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化工原理第三版陈敏恒课件华东理工内部第2章

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化工原理第三版陈敏恒课件章

化工原理第三版陈敏恒课件章


2
对桶内液体作质量衡算 输入+生成=输出+积累
π π dh 0 0 d 2u D2
4 4 dt
D2 dh
u 2gh
d 2 dt
D2 dh dt
d2 2g h
0
dt
D2
d2 2g
0
0.5
dh h
200s
问题： 1.行使的列车旁，人为什么不能靠得太近？ 2.飞机的升力如何来的？ 3.旋转的乒乓球为什么走弧线？ 4.穿堂风是什么？（空气对流原理） 5.山上的瀑布是如何形成的？
pa
u2 2
这时的流动条件是定态的
实际: u C0 2gza u 2gza
机械能衡算式导出步骤： ① 简化
将问题先简化到可分析的状况，得理论解。 ② 修正
逐一解决与实际的差距，使结果可工程应用。
应用时应注意的问题： ① 看是否符合应用条件（连续流，满流） ② 画示意图 ③ 截面选取
均匀流，已知量最多，大截面u=0
理想流体: 假定μ=0
说明： （1）流体剪应力与法向速度梯度成正比，与正压力无关；
（不同于固体表面的摩擦力） （2）当流体静止时du/dy=0, τ=0； （3）相邻流体层的流速，只能是连续变化的，紧靠静止
固体壁面处的流体流速为0。 黏度的单位较早的手册常用泊（达因∙秒/厘米2）或厘泊
1cP（厘泊）＝0.001 Pa∙s（水的黏度1cP，20度） 有时也用ν＝μ/ρ，称运动黏度，单位m2/s。
真空吸料
现要将30℃的乙醇输送到高位槽， 800kg/m3 , 管子 57 3.5mm ,流量0.004m3/s。有人建议抽真 空，使料液吸上。忽略hf 。求：p=?
解：从1-2排柏努利方程
化工原理上册(陈敏恒)

化工原理上册(陈敏恒)

第一章 流体流动
主要公式
u2 d1 2 ( ) u1 d2
u p1 u2 p2 gz1 he gz2 h f 2 2
2 1 2
li ui li ( le) i u i i ( ) h f (i ( ) i ) di 2 di 2
式中： Z2=0 ；Z1=?
P1=0(表压) ； P2=9.81×103Pa(表压）
VS 5 VS u2 2 3600 0.0332 1.62m / s A d 4 4
由连续性方程
D>>d
∴u1<<u2,
We=0 ，
h
u1≈0
f
30 J / kg
将上列数值代入柏努利方程式，并整理得：
闸阀（全开）1个： 0.17 标准弯头4个： 0.75×4=3 孔板流量计1个：4 0.17 3 4 7.17

45 (1.43) 2 h f 出 (0.03 7.17) 27.6 J/kg 0.068 2
u2 p2 p1 We z2 g h f 1 2 2
分析： 高位槽、管道出口两截面 解： 取高位槽液面为截面1-1’，连接管出口内侧为截面2-2’, 并以截面2-2’ 的中心线为基准水平面，在两截面间列柏努 利方程式： u、p已知
求△Z
柏努利方程
u1 p1 u2 p2 gZ1 We gZ 2 hf 2 2
2
2
z1=0； p1=0（表压）； u1≈0; z2=20-1.5=18.5m； p2=29.4×103 Pa（表压）;ρ=1100 kg/m3，Σhf=30.8 J/kg d入 2 100 2 u 2 u 入 ( ) 1.2( ) 2.45 d2 70
陈敏恒化工原理上册第二三章1

