根根 泊谡叶公式计算。泊谡叶公式计算。泊谡叶公式计算。泊谡叶公式计算。44中国农业大学食品工程原理1n n5.6 5.6 管路中的局部阻力管路中的局部阻力管路中的局部阻力管路中的局部阻力L Lf f进口、出口，阀门，三通，弯头，大小头，异径管等。进口、出口，阀门，三通，弯头，大小头，异径管等。能量损失的原因：（能量损失的原因：（1）流速的大小变化；（）流速的大小变化

56、；（2）流速的）流速的方向变化；（方向变化；（3）流速分布变化。）流速分布变化。机理：产生旋涡。机理：产生旋涡。局部阻力损失有两种计算法：阻力系数法和当量长度法。局部阻力损失有两种计算法：阻力系数法和当量长度法。(1)阻力系数法阻力系数法 将局部阻力损失折合成动能的若干倍。将局部阻力损失折合成动能的若干倍。 Lf，=（u2/2）称为阻力系数，见表称为阻力系数，见表15。一般，管入口的一般，管入口的i=0.5，管出口的，管出口的0=1.0。45中国农业大学食品工程原理1 (2)(2)当当当当量量量量长长长长度度度度法法法法 将将将将局局局局部部部部阻阻阻阻力力力力损损损损失失失失折折折折合合合合

57、成成成成具具具具有有有有相相相相同同同同直直直直径、长度为径、长度为径、长度为径、长度为L Le e的沿程阻力。的沿程阻力。的沿程阻力。的沿程阻力。 L Lf f，=（L Le e/d/d）（）（）（）（u u2 2/2/2） L Le e称为当量长度，见称为当量长度，见称为当量长度，见称为当量长度，见 图图图图118118。总能量损失等于沿程损失与局部损失之和，总能量损失等于沿程损失与局部损失之和，总能量损失等于沿程损失与局部损失之和，总能量损失等于沿程损失与局部损失之和，即即即即 或或或或 或或或或 （ ）注注注注意意意意：在在在在计计计计算算算算 时时时时，管管管管路路路路中中中中管管管

58、管件件件件的的的的局局局局部部部部阻阻阻阻力力力力既既既既可可可可折折折折合合合合成成成成阻阻阻阻力力力力系系系系数数数数，也也也也可可可可折折折折合合合合成成成成当当当当量量量量长长长长度度度度，但但但但一一一一个个个个管管管管件只能择其一。件只能择其一。件只能择其一。件只能择其一。46中国农业大学食品工程原理16 管路计算与流量测量管路计算与流量测量n n6.1 6.1 管路计算管路计算管路计算管路计算管路计算可分为无分支的简单管路计算和有分支的管路计算可分为无分支的简单管路计算和有分支的管路计算可分为无分支的简单管路计算和有分支的管路计算可分为无分支的简单管路计算和有分支的复杂管路计算。

59、复杂管路计算。复杂管路计算。复杂管路计算。6.1.1 6.1.1 简单管路计算简单管路计算简单管路计算简单管路计算计算类型有三类：计算类型有三类：计算类型有三类：计算类型有三类： 1. 1. 已知已知已知已知QQ、d d，L+LL+Le e，求，求，求，求N Ne e（N N）。）。）。）。直接求解。直接求解。直接求解。直接求解。由由由由QuReLQuReLf f（达达达达西西西西公公公公式式式式）ww（柏柏柏柏努努努努利利利利方方方方程）程）程）程）NNe e（N N）。）。）。）。泵的有效功率：泵的有效功率：泵的有效功率：泵的有效功率： N Ne e=ww=wws s=wQ=H=wQ=He

60、 egQ gQ （WW）泵的轴功率：泵的轴功率：泵的轴功率：泵的轴功率： N= N N= Ne e/ / （WW）47中国农业大学食品工程原理1 2. 已知已知d，L+Le，Lf，求求u（Q）。）。试差法求解。试差法求解。设设i（i=0.020.035），用用 求求uRe=du/j，若，若 ij /j0.01，则所求，则所求u正确，否则重正确，否则重复以上步骤（此时以复以上步骤（此时以j作为初值）。作为初值）。 48中国农业大学食品工程原理1 3. 3. 已知已知已知已知QQ，L+LL+Le e，LLf f，求，求，求，求d d。分析：未知数有分析：未知数有分析：未知数有分析：未知数有3 3个

61、：个：个：个： d d，u u， 解法：公式解法：公式解法：公式解法：公式+ +莫迪图莫迪图莫迪图莫迪图 u=4Q/ u=4Q/（dd2 2） （1 1） （2 2）莫迪图，莫迪图，莫迪图，莫迪图，Re Re （3 3）可解。可解。可解。可解。将（将（将（将（1 1）代入（）代入（）代入（）代入（2 2）和（）和（）和（）和（3 3），得：），得：），得：），得： （1 1） (2) (2) 设设设设 i i（ i i=0.02=0.020.0350.035）, ,由（由（由（由（1 1）式求）式求）式求）式求d d，再代入，再代入，再代入，再代入(2)(2) 式求式求式求式求ReRe，再由莫

62、迪图，再由莫迪图，再由莫迪图，再由莫迪图j j, , 若若若若 i ij j /j j0.010.01，则则则则所所所所求求求求d d正正正正确确确确，否否否否则则则则重重重重复复复复以以以以上上上上步步步步骤骤骤骤（此此此此时时时时以以以以 j j作为初值）。作为初值）。作为初值）。作为初值）。49中国农业大学食品工程原理1例例15 将将5 的的鲜鲜牛牛奶奶以以5 000 kg/h的的流流量量从从贮贮奶奶罐罐输输送送至至杀杀菌菌器器进进行行杀杀菌菌。管管路路系系统统所所用用的的管管道道为为外外径径38 mm，内内径径35 mm的的不不锈锈钢钢管管，管管道道长长度度12 m，中中间间有有一一个

63、个摇摇板板式式单单向向阀阀，3只只90弯弯头头，试试计计算算管管路路进进口口至至出出口口的的压压头头损损失失。已已知知鲜鲜奶奶5 时时的的粘粘度度为为3.0103 Pas，密密度度为为1040 kg/m3，设设为为光光滑管。滑管。50中国农业大学食品工程原理1解：解：解：解： (1) (1)其中：其中：其中：其中： =0.3164/Re=0.3164/Re0.250.25=0.3164/=0.3164/（1.69101.69104 4）0.250.25=0.0278=0.0278管件名称管件名称管件名称管件名称 阻力系数阻力系数阻力系数阻力系数1 1只摇板式单向阀只摇板式单向阀只摇板式单向阀只

