《化工原理》
流体流动–––基本概念与基本原理
1．何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？
练习:某设备的表压强为50KPa，则它的绝对压强为____，另一设备的真空度为50KPa，则它的绝对压强为____。（当地大气压为100KPa）
练习:某台离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及1.7kgf/cm(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的绝对压力各为若干（以法定单位表示）？
解析：
1）压强的表示方法：表压 = 绝对压强 - 大气压 ；真空度 =大气压 - 绝对压强
2
2）压强单位的换算：1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm=1.033at
4
泵进口绝对压力P1=760-220=540mmHg=7.2×10Pa
25
泵出口绝对压力P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm=2.68×10Pa 2．流体静力学基本方程式有几种表达形式？分别说明什么问题？静力学方程式的应用条件？简述静力学方程式的应用其分析问题时如何确定等压面？
①
2
p1??gz1?p2??gz2 J/kg 总势能守恒（静压能+位能）
②p2?p1??g(z1?z2) Pa 等压面
③p2?p0??gh Pa 巴斯噶原理（传递定律）
适用条件：重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体。
确定等压面：静止的联通着的同一种连续流体，处于同一水平面上各点压强相等。 应用：正确确定等压面
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
练习：如图所示，容器中盛有ρ＝800kg/m的油品，U形管中指示液为水(ρ＝1000kg/m)，a1、a2、a3在同一水平面上，b1、b2、b3及b4也在同一高度上，h1=100mm，h2=200mm，则各点的表压pa1=____，pa2=____，pb2=____，pb3=____，h3=____。（表压值以mmH2O表示）
3
3
解析：静力学基本方程式 pa1= pa =0 pa3= pa =0 （表压） pb2= pb1=ρg （h1+ h2）（表压） pa2 = pb2（表压）
pb3= pa2+ρ油g（h1+ h2）（表压） pb3+ρ油g h3=ρg （h1+ h2+ h3）（表压）
3.写出连续性方程式，说明其物理意义及应用。 ?A?常数,qm?u1A1?1?u2A2?2????uA??常数?A?常数,qV?u1A1?u2A2????uA?常数
?A?常数,圆形管中流动u1/u2?A2/A1?d22/d12
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《化工原理》
体积流量、质量流量、流速（平均流速）及质量流速的相互关系？ P20例题 qm＝ρqV=ρAu u＝qV/A ω= qm/A=ρu
4．分别写出理想流体和实际流体的柏努利方程式，说明各项单位及物理意义。应用柏努利方程式时，应注意哪些问题？如何选取基准面和截面？应用柏努利方程式可以解决哪些问题？简化式
（1）适用条件 ：在衡算范围内是不可压缩、连续稳态流体，同时要注意是实际流体还是理想流体，有无外功加入的情况又不同。
（2）衡算基准：
J/kg gZ1?u12p1u2p??We?gZ2?2?2??hf2?2?1kg 1N 1m3
m Pa 2u12p1u2pZ1???He?Z2??2?Hf2g?g2g?g2u12u2?gZ1???p1?We???gZ2???p2???hf22?u2?We???gh??p????hf2?pa?P1而?pf???hf
2u12P2u2gZ1???gZ2???2?2位能、静压能和动能
注：可多次列伯努利方程
练习：用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本
3
题附图所示。管路的直径均为φ76×2.5mm在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×10Pa；
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水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σhf,1=2u与Σhf,2=10u计算，由于管径
3
不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×10Pa（表压）。试求泵的有效功率。[答:Ne=2.26kW]
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5.流体流动类型与雷诺准数：
1）雷诺准数Re及流型 Re=duρ/μ=du/ν，
2
μ为动力粘度，单位为[Pa·S]； ν=μ/ρ为运动粘度，单位[m/s]。 层流：Re≤2000，湍流：Re≥4000；2000 2）何谓牛顿型流体和非牛顿型流体？写出牛顿粘性定律。说明式中各项的意义和单位。 牛顿粘性定律 （A）牛顿粘性定律的表达式为，该式应用条件为牛顿型__流体作滞 流流动。 3）流型的比较： ①质点运动方式：滞（层）流：沿轴向作直线运动，不存在横向混合和质点碰撞 湍（紊）流：不规则杂乱运动，质点碰撞和剧烈混合。脉动是湍流的基本特点 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+湍流切应力。 练习:滞流和湍流的本质区别是( ) A．湍流流速大于滞流流速 B．滞流时Re数小于湍流时Re数 C．流道截面大时为湍流，截面小的为滞流 D．滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动 6. 总摩擦阻力损失 = 直管阻力 + 局部阻力 ?hf?(?l??ledu2???)2直管阻力是流体流经一定直径的直管时，所产生的阻力。 局部阻力是流体流经管件、阀门及进出口时，受到局部障碍所产生的阻力。 （流速和流向变） 阻力的表达方式：机械能损失、压头损失、压强降 练习：流体在管路两截面间的压强差ΔP与压强降ΔPf 相等的条件是 。 [答：只有当流体在一段无外功的水平等径管内流动时，两者在数值上才相等。] lu2?pf?1）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（了解）。 2?d湍流区（非阻力平方区）：??f(Re,)；高度湍流区（阻力平方区）：??f()，具体的定 ??dd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'f注：不能用de来计算截面积、流速等物理量。 u22）局部阻力损失hf ` ①阻力系数法，h??2'f?e?1.0?c?0.5 leu2②当量长度法，h?? d2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。 第 3 页 共 16 页 《化工原理》 ?(l?le)u2???)当管径不变时，?hf?(?d2 全面考虑：不丢、不能多 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。 练习： （A）如果管内流体流量增大一倍后，仍处于层流状态，则阻力损失增大到原来的 ___倍；流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的___。 （ B ）当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ= ___ ，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与___、 ___有关。 -3-1 （C） 当20℃的甘油(ρ=1261kg.m，μ=1499厘泊)在内径为100mm 的管内流动时,若流速为2.5m.s时,其雷诺准数Re为___其摩擦阻力系数λ为___. （D）流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与____和____有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与____有关。 7.（了解） 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。 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。 8. 柏式在流量测量中的运用 （特点） 1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。 2、孔板流量计为定截面变压差流量计，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、转子流量计为定压差变截面流量计。注意：转子流量计的校正。 练习：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。P61-64 作业1-10 1- 17 1-19、20 1-32 离心泵–––––基本概念与基本原理 1. 简述离心泵的工作原理及主要部件。离心泵的叶轮有哪几种类型？离心泵的蜗形外壳有何作用？ 原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。闭式、半闭式和开式叶轮 （A）离心泵的主要部件有 和 。（叶轮、泵壳） （B）离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是 ？（转能） 2．离心泵在启动前为什么要在泵内充满液体？ （A）一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( ) A B A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 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。 3．离心泵的性能参数及特性曲线 （定性） 第 4 页 共 16 页