陈敏恒化工原理上册第二三章1


（4）理论压头HT与液体密度无关。 这就是说，同一台泵无论输送何种密度的液体，对单 位重量流体所能提供的能量是相同的。 思考：
泵对单位体积流体所加的能量是否与液体密度无关？
有关，gHT 与密度呈正比。
第二章 流体输送机械
2.1.1 离心泵 四、离心泵的主要性能参数和特性曲线 五、离心泵的工作点与流量调节 习题课
H1
V1
V2
V
H HL
( H-V)2 (HL-V)′
HV
H L V
泵的特性： H2 =2 H1 , qv2 = qv1 实际管路： H2 <2 H1 qv2 >qv1
管路特性曲线第二章流体输送机械h泵的特性曲线q管路所需压头he与流量关系曲线?工作点泵的特性曲线泵提供压头he与流量关系曲线hh泵的特性曲线泵的特性曲线两种方法???改变泵的特性曲线改变管路特性曲线五离心泵的工作点与流量调节2流量调节调节阀门改变n切割叶轮阀门关小第二章流体输送机械q??22528??vvllephzqgdgkqg????????????阀门开大节流损失?工作点离心泵的串联与并联并联
第二章 流体输送机械
与最高效率相比， 效率下降5％～8％
设计点
四．离心泵的主要性能参数和特性曲线
离心泵特性曲线的影响因素： 液体性质 密度: 对 H~qv 曲线、~qv 曲线无影响，
2 u2 u2 HT qvctg2 g gA2
qv gH e 故，Pa~q 曲线上移。 v 但 Pa ，
2 －1 u u w w ＝ ＋ g 2g 2g
2 2 2 1 2 1
2 2
第二章 流体输送机械
以静止物体作为参照系：
2 2 2 －1 c2 c1 HT + g 2g
化工原理第三版第二章

化工原理第三版第二章

旋转中心的距离
在叶片进口及出口处的动量距分别为：
M1 qvc1l1 M 2 qvc2l2
21
M M 2 M1 qv (c2l2 c1l1)
l1 r1 cos1 l2 r2 cos2
得：M qv (c2r2 cos 2 c1r1 cos1)
1
分类
流体输送机械
输送液体—泵 离心泵 往复泵 旋涡泵 螺杆泵
输送气体 通风机 鼓风机 压缩机 真空泵
2
学习本章的基本要求
了解流体输送机械的工作原理、结构和特性。 能根据生产任务的要求和管路特性选择合适的输送机 械，并能正确安装使用。
学习内容
1、液体输送机械 掌握离心泵的基本结构、工作原理、主要特性参数、 特性曲线及其应用、流量调节、串并联特性、泵的 安装、操作注意事项及选型等。 掌握往复泵的基本特性。了解其它类型泵的基本结 构和特性及应用场合。
2．气体输送机械
掌握离心通风机的工作原理，特性参数及选用；了
解鼓风机的基本结构和特性及应用场合。
3
第二节 离心泵
2-2-1离心泵的工作原理和主要部件 一、工作原理
中间水面下降—压强降低 四周水面上升—压强升高 离心泵主要由旋转的叶轮和固定的泵壳组成，叶轮一般 有4-8片向后弯曲的叶片组成，泵壳成蜗壳形 。依靠高速 旋转的叶轮在离心力的作用下，将能量传递给液体，主要 是增加液体的静压能。
第二章 流体输送机械
第一节 概述 流体在流动过程中将损失部分机械能，且
只能由高能位向低能位处流动。 在实用中，需要将流体由低能位向高能位
输送，如将流体由低处送至高处，由低压 设备送至高压设备，或者克服管道阻力由 一个车间送至另一车间等等。 用于向流体提供能量并完成输送任务的机 械称为流体输送机械。
华东理工大学化工原理课件