64、摇板式单向阀 12.012.03 3只只只只9090弯头弯头弯头弯头 31.131.1管道入口管道入口管道入口管道入口 0.50.5管道出口管道出口管道出口管道出口 1.01.0 =6.8 =6.8将以上各值代入（将以上各值代入（将以上各值代入（将以上各值代入（1 1）得：）得：）得：）得：51中国农业大学食品工程原理1例例例例16 16 如例图所示，用泵输送某溶液，已知该溶液如例图所示，用泵输送某溶液，已知该溶液如例图所示，用泵输送某溶液，已知该溶液如例图所示，用泵输送某溶液，已知该溶液的密度的密度的密度的密度=867kg/m=867kg/m3 3，粘度，粘度，粘度，粘度=0.67510=0

65、.6751033 Pa.s Pa.s，输，输，输，输送流量为送流量为送流量为送流量为51051033 m m3 3/s /s。高位槽液面高出低位槽液。高位槽液面高出低位槽液。高位槽液面高出低位槽液。高位槽液面高出低位槽液面面面面10 m10 m。泵吸入管用。泵吸入管用。泵吸入管用。泵吸入管用89 mm4 mm89 mm4 mm的无缝钢管，的无缝钢管，的无缝钢管，的无缝钢管，其直管部分总长为其直管部分总长为其直管部分总长为其直管部分总长为10 m10 m，管路上装有一个底阀，管路上装有一个底阀，管路上装有一个底阀，管路上装有一个底阀（可按旋启式止回阀全开计），一个标准弯头。（可按旋启式止回阀全开

66、计），一个标准弯头。（可按旋启式止回阀全开计），一个标准弯头。（可按旋启式止回阀全开计），一个标准弯头。泵排出管用泵排出管用泵排出管用泵排出管用57 mm3.5 mm57 mm3.5 mm的无缝钢管，其直管的无缝钢管，其直管的无缝钢管，其直管的无缝钢管，其直管部分总长为部分总长为部分总长为部分总长为20 m20 m，管路上装有一个全开的闸阀，管路上装有一个全开的闸阀，管路上装有一个全开的闸阀，管路上装有一个全开的闸阀，一个全开的截止阀和一个全开的截止阀和一个全开的截止阀和一个全开的截止阀和3 3个标准弯头。高位槽和低位个标准弯头。高位槽和低位个标准弯头。高位槽和低位个标准弯头。高位槽和低位槽液

67、面均为大气压，且高、低位槽液面恒定槽液面均为大气压，且高、低位槽液面恒定槽液面均为大气压，且高、低位槽液面恒定槽液面均为大气压，且高、低位槽液面恒定, , 取取取取管壁的绝对粗糙度管壁的绝对粗糙度管壁的绝对粗糙度管壁的绝对粗糙度 0.3 mm0.3 mm，求泵的轴功率，求泵的轴功率，求泵的轴功率，求泵的轴功率( (设设设设泵的效率为泵的效率为泵的效率为泵的效率为7070) )。52中国农业大学食品工程原理1解：在如图所示的解：在如图所示的11，至至22，截面间列柏努利截面间列柏努利方程，有：方程，有： wLf = gz+p/+u2/2 （1）其中：其中：z=10m，p=0，u1=u2=0，Lf

68、=LfS+LfD。以下分别计算吸入管和排出管的能量损失。以下分别计算吸入管和排出管的能量损失。53中国农业大学食品工程原理1（1 1）吸入管的能量损失）吸入管的能量损失）吸入管的能量损失）吸入管的能量损失吸入管中流速：吸入管中流速：吸入管中流速：吸入管中流速： / / / /=0.3/81=0.0037=0.3/81=0.0037=0.3/81=0.0037=0.3/81=0.0037由图由图由图由图1-171-171-171-17查得查得查得查得=0.027=0.027=0.027=0.027。管件名称管件名称管件名称管件名称 当量长度当量长度当量长度当量长度底阀底阀底阀底阀 L L L L

69、e e e e6.3 m6.3 m6.3 m6.3 m1 1 1 1个标准弯头个标准弯头个标准弯头个标准弯头 L L L Le e e e2.7 m2.7 m2.7 m2.7 m L L L Le e e e=9 m=9 m=9 m=9 m管进口局部阻力系数：管进口局部阻力系数：管进口局部阻力系数：管进口局部阻力系数：0.50.50.50.5 54中国农业大学食品工程原理1(2)(2)排出管的能量损失排出管的能量损失排出管的能量损失排出管的能量损失排出管中流速：排出管中流速：排出管中流速：排出管中流速： /=0.3/50=0.006=0.3/50=0.006=0.3/50=0.006=0.3/

70、50=0.006。由图。由图。由图。由图1-171-171-171-17查得查得查得查得=0.032=0.032=0.032=0.032。管件名称管件名称管件名称管件名称 当量长度当量长度当量长度当量长度闸阀全开闸阀全开闸阀全开闸阀全开 L L L Le e e e0.33 m0.33 m0.33 m0.33 m截止阀全开截止阀全开截止阀全开截止阀全开 L L L Le e e e17 m17 m17 m17 m3 3 3 3 个标准弯头个标准弯头个标准弯头个标准弯头 L L L Le e e e31.6 m31.6 m31.6 m31.6 m L L L Le e e e=22.13 m=2

71、2.13 m=22.13 m=22.13 m管出口局部阻力系数：管出口局部阻力系数：管出口局部阻力系数：管出口局部阻力系数：1.01.01.01.0 55中国农业大学食品工程原理1 (3)管路总能量损失管路总能量损失将以上各值代入（将以上各值代入（1）式可得：）式可得：轴功率轴功率N： 56中国农业大学食品工程原理1例例17 如例图所示，自水塔将水送至车间，如例图所示，自水塔将水送至车间，输送管路采用输送管路采用114 mm4 mm的钢管，管的钢管，管路总长为路总长为190 m（包括管件、阀门及（包括管件、阀门及3个弯个弯头的当量长度，但不包括进出口损失）。头的当量长度，但不包括进出口损失）。

72、水塔内水面维持恒定，并高于出水口水塔内水面维持恒定，并高于出水口15 m。设水温为设水温为12 ，取管壁的绝对粗糙度，取管壁的绝对粗糙度0.2 mm,求管路的输水量求管路的输水量(m3/h)。 57中国农业大学食品工程原理1解解解解：在在在在如如如如图图图图所所所所示示示示的的的的1111，至至至至2222，截截截截面面面面（管管管管出出出出口口口口外外外外侧侧侧侧）间间间间列列列列柏柏柏柏努努努努利方程，有：利方程，有：利方程，有：利方程，有： wL wLf f = gz+p/+u = gz+p/+u2 2/2 /2 （1 1）其中：其中：其中：其中：z=15mz=15m，p=0p=0，u

73、u1 1=u=u2 2=0=0，w=0w=0。将以上各值代入（将以上各值代入（将以上各值代入（将以上各值代入（1 1）式，整理可得：）式，整理可得：）式，整理可得：）式，整理可得： (2) (2) / /=0.2/106=0.00189=0.2/106=0.00189。水温水温水温水温12 12 时时时时: : 1000 kg/m1000 kg/m3 3， 1.236101.2361033Pa.sPa.s。 （3 3）58中国农业大学食品工程原理1设设设设 1 1=0.02,=0.02,代入（代入（代入（代入（2 2）得：）得：）得：）得： u=2.81 m/s u=2.81 m/s 将将将将

74、u u值代入（值代入（值代入（值代入（3 3）式得：）式得：）式得：）式得：由由由由 Re Re，/值，查图值，查图值，查图值，查图117117得：得：得：得： 2 2=0.024=0.024 与初设的与初设的与初设的与初设的 相差较大。相差较大。相差较大。相差较大。将将将将 2 2=0.024,=0.024,代入（代入（代入（代入（2 2）得：）得：）得：）得： u=2.58 m/su=2.58 m/s 将将将将u u值代入（值代入（值代入（值代入（3 3）式得：）式得：）式得：）式得：由由由由 Re Re，/值，查图值，查图值，查图值，查图117117得：得：得：得： 3 3=0.0241

75、=0.0241 0.02410.0240.02410.024 /0.0241=0.42%1%/0.0241=0.42%1%故故故故u u2.58 m/s 2.58 m/s 正确。正确。正确。正确。输水量输水量输水量输水量: : 59中国农业大学食品工程原理16.1.2 复杂管路计算复杂管路计算主要包括并联和分支管路。主要包括并联和分支管路。 1)并联管路并联管路 特点：特点：总流量等于各支路中流量之和，即：总流量等于各支路中流量之和，即： Q=Q1+Q2 + Qn各支路的能量损失相等，即：各支路的能量损失相等，即： Lf，1Lf，2=Lf，n =Lf，AB基本题型：已知总流量求各分支的流量。基

76、本题型：已知总流量求各分支的流量。60中国农业大学食品工程原理1基本解法：由特点基本解法：由特点基本解法：由特点基本解法：由特点，得，得，得，得1 1个方程：个方程：个方程：个方程：u u1 1+u+u2 2+u+un n= =常数常数常数常数 （1 1）由特点由特点由特点由特点，得，得，得，得n1n1个方程：个方程：个方程：个方程：或或或或 = = （2 2）若若若若 1 1 n n已知，可直接求解；已知，可直接求解；已知，可直接求解；已知，可直接求解；若已知管路为光滑管，则有：若已知管路为光滑管，则有：若已知管路为光滑管，则有：若已知管路为光滑管，则有： n n2 2： 1 1= = （d

77、 d1 1u u1 1：d d2 2u u2 2：ddn n u un n）0.250.25 （3 3）（1 1），（），（），（），（2 2），（），（），（），（3 3）联立可求解。）联立可求解。）联立可求解。）联立可求解。若若若若 1 1 n n未知，需设未知，需设未知，需设未知，需设n n个个个个 i i（ i i=0.02=0.020.0350.035），用），用），用），用 （2 2），（），（），（），（1 1）求）求）求）求uRe=du/uRe=du/j j，当，当，当，当 i ij j /j j0.010.01时，则所求时，则所求时，则所求时，则所求u u正确，否则重正确，否

78、则重正确，否则重正确，否则重复以上步骤（此时以复以上步骤（此时以复以上步骤（此时以复以上步骤（此时以 j j作为初值）。作为初值）。作为初值）。作为初值）。 61中国农业大学食品工程原理1(2)分支管路分支管路 特点特点: :总流量等于各支路中流量之和，即：总流量等于各支路中流量之和，即： Q=Q Q=Q1 1+Q+Q2 2 + Q+ Qn n单单位位质质量量的的流流体体在在各各支支管管流流动动终终了了时时的的总总机械能与能量损失之和相等，即：机械能与能量损失之和相等，即： gZ gZ1 1+u+u1 12 2/2+P/2+P1 1/+L/+Lf f，0-10-1=gZ=gZ2 2+u+u2

79、22 2/2+P/2+P2 2/+L/+Lf f，0-20-2= gZ= gZn n+u+un n2 2/2+P/2+Pn n/+L/+Lf f，0-n0-n62中国农业大学食品工程原理1例例18 有一并联管路，支管有一并联管路，支管1与支管与支管2的总长的总长度（包括当量长度）如下：管度（包括当量长度）如下：管1直径直径0.053 m，总长度，总长度30 m；管；管2直径直径0.0805 m，总长度，总长度50 m。两管均为光滑管。管内输送。两管均为光滑管。管内输送20 的的水，已知总管中的流量为水，已知总管中的流量为60 m3/h，求水在，求水在两支管中的流量。两支管中的流量。63中国农业

80、大学食品工程原理1解：解：20 水的物性为：水的物性为：=998.2kg/m3，=1.005103 Pas。设管设管1内的流速为内的流速为u1，管，管2内的流速为内的流速为u2。则有：则有： Q=Q1+Q2或或 7.555 =u1+2.307u2 (1)又又 64中国农业大学食品工程原理1或或 （2）光滑管，光滑管， （3）（1）,（2），），(3)联立，可解得：联立，可解得： u2=2.29 m/s，u1=2.27 m/s 65中国农业大学食品工程原理1n n6 62 2 流量测量流量测量流量测量流量测量测速原理：利用动能转化成静压能。测速原理：利用动能转化成静压能。测速原理：利用动能转化成

81、静压能。测速原理：利用动能转化成静压能。测速管示意图：测速管示意图：测速管示意图：测速管示意图： 在测点处：在测点处：在测点处：在测点处：流体的冲压能流体的冲压能流体的冲压能流体的冲压能E E E Em m m m：uuuur r r r2 2 2 2/2+p/2+p/2+p/2+p静压能静压能静压能静压能E E E Es s s s：p p p p二者之差使压差计有一读数二者之差使压差计有一读数二者之差使压差计有一读数二者之差使压差计有一读数R R R R，即，即，即，即E E E Em m m m-E-E-E-Es s s s=u=u=u=ur r r r2 2 2 2/2=p=Rg/2=

82、p=Rg/2=p=Rg/2=p=Rg（A A A A-） 66中国农业大学食品工程原理1若若被被测测量量的的流流体体是是气气体体，由由于于A A，上上式式可简化为可简化为式式中中，A A- -分分别别为为被被输输送送流流体体和和指指示示液液的的密度，密度，kg/mkg/m3 3。当当测测点点位位于于管管中中心心线线上上时时，u ur r=u=umaxmax，即即这这时时测测得得是是最最大大流流速速。最最大大流流速速与与平平均均流流速速的的关系已由实验测出，见图关系已由实验测出，见图1-211-21。求流量的过程：求流量的过程： ReRemaxmax=du=dumaxmax/图图1-1-21u/