华东理工大学化工原理课件

A
式中：A——垂直于流动方向的管截面积 已知速度分布 ur 的表达式，求平均流速：
∫ u dA u=
A r
A
（3）质量流速G
单位时间内流体流过管道单位截面积的流体质量称为 质量流速G，其单位为 Kg/(m 2 ⋅ s)。
qm G= = uρ A
（4）质量守恒方程
取截面1-1至2-2之间 的管段作为控制体 （欧拉法，截面固定）
1.3.2 机械能守恒
根据牛顿第二定律固体质点运动，无摩擦（理想条件） 机械能＝位能＋动能＝常数 流体流动，无摩擦（理想流体，无粘性μ＝0、F＝0、 τ＝0） 机械能＝位能＋动能＋压强能＝常数
u2 = 常数 单位质量流体所具有的机械能＝ gz + + ρ 2 p
1.3.2 机械能守恒
（1）沿轨线（拉格朗日考察法，是某一流体质点的轨迹）的机械能守 恒 1 ∂p 立方体微元所受各力平衡（静止）： X − =0 ρ ∂x 在运动流体中，立方体微元表面不受剪应力，微元受力与静止流 体相同，但受力不平衡造成加速度，即： 1 ∂p dux X− = ρ ∂x dt 设流体微元在dt时间力位移dl，它在x轴上的分量位dx，将dx乘 上式各项得： 1 ∂p du dx 1 2 X− dx = x dx = dux = ux dux = dux ρ ∂x dt dt 2
对于其他表面，也可以写出相应的表达式
②体积力
设单位质量流体上的体积力在x方向的分量为x （N/Kg），则微元所受的体积力在x方向的分量 为 xρδxδyδz ，该流体处于静止状态，外力之和必 等于零、对x方向，有：
∂p δ x ∂p δ x (p− )δ yδ z − ( p + )δ yδ z + x ρδ xδ yδ z = 0 ∂x 2 ∂x 2
化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部 第02章

化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部 第02章

2 p p u pK=pV时 H 0 V k H f 01 H f 1 K g max g g 2g p0 pV H g max H f 01 ( NPSH )C g g
规定必需汽蚀余量 (NPSH)r=(NPSH)c+Δ, 进泵样本，与流量有关 2 p u 实际汽蚀余量 NPSH 1 1 pV g 2 g g 须比(NPSH)r大0.5m以上， 最大允许安装高度[Hg]为
②管路特性曲线下移，
p ↓，图解思维 因 g
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为 He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量 减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
例如： H单=20-2qV2 2 H并=20-0.5qV
工作点 q V ’≠ 2 q V
如图：
串联 可见串联后压头并不是原来的两倍； 同样并联后流量也不是原来的两倍； 并且串并联的数量越多，增幅越小。
并联
(3)组合方式的选择
P H 单 max 时， 当 g
必须串联
本次讲课习题：
第二章 1, 2, 3，4，5
2.2.4.2 汽蚀余量NPSH
2 p1 u12 pk uk 由1至K：g 2 g g 2 g H f 1 K
pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小, 定义临界汽蚀余量(NPSH)c
2 p1min u12 pV uk ( NPSH )C H f 1 K g 2 g g 2 g 2 p p u 由0至K： 0 H g H f 01 H k k f 1 K g g 2 g
化工原理课程设计PPT课件

化工原理课程设计PPT课件

（2）溢流装置 采用单溢流 弓形降液管 平形受液盘及平形溢流堰 不设进口堰
ppt精选版
42
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
hOW
hW
HT
Hd
hW
h0
h1
ppt精选版
43
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计 WC
lW A f
R
t
Aa
WD
x
WS
Dppt精选版
44
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行
所需要的检测和计量参数。
准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工
艺设计计算。
用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来
表达自己的设计思想和计算结果。
ppt精选版
5
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
二、化工原理课程设计的内容
(1)设计方案简介 (2)主要设备的工艺设计计算 (3)典型辅助设备的选型和计算 (4)工艺流程简图 (5)主体设备工艺条件图
H T h L 0 .4 0 .0 6 0 .3m 4
提馏段
1
LS VS
Lvmm（（提提）） 2
史密斯关联图
C 20
D 4VS u
max C
L V V
C
C2
0
20
0.2
可取安全系数为（安全系数0.6—0.8）
u(0.6~0.8)umax
塔径圆整
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
ppt精选版
6
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
化工原理课程设计需要准备的用具
ppt精选版
7
化工原理第三版(讲课用)PPT课件