83、u21u/umaxmaxuQuQ。67中国农业大学食品工程原理16 62 22 2 孔板流量计孔板流量计孔板流量计孔板流量计 68中国农业大学食品工程原理1测量原理：利用静压能转化成动能。测量原理：利用静压能转化成动能。测量原理：利用静压能转化成动能。测量原理：利用静压能转化成动能。在在在在1111和和和和0000截面间列柏努利方程，有：截面间列柏努利方程，有：截面间列柏努利方程，有：截面间列柏努利方程，有：w = gz+p/+uw = gz+p/+u2 2/2+L/2+Lf f而而而而 w=z=0 w=z=0，uu2 2= =u u0 02 2uu1 12 2= u= u0 02 2uu0

84、02 2（d d0 0/d/d1 1）4 4= u= u0 02 211（d d0 0/d/d1 1）4 4 LLf f=u=u0 02 2/2/2p=pp=p0 0pp1 1代入得：代入得：代入得：代入得：0= u0= u0 02 211（d d0 0/d/d1 1）4 4/2+/2+（p p0 0pp1 1）/+u/+u0 02 2/2/2或（或（或（或（p p1 1pp0 0）/= u/= u0 02 21+1+（d d0 0/d/d1 1）4 4/2/269中国农业大学食品工程原理1而而而而p p1 1pp0 0= Rg= Rg（ A A） （# #）c c0 0 流量系数，流量系数，

85、流量系数，流量系数，c c0 0=f=f（ReRe1 1，A A0 0/A/A1 1），），），），ReRe1 1=d=d1 1u u1 1/，见图，见图，见图，见图123123。计算流量用试差法，过程为：计算流量用试差法，过程为：计算流量用试差法，过程为：计算流量用试差法，过程为：设设设设 ReRe1 1设设设设 ReRec c， 由由由由 A A0 0/A/A1 1图图图图 123c123c0 0（ # #） 式式式式QuQu1 1ReRe1 1，若若若若 ReRe1 1ReRec c ，QQ正正正正确确确确；否否否否则则则则，由由由由ReRe1 1图图图图123c123c0 0，i i（

86、# #）式式式式QuQu1 1ReRe1 1图图图图123c123c0 0，i+1i+1，直至满足：，直至满足：，直至满足：，直至满足： c c0 0，i i c c0 0，i+1i+1 / c/ c0 0，i+1i+10.01 0.01 为止。为止。为止。为止。70中国农业大学食品工程原理1623 文丘里流量计文丘里流量计 为为了了减减少少流流体体节节流流造造成成的的能能量量损损失失，可可用用一一段段渐渐缩缩渐渐扩扩的的短短管管代代替替孔孔板板，这这就就是是文文丘丘里流量计。里流量计。(F124) 测量原理和计算公式同孔板流量计。测量原理和计算公式同孔板流量计。71中国农业大学食品工程原理1

87、624 转子流量计转子流量计72中国农业大学食品工程原理1转转子子流流量量计计是是一一种种典典型型的的变变截截面面流流量量计计，是是恒恒压压差差流流量量计计。流流量量不不同同则则转转子子所所处处位位置置不同。不同。转转子子流流量量计计的的安安装装要要求求：垂垂直直，大大口口在在上上，小口在下，且流体必须从下部流入。小口在下，且流体必须从下部流入。转转子子的的力力平平衡衡关关系系：向向上上的的推推力力等等于于转转子子的的净重力。净重力。 （P1P2）Af=Vf（f）g或或 （P1P2）=Vf（f）g/ Af仿照孔板，得流量公式为：仿照孔板，得流量公式为： 73中国农业大学食品工程原理1转转转转子

88、子子子流流流流量量量量计计计计在在在在出出出出厂厂厂厂时时时时已已已已用用用用水水水水（对对对对液液液液体体体体系系系系列列列列）或或或或空空空空气气气气（对气体系列）进行了标定。（对气体系列）进行了标定。（对气体系列）进行了标定。（对气体系列）进行了标定。 当当当当实实实实测测测测的的的的流流流流体体体体与与与与标标标标准准准准流流流流体体体体的的的的粘粘粘粘度度度度相相相相差差差差不不不不是是是是很很很很大大大大时时时时，有：有：有：有： 对于气体，有：对于气体，有：对于气体，有：对于气体，有： 式式式式中中中中：QQs s，QQ2 2 分分分分别别别别为为为为在在在在同同同同一一一一刻刻

89、刻刻度度度度下下下下标标标标准准准准流流流流体体体体和和和和所所所所测流体的流量；测流体的流量；测流体的流量；测流体的流量； s s， 2 2 分别为标准流体和所测流体的密分别为标准流体和所测流体的密分别为标准流体和所测流体的密分别为标准流体和所测流体的密 度，度，度，度，kg/mkg/m3 3； f f 转子材料的密度，转子材料的密度，转子材料的密度，转子材料的密度，kg/mkg/m3 3。 74中国农业大学食品工程原理17 液体输送设备液体输送设备泵：为液体提供能量的输送设备。泵：为液体提供能量的输送设备。n n71 泵的类型泵的类型按工作原理和结构特征可分为三类：按工作原理和结构特征可分

90、为三类：(1) 叶片式泵叶片式泵 离心泵、轴流泵和旋涡泵离心泵、轴流泵和旋涡泵75中国农业大学食品工程原理1(2) 往复式泵往复式泵 活塞泵、柱塞泵和隔膜泵活塞泵、柱塞泵和隔膜泵 (3)旋转式泵旋转式泵 齿轮泵、螺杆泵、转子泵、滑齿轮泵、螺杆泵、转子泵、滑片泵片泵后两类泵的流量与外界条件无关，称为正位后两类泵的流量与外界条件无关，称为正位移泵或容积泵。移泵或容积泵。76中国农业大学食品工程原理1n n72 泵的主要性能和特性泵的主要性能和特性721 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数包括压头（扬程）、流量、功率和效率。包括压头（扬程）、流量、功率和效率。(1)流量流量Q： 泵在单位时间内

91、排出的液体体积，泵在单位时间内排出的液体体积，m3/s。 取决于泵的结构、尺寸、转速。取决于泵的结构、尺寸、转速。(2)压头（扬程）压头（扬程）H： 泵给予单位重量（泵给予单位重量（1 N）液体的能量，）液体的能量，m。取决于泵的结构、转速、流量。取决于泵的结构、转速、流量。77中国农业大学食品工程原理1（3 3）有效功率）有效功率）有效功率）有效功率N Ne e和效率和效率和效率和效率 ： 有有有有效效效效功功功功率率率率N Ne e：单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内液液液液体体体体流流流流经经经经泵泵泵泵后后后后实实实实际际际际所所所所得得得得到到到到的功，的功，的功，的功，WW。

92、 N Ne e=HQg =HQg （WW）轴功率轴功率轴功率轴功率N N：泵轴所需的功率。：泵轴所需的功率。：泵轴所需的功率。：泵轴所需的功率。效率：泵的有效功率与轴功率之比。效率：泵的有效功率与轴功率之比。效率：泵的有效功率与轴功率之比。效率：泵的有效功率与轴功率之比。=Ne/N=Ne/N造成有效功率小于轴功率的原因有：造成有效功率小于轴功率的原因有：造成有效功率小于轴功率的原因有：造成有效功率小于轴功率的原因有：机械损失：由机械摩擦而引起。机械损失：由机械摩擦而引起。机械损失：由机械摩擦而引起。机械损失：由机械摩擦而引起。水力损失：由泵体内的流动阻力而引起。水力损失：由泵体内的流动阻力而引

93、起。水力损失：由泵体内的流动阻力而引起。水力损失：由泵体内的流动阻力而引起。容积损失：由泄漏造成的损失。容积损失：由泄漏造成的损失。容积损失：由泄漏造成的损失。容积损失：由泄漏造成的损失。78中国农业大学食品工程原理17 72 22 2 正位移泵的主要性能参数正位移泵的主要性能参数正位移泵的主要性能参数正位移泵的主要性能参数以以以以往往往往复复复复泵泵泵泵为为为为例例例例，正正正正位位位位移移移移泵泵泵泵的的的的主主主主要要要要性性性性能能能能参参参参数数数数有有有有：流流流流量量量量、功功功功率率率率与与与与效率、压头。效率、压头。效率、压头。效率、压头。(1)(1)流流流流量量量量 往往往

94、往复复复复泵泵泵泵的的的的流流流流量量量量由由由由泵泵泵泵缸缸缸缸尺尺尺尺寸寸寸寸、活活活活塞塞塞塞冲冲冲冲程程程程及及及及往往往往复复复复频频频频率率率率所所所所决定，理论平均流量可按下式计算：决定，理论平均流量可按下式计算：决定，理论平均流量可按下式计算：决定，理论平均流量可按下式计算：单动泵单动泵单动泵单动泵 Q QT T=ASn=ASn式中：式中：式中：式中：QQT T为往复泵的理论流量，为往复泵的理论流量，为往复泵的理论流量，为往复泵的理论流量，mm3 3/s /s；AA活塞的截面积，活塞的截面积，活塞的截面积，活塞的截面积，mm2 2；SS为活塞冲程，为活塞冲程，为活塞冲程，为活塞

95、冲程，mm；n n为活塞每秒钟往复次数，为活塞每秒钟往复次数，为活塞每秒钟往复次数，为活塞每秒钟往复次数，1/s1/s。对于双动泵对于双动泵对于双动泵对于双动泵 Q QT T=(2Aa)S n2AS n=(2Aa)S n2AS n式中式中式中式中a a为活塞杆的截面积，为活塞杆的截面积，为活塞杆的截面积，为活塞杆的截面积，mm2 2。往复泵的实际流量等于理论流量与容积效率的乘积，即往复泵的实际流量等于理论流量与容积效率的乘积，即往复泵的实际流量等于理论流量与容积效率的乘积，即往复泵的实际流量等于理论流量与容积效率的乘积，即QQ V VT T式中式中式中式中 V V为往复泵的容积效率，其值为为往

96、复泵的容积效率，其值为为往复泵的容积效率，其值为为往复泵的容积效率，其值为0.850.850.990.99。79中国农业大学食品工程原理1(2)压压头头 往往复复泵泵的的压压头头与与泵泵本本身身的的几几何何尺尺寸寸及流量无关，只决定于管路情况。及流量无关，只决定于管路情况。(3)功率功率N与效率与效率 N=HQg/7.2.3 泵的特性曲线泵的特性曲线泵泵在在一一定定转转速速下下，压压头头、轴轴功功率率、效效率率与与流流量的关系曲线，由实验求取。量的关系曲线，由实验求取。80中国农业大学食品工程原理1(1)(1)叶片式泵的特性叶片式泵的特性叶片式泵的特性叶片式泵的特性 （1 1）离心泵）离心泵）

97、离心泵）离心泵 （2 2）轴流泵）轴流泵）轴流泵）轴流泵离离离离心心心心泵泵泵泵在在在在启启启启动动动动时时时时要要要要将将将将出出出出口口口口阀阀阀阀关关关关闭闭闭闭，轴轴轴轴流流流流泵泵泵泵在在在在启启启启动动动动时时时时不不不不要要要要将将将将出出出出口阀关闭，否则将引起电动机的过载。口阀关闭，否则将引起电动机的过载。口阀关闭，否则将引起电动机的过载。口阀关闭，否则将引起电动机的过载。离心泵的离心泵的离心泵的离心泵的HQHQ曲线可用下式表示：曲线可用下式表示：曲线可用下式表示：曲线可用下式表示： H=AB H=AB，QQ2 2(2)(2)正位移泵的特性正位移泵的特性正位移泵的特性正位移泵

98、的特性 81中国农业大学食品工程原理1724离心泵的性能参数的改变与换算离心泵的性能参数的改变与换算1) 液体密度的影响液体密度的影响泵的泵的H、Q、与与无关，轴功率无关，轴功率N与与成正成正比。比。2) 转速的影响转速的影响当转速相对变化当转速相对变化20%时，有比例定律：时，有比例定律：3) 叶轮直径的影响叶轮直径的影响当叶轮直径相对变化当叶轮直径相对变化10%时，有切割定律：时，有切割定律：82中国农业大学食品工程原理1n n7 73 3 泵的安装高度泵的安装高度泵的安装高度泵的安装高度泵吸液的基本原因：由于动件运动而形成泵进口处泵吸液的基本原因：由于动件运动而形成泵进口处泵吸液的基本原

99、因：由于动件运动而形成泵进口处泵吸液的基本原因：由于动件运动而形成泵进口处的真空度。的真空度。的真空度。的真空度。特别提示：离心泵在起动前要先向泵内注满被输送特别提示：离心泵在起动前要先向泵内注满被输送特别提示：离心泵在起动前要先向泵内注满被输送特别提示：离心泵在起动前要先向泵内注满被输送的液体。的液体。的液体。的液体。泵的允许安装高度：泵的吸入口轴线至吸入贮槽液泵的允许安装高度：泵的吸入口轴线至吸入贮槽液泵的允许安装高度：泵的吸入口轴线至吸入贮槽液泵的允许安装高度：泵的吸入口轴线至吸入贮槽液面的最大垂直距离。面的最大垂直距离。面的最大垂直距离。面的最大垂直距离。 对对对对叶叶叶叶片片片片式式

100、式式泵泵泵泵，在在在在贮贮贮贮槽槽槽槽液液液液面面面面（0-00-00-00-0，截截截截面面面面）至至至至泵入泵入泵入泵入口（口（口（口（1-11-11-11-1，截面）间列柏努利方程，有：截面）间列柏努利方程，有：截面）间列柏努利方程，有：截面）间列柏努利方程，有：w = gz+p/+uw = gz+p/+uw = gz+p/+uw = gz+p/+u2 2 2 2/2+L/2+L/2+L/2+Lf f f f其中，其中，其中，其中，w=0w=0w=0w=0，u u u u0 0 0 0=0=0=0=0，u u u u1 1 1 1=u=u=u=us s s s， p= p= p= p=（