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七、教学安排 1. 理论课 108学时+课程设计2周+实验 2. 理论课安排 3. 考核
八、 参考书
1. 王志魁.化工原理(第三版). 北京：化学工出版 社,2005
2. 陈敏恒.化工原理(上下册). 北京：化学工出版 社,2000
3. 何潮洪，窦梅，朱明乔，等.化工原理习题精解 (上册).北京：科学技术出版社,2003
2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux＝fx(x，y，z，t)
uy＝fy(x，y，z，t) uz＝fz(x，y，z，t)
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动：流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动：流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
二、流体质点与连续性假设 1. 质点的含义 质点：由大量分子构成的集团(微团)，是保持流 体宏观力学性的最小流体单元，从尺寸说是微观上充 分大，宏观上充分小的分子团。 微观上充分大 分子团的尺度>>分子的平均自由程 对分子运动作统计平均，以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸 物理量都可看成是均匀分布的常量
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
五、 化工过程计算的理论基础
化工过程计算的类型：设计型计算和操作型计算
化工原理全套精品课件 第三版

化工原理全套精品课件 第三版

2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux＝fx(x，y，z，t)
uy＝fy(x，y，z，t) uz＝fz(x，y，z，t)
武汉工程大学化工原理课件
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动：流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动：流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
化工原理
全套精品课件
武汉工程大学化工原理课件
0 绪论
一、化工生产过程 1. 化工生产过程：对原料进行化学加工获得有用产品 的过程称为化工生产过程。
武汉工程大学化工原理课件
聚氯乙烯生产
CH2=CH2+Cl2 CH2Cl—CH2Cl
CH2Cl—CH2Cl CHCl=CH2+HCl
2CH2=CH2+2HCl+O2
武汉工程大学化工原理课件
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
武汉工程大学化工原理课件
五、 化工过程计算的理论基础
V=10-5cm3 分子数目N=2.7×1014个
武汉工程大学化工原理课件
3. 连续性假定 ① 内容
流体由无数的彼此相连的流体质点组成，是一种连 续性介质，其物理性质和运动参数也相应连续分布。
② 适用范围 绝大多数情况适用，但高真空下的气体不适用。
武汉工程大学化工原理课件
陈敏恒化工原理上册绪论ppt课件

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和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和
水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百
分数。
解：根据题意画出流程图
120℃饱和水蒸气
0.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s
代入已知数据，得：
50 000 .12F1x1
解得：
500104.643F1
F1353 .6k 6g /h
x10.161 9.9 6 7% 7
2020/3/4
2． 热量衡算
依据：能量守恒定律 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与 损失的热量之和。
或写成
Q IQ 0Q L
化学加工
反应生成新物 质 化学或生物化 学变化过程
各种后处理
精制、分离、 干燥等 物理变化过程
产品
中间 产品
2020/3/4
乙炔 提纯 氯化氢 提纯
单体合成 反应热
单体精制 压缩、冷凝
聚合
脱水 干燥
反应热
成品
单元操作：流体输送、沉降、过滤，传热、蒸发、结晶、等
2020/3/4
一、化工原理课程简介
3. 输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和 系统
4. 中积累的物料质量。
GIG0GA
——物料衡算的通式
2020/3/4
衡算的系统
整个生产过程 某一设备
衡算的对象
系统中的所有物料 某一个组分
定态过程，积累为零。则：
GI G0
例
2020/3/4
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从 12％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸 出5%的水分。试求： （1）各蒸发器每小时蒸出水分的量； （2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部第03章