101、p p p p1 1 1 1-p-p-p-p0 0 0 0），），），），z=zz=zz=zz=z1 1 1 1-z-z-z-z0 0 0 083中国农业大学食品工程原理1代入可得：代入可得：0=g（z1z0）+（p1p0）/+ us2/2+Lfs或（或（z1z0）=（p0p1）/g us2/2ghfs令令 Zs=（z1z0），则），则Zs=（p0p1）/g us2/2ghfs如果贮液槽开口，则如果贮液槽开口，则P0=Pa（大气压）。（大气压）。称称 Hs=（pap1）/g 为允许吸上真空度。为允许吸上真空度。 84中国农业大学食品工程原理1HHs s的的的的值值值值由由由由泵泵泵泵厂厂厂厂实

102、实实实验验验验测测测测定定定定，实实实实验验验验条条条条件件件件：大大大大气气气气压压压压强强强强为为为为10mH10mH2 2OO，2O2O的的的的清清清清水水水水。当当当当输输输输送送送送条条条条件件件件与与与与实实实实验验验验条条条条件件件件不符时，需对不符时，需对不符时，需对不符时，需对HHs s进行校正。进行校正。进行校正。进行校正。式中：式中：式中：式中：HHa a 贮槽液面上方的绝对压强，贮槽液面上方的绝对压强，贮槽液面上方的绝对压强，贮槽液面上方的绝对压强，mm液柱；液柱；液柱；液柱； p pv v 输送温度下液体的饱和蒸汽压，输送温度下液体的饱和蒸汽压，输送温度下液体的饱和蒸

103、汽压，输送温度下液体的饱和蒸汽压，PaPa； 被输送液体的密度，被输送液体的密度，被输送液体的密度，被输送液体的密度，kg/mkg/m3 3。 一般一般一般一般HHs s随流量的增加而下降。随流量的增加而下降。随流量的增加而下降。随流量的增加而下降。 85中国农业大学食品工程原理1泵的允许安装高度还可用允许汽蚀余量的方泵的允许安装高度还可用允许汽蚀余量的方泵的允许安装高度还可用允许汽蚀余量的方泵的允许安装高度还可用允许汽蚀余量的方法求取。法求取。法求取。法求取。定义定义定义定义 代入代入代入代入Z Zs s计算式，可得：计算式，可得：计算式，可得：计算式，可得：式中：式中：式中：式中：p p0

104、 0贮槽液面上方的绝对压强，贮槽液面上方的绝对压强，贮槽液面上方的绝对压强，贮槽液面上方的绝对压强，PaPa。 H Hs s与与与与hh的关系：的关系：的关系：的关系： HHs s+h10m+h10m为了安全起见，泵的实际安装高度应比为了安全起见，泵的实际安装高度应比为了安全起见，泵的实际安装高度应比为了安全起见，泵的实际安装高度应比Z Zs s小小小小0.50.51.0m1.0m。86中国农业大学食品工程原理1n n74 管路特性管路特性管路特性曲线是指当管路条件一定的情况下，管路特性曲线是指当管路条件一定的情况下，管路系统中被输送液体的流量与流过这一流管路系统中被输送液体的流量与流过这一流

105、量所必需的外加能量的关系。量所必需的外加能量的关系。87中国农业大学食品工程原理1在在在在贮贮贮贮液液液液槽槽槽槽液液液液面面面面（1111，）和和和和高高高高位位位位槽槽槽槽液液液液面面面面（2222，）间间间间列列列列柏努利方程，得：柏努利方程，得：柏努利方程，得：柏努利方程，得： H H H He e e e=z+p/=z+p/=z+p/=z+p/（gggg）+u+u+u+u2 2 2 2/2g+h/2g+h/2g+h/2g+hf f f f式中：式中：式中：式中：uu2 2/2g0/2g0。令令令令 （常数）（常数）（常数）（常数）及及及及 K=z+p/gK=z+p/gK=z+p/gK

106、=z+p/g （常数），则有：（常数），则有：（常数），则有：（常数），则有： H H H He e e e=K+BQ=K+BQ=K+BQ=K+BQe e e e2 2 2 2=K+H=K+H=K+H=K+Hf f f f上式即为管路特性曲线方程。上式即为管路特性曲线方程。上式即为管路特性曲线方程。上式即为管路特性曲线方程。88中国农业大学食品工程原理1n n7 75 5 泵的工作点与流量调节泵的工作点与流量调节泵的工作点与流量调节泵的工作点与流量调节 泵的工作点：泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。泵的工作点：泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。泵的工作点：泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。泵的

107、工作点：泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。在工作点在工作点在工作点在工作点MM处，有：处，有：处，有：处，有：H=HH=HH=HH=He e e e，Q=QQ=QQ=QQ=Qe e e e。 若给定泵的特性曲线方程（若给定泵的特性曲线方程（若给定泵的特性曲线方程（若给定泵的特性曲线方程（H=A-BH=A-BH=A-BH=A-BQ Q Q Q2 2 2 2）与管路特性曲线方程（与管路特性曲线方程（与管路特性曲线方程（与管路特性曲线方程（H H H He e e e=K+BQ=K+BQ=K+BQ=K+BQe e e e2 2 2 2），联立两方程可），联立两方程可），联立两方程可），联立两方程可解

108、得工作点的参数。解得工作点的参数。解得工作点的参数。解得工作点的参数。89中国农业大学食品工程原理1泵的流量调节：泵的流量调节：泵的流量调节：泵的流量调节：1) 1) 叶片式泵的流量调节叶片式泵的流量调节叶片式泵的流量调节叶片式泵的流量调节对此类泵，改变泵或管路特性曲线之一均可对此类泵，改变泵或管路特性曲线之一均可对此类泵，改变泵或管路特性曲线之一均可对此类泵，改变泵或管路特性曲线之一均可达到调节流量的目的。达到调节流量的目的。达到调节流量的目的。达到调节流量的目的。 改变泵出口阀门的开度改变泵出口阀门的开度改变泵出口阀门的开度改变泵出口阀门的开度 实质是改变管路特性曲线。实质是改变管路特性曲

109、线。实质是改变管路特性曲线。实质是改变管路特性曲线。开度开度开度开度 ，H H H Hf f f f，曲线变陡（曲线，曲线变陡（曲线，曲线变陡（曲线，曲线变陡（曲线1 1）；）；）；）；开度开度开度开度 ，H H H Hf f f f，曲线变平坦（曲线，曲线变平坦（曲线，曲线变平坦（曲线，曲线变平坦（曲线2 2）。）。）。）。此法方便，流量可连续调节，是最此法方便，流量可连续调节，是最此法方便，流量可连续调节，是最此法方便，流量可连续调节，是最常用的方法。常用的方法。常用的方法。常用的方法。90中国农业大学食品工程原理1改变泵的转速或叶轮直径改变泵的转速或叶轮直径 实质是改变泵的特性曲线。实质

110、是改变泵的特性曲线。由泵的比例定律和切割定律，知：由泵的比例定律和切割定律，知：n（或（或D）（），），H、Q（）。）。此法较少采用。此法较少采用。91中国农业大学食品工程原理12 2）正位移泵的流量调节）正位移泵的流量调节）正位移泵的流量调节）正位移泵的流量调节对对对对此此此此类类类类泵泵泵泵，只只只只能能能能改改改改变变变变泵泵泵泵的的的的特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线才才才才能能能能达达达达到到到到调调调调节节节节流流流流量的目的。量的目的。量的目的。量的目的。改变泵的转速改变泵的转速改变泵的转速改变泵的转速n nn n （ ），），），），QQ（ ）。）。）。）。改变泵的活塞冲程（仅

111、对往复式泵）改变泵的活塞冲程（仅对往复式泵）改变泵的活塞冲程（仅对往复式泵）改变泵的活塞冲程（仅对往复式泵）冲程冲程冲程冲程SS（ ），），），），QQ（ ）。）。）。）。采用旁路调节采用旁路调节采用旁路调节采用旁路调节92中国农业大学食品工程原理1例例例例 题题题题 19 19 某某某某 离离离离 心心心心 泵泵泵泵 在在在在 一一一一 定定定定 转转转转 速速速速 下下下下 的的的的 特特特特 性性性性 曲曲曲曲 线线线线 方方方方 程程程程 为为为为 ： ，式式式式中中中中：H H 的的的的单单单单位位位位为为为为mm，QQ的的的的单单单单位位位位为为为为 。今今今今有有有有一一一一输输

112、输输水水水水系系系系统统统统，其其其其吸吸吸吸入入入入设设设设备备备备中中中中液液液液面面面面上上上上方方方方的的的的真真真真空空空空度度度度为为为为 ，排排排排出出出出设设设设备备备备中中中中液液液液面面面面上上上上方方方方的的的的表表表表压压压压强强强强为为为为 排排排排出出出出设设设设备备备备中中中中液液液液面面面面比比比比吸吸吸吸入入入入设设设设备备备备中中中中液液液液面面面面高高高高 两两两两设设设设备备备备间间间间用用用用 的的的的管管管管子子子子相相相相连连连连，吸吸吸吸入入入入管管管管长长长长度度度度 ，排排排排出出出出管管管管长长长长度度度度 （以以以以上上上上长长长长度度度

113、度均均均均包包包包括括括括局局局局部部部部阻阻阻阻力力力力的的的的当当当当量量量量长长长长度度度度，但但但但未未未未包包包包括括括括管管管管子子子子进进进进、出出出出口口口口阻阻阻阻力力力力）。若若若若此此此此系系系系统统统统用用用用上上上上述述述述水水水水泵泵泵泵输输输输送送送送2020的清水，摩擦系数取为的清水，摩擦系数取为的清水，摩擦系数取为的清水，摩擦系数取为0.0280.028。1) 1) 求输水量与所需的有效功率；求输水量与所需的有效功率；求输水量与所需的有效功率；求输水量与所需的有效功率；2) 2) 若若若若该该该该泵泵泵泵在在在在上上上上述述述述流流流流量量量量下下下下的的的的

114、允允允允许许许许吸吸吸吸上上上上真真真真空空空空度度度度为为为为5.6m5.6m，求泵的允许安装高度（当地大气压按求泵的允许安装高度（当地大气压按求泵的允许安装高度（当地大气压按求泵的允许安装高度（当地大气压按8m 8m 计）。计）。计）。计）。附：附：附：附：2020水的密度水的密度水的密度水的密度 饱和蒸汽压饱和蒸汽压饱和蒸汽压饱和蒸汽压 。93中国农业大学食品工程原理1解解解解1 1）求输水量与所需的有效功率）求输水量与所需的有效功率）求输水量与所需的有效功率）求输水量与所需的有效功率管路特性曲线方程为：管路特性曲线方程为：管路特性曲线方程为：管路特性曲线方程为：其中：其中：其中：其中：

115、泵的特性曲线方程为：泵的特性曲线方程为：泵的特性曲线方程为：泵的特性曲线方程为：工作点时，工作点时，工作点时，工作点时，（1 1）、（）、（）、（）、（2 2）联立，解得：）联立，解得：）联立，解得：）联立，解得：故故故故 输水量为输水量为输水量为输水量为 。有效功率：有效功率：有效功率：有效功率： 94中国农业大学食品工程原理12 2）求泵的允许安装高度）求泵的允许安装高度）求泵的允许安装高度）求泵的允许安装高度 管中流速：管中流速：管中流速：管中流速： 吸入设备内绝对压强：吸入设备内绝对压强：吸入设备内绝对压强：吸入设备内绝对压强： 吸入管的流动阻力：吸入管的流动阻力：吸入管的流动阻力：吸

116、入管的流动阻力： 其中其中其中其中：95中国农业大学食品工程原理17 气体输送原理气体输送原理用用用用于于于于输输输输送送送送气气气气体体体体的的的的设设设设备备备备称称称称为为为为风风风风机机机机，气气气气体体体体输输输输送送送送原原原原理理理理和和和和液液液液体输送基本相同。体输送基本相同。体输送基本相同。体输送基本相同。按出口气体的压强（终压）或压缩比（指压送机按出口气体的压强（终压）或压缩比（指压送机按出口气体的压强（终压）或压缩比（指压送机按出口气体的压强（终压）或压缩比（指压送机械出口与入口气体绝对压强的比值）来分为：械出口与入口气体绝对压强的比值）来分为：械出口与入口气体绝对压强

117、的比值）来分为：械出口与入口气体绝对压强的比值）来分为：(1)(1)通通通通风风风风机机机机 出出出出口口口口压压压压力力力力不不不不大大大大于于于于15 15 kPakPa（表表表表压压压压），压压压压缩缩缩缩比为比为比为比为1 11.151.15。(2)(2)鼓鼓鼓鼓风风风风机机机机 终终终终压压压压为为为为1515294 294 kPa(kPa(表表表表压压压压) )，压压压压缩缩缩缩比比比比小小小小于于于于4 4。(3)(3)压缩机压缩机压缩机压缩机 终压为终压为终压为终压为294 kPa294 kPa（表压）以上，压缩比大（表压）以上，压缩比大（表压）以上，压缩比大（表压）以上，压缩

118、比大 于于于于4 4。(4)(4)真空泵真空泵真空泵真空泵 用于减压，终压为大气压，压缩比由真用于减压，终压为大气压，压缩比由真用于减压，终压为大气压，压缩比由真用于减压，终压为大气压，压缩比由真 空度决定。空度决定。空度决定。空度决定。96中国农业大学食品工程原理1n n7 71 1离心式通风机和鼓风机离心式通风机和鼓风机离心式通风机和鼓风机离心式通风机和鼓风机7 71 11 1 离心通风机离心通风机离心通风机离心通风机根据风压的不同，将离心通风机分为根据风压的不同，将离心通风机分为根据风压的不同，将离心通风机分为根据风压的不同，将离心通风机分为3 3类：类：类：类：低压离心通风机：出口风压

119、低于低压离心通风机：出口风压低于低压离心通风机：出口风压低于低压离心通风机：出口风压低于1101103 3 Pa( Pa(表压表压表压表压) )；中中中中压压压压离离离离心心心心通通通通风风风风机机机机：出出出出口口口口风风风风压压压压低低低低于于于于1101103 3 3103103 3 PaPa( (表压表压表压表压) )；高高高高压压压压离离离离心心心心通通通通风风风风机机机机：出出出出口口口口风风风风压压压压低低低低于于于于3103103 3151015103 3 PaPa( (表压表压表压表压) )。离心通风机的结构：离心通风机的结构：离心通风机的结构：离心通风机的结构： 97中国农

120、业大学食品工程原理1(1) (1) 离心通风机的性能参数离心通风机的性能参数离心通风机的性能参数离心通风机的性能参数 有风量、风压、轴功率和效率。有风量、风压、轴功率和效率。有风量、风压、轴功率和效率。有风量、风压、轴功率和效率。当当当当气气气气体体体体通通通通过过过过风风风风机机机机的的的的压压压压强强强强变变变变化化化化不不不不大大大大于于于于入入入入口口口口压压压压强强强强的的的的20%20%时时时时，可视为不可压缩。可视为不可压缩。可视为不可压缩。可视为不可压缩。风风风风量量量量QQ：风风风风量量量量是是是是指指指指单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内从从从从风风风风机机机机出出出

121、出口口口口排排排排出出出出的的的的气气气气体体积（以风机进口处的气体状态计），体体积（以风机进口处的气体状态计），体体积（以风机进口处的气体状态计），体体积（以风机进口处的气体状态计），mm3 3/s /s。（全全全全）风风风风压压压压HHT T：单单单单位位位位体体体体积积积积的的的的气气气气体体体体流流流流过过过过风风风风机机机机时时时时所所所所获获获获得得得得的能量，的能量，的能量，的能量，J/mJ/m3 3=Pa=Pa。HHT T的数值由实验获得。的数值由实验获得。的数值由实验获得。的数值由实验获得。风机的全风压等于静风压（风机的全风压等于静风压（风机的全风压等于静风压（风机的全风压等

122、于静风压（HHst st）与动风压（）与动风压（）与动风压（）与动风压（uu0 02 2/2/2）之和，即：之和，即：之和，即：之和，即： H HT T= H= Hst st+u+u0 02 2/2/298中国农业大学食品工程原理1风机性能表上的风压是在风机性能表上的风压是在20 ，101.3 kPa的条件下用空气作介质测定的。该条件下空的条件下用空气作介质测定的。该条件下空气的密度为气的密度为1.2 kg/m3。若实际的操作条件与。若实际的操作条件与上述的实验条件不同，按下式校正：上述的实验条件不同，按下式校正： H HT T=H=HT T /1.2H1.2HT T /式中：式中：HT，输送

123、条件下所需风压，输送条件下所需风压，Pa； ，被输送的气体密度，被输送的气体密度，kg/m3。按按 HT，Q之值来选择风机。之值来选择风机。轴功率轴功率N与效率与效率：N =HTQ/99中国农业大学食品工程原理1 (2)(2)离心通风机的特性曲线离心通风机的特性曲线离心通风机的特性曲线离心通风机的特性曲线 例例例例110110用用用用离离离离心心心心通通通通风风风风机机机机将将将将30 30 ，101.3 101.3 kPakPa的的的的清清清清洁洁洁洁空空空空气气气气，以以以以28000 28000 mm3 3/h/h的的的的流流流流量量量量经经经经加加加加热热热热器器器器升升升升温温温温至

124、至至至90 90 后后后后进进进进入入入入干干干干燥燥燥燥器器器器。在在在在平平平平均均均均条条条条件件件件下下下下（60 60 及及及及101.3 101.3 kPakPa）输输输输送送送送系系系系统统统统所所所所需需需需的的的的全全全全风风风风压压压压为为为为2460 2460 PaPa。试试试试选选选选择择择择合合合合适适适适型型型型号号号号的的的的通通通通风风风风机机机机，并并并并比比比比较较较较将将将将选选选选定定定定的的的的通通通通风风风风机机机机安安安安装装装装到到到到加加加加热热热热器器器器后后后后面是否适宜。面是否适宜。面是否适宜。面是否适宜。100中国农业大学食品工程原理1

125、解：解：解：解：根根根根据据据据工工工工艺艺艺艺要要要要求求求求，将将将将风风风风机机机机安安安安装装装装在在在在空空空空气气气气加加加加热热热热器器器器前前前前较较较较为为为为合合合合理理理理。此此此此时时时时，风风风风机机机机入入入入口口口口的的的的气气气气体体体体状状状状态态态态为为为为30 30 和和和和101.3 101.3 kPakPa，其其其其流流流流量量量量为为为为Q=28000 Q=28000 mm3 3/h/h。而而而而所所所所需需需需要要要要的的的的风风风风压压压压是是是是在在在在60 60 和和和和101.3 101.3 kPakPa下下下下的值，需要换算为实验条件下数

126、值，即的值，需要换算为实验条件下数值，即的值，需要换算为实验条件下数值，即的值，需要换算为实验条件下数值，即 =1.2(273+20)/(273+60)=1.06kg/m=1.2(273+20)/(273+60)=1.06kg/m3 3 H HT T=2 4601.2/1.06=2 4601.2/1.062 785Pa2 785Pa根据风量根据风量根据风量根据风量Q=28000 mQ=28000 m3 3/h/h和风压和风压和风压和风压HHT T=2785 Pa=2785 Pa，从教材附录中查，从教材附录中查，从教材附录中查，从教材附录中查 得得得得47211N47211NOO.8C.8C型离心通风机可满足要求。型离心通风机可满足要求。型离心通风机可满足要求。型离心通风机可满足要求。若将风机安放到空气加热器之后，则：若将风机安放到空气加热器之后，则：若将风机安放到空气加热器之后，则：若将风机安放到空气加热器之后，则：QQ2800028000（273+90273+90）/ /（273+30273+30）33540 m33540 m3 3/h/h显然，将不能满足送风量的要求。显然，将不能满足送风量的要求。显然，将不能满足送风量的要求。显然，将不能满足送风量的要求。101中国农业大学食品工程原理1