化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部第03章


3.2 混合机理 3.2.1 搅拌器的两个功能 （1）总体流动 将流体输送到搅拌釜内各处 大尺度宏观混合。
（2）强剪切或高度湍动 产生剪切力场或旋涡 小尺度宏观混合，促进微观混合。 注意：流体不是靠桨叶直接打碎的，而是靠高剪 切力场撕碎的。
射流现象
作用 ①夹带 ②剪切, 脉动
3.2.2 均相液体的混合机理 （1）低黏度液体的混合 总体流动+高度湍动 最小液团尺寸为10μm量级 （2）高黏度及非牛顿流体的混合 多处于层流状态——混合机理主要依赖于 充分的总体流动。 3.2.3 非均相物系的混合机理 （1）液滴或气泡的分散
(3) 偏心安装 ——破坏循环回路 的对称性 (录像)
(4) 装导流筒——避免短路及死区
3.4 搅拌功率 3.4.1 混合效果与功率消耗 功率消耗 P =ρgHqV 增加功率——改善混合效果 能量合理有效利用——与桨形、尺寸选择有关 大尺度：qv大；小尺度：H大；→P大 对搅拌器,要求能消耗更多的功率（如设置挡 板）,以获得较好的搅拌效果。（与泵不同） 搅拌器设计：不是设法提高效率η，而是设法增 加功率P。尽管如此，搅拌装置仍存在能量的有 效利用。 如需要快速分布，要有大流量； 如需要高破碎度，要有高湍动。
（3）气泡尺度的分布 原理基本相同，但气液界面张力比液液界面 张力为大，气液密度差大，大气泡易浮升到液 面，因此分散更加困难。
（3）搅拌器的性能 3.3.1 常用搅拌器的性能 （1） 旋桨式搅拌器(录像) qV大，H小，轴向流出 叶片端速度5~15m/s 适于低黏度液体 μ<10Pa· s （2） 涡轮式搅拌器(录像) qV小，H大，径向流出 叶片端速度3~8m/s 适于中等黏度液体 μ<50Pa· s
1
3.4.3 搅拌功率的分配

化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版)

化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版)化工原理第三版(陈敏恒)上、下册课后思考题答案(精心整理版)第一章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：假定流体是由大量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。

质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比分子自由程却要大得多。

2、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?拉格朗日法描述的是同一质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。

3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降? 粘性的物理本质是分子间的引力和分子的运动与碰撞。

通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。

液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。

4、静压强有什么特性?①静止流体中，任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于某一点不同方向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。

7、为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好?由静力学方程可以导出p H( 冷- 热)g，所以H增加，压差增加，拔风量大。

8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布大小均匀；均匀流段指速度方向平行、无迁移加速度。

9、伯努利方程的应用条件有哪些?重力场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同一流线上的流体间能量的关系。

12、层流与湍流的本质区别是什么?区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。

13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性力与粘性力之比。

14、何谓泊谡叶方程?其应用条件有哪些?32 lu应用条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻力损失计算。

华东理工大学化工原理考研大纲

华东理工大学《化工原理》课程研究生入学考试复习大纲考试用教材：《化工原理（第三版）》陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编，化学工业出版社2006参考书：《化工原理详解与应用》丛德滋、丛梅、方图南编，化学工业出版社2002复习大纲：第一章流体流动概述流体流动的两种考察方法；流体的作用力和机械能；牛顿粘性定律。

静力学静止流体受力平衡得研究方法；压强和势能得分布；压强的表示方法和单位换算；静力学原理的工程应用。

守恒原理质量守恒；流量，平均流速；流动流体的机械能守恒（柏努利方程）；压头；机械能守恒原理的应用；动量守恒原理及其应用。

流体流动的内部结构层流和湍流的基本特征；定态和稳态的概念；湍流强度和尺度的概念；流动边界层及边界层分离现象；管流数学描述的基本方法；剪应力分布。

流体流动的机械能损失沿程阻力损失（湍流阻力）的研究方法———“黑箱法”；当量的概念（当量直径，当量长度，当量粗糙度）；局部阻力损失。

管路计算管路设计型计算的特点、计算方法（参数的选择和优化，常用流速）；管路操作型计算的特点、计算方法；阻力损失对流动的影响；简单的分支管路和汇合管路的计算方法；非定态管路计算（拟定态计算）。

流量和流速的测量毕托管、孔板流量计、转子流量计的原理和计算方法非牛顿流体的流动非牛顿流体的基本特性。

第二章流体输送机械管路特性被输送流体对输送机械的基本能量要求；管路特性方程；带泵管路的分析方法——过程分解法。

离心泵泵的输液原理；影响离心泵理论压头的主要因素（流量、密度及气缚现象等）；泵的功率、效率和实际压头；离心泵的工作点和流量调节方法；离心泵的并联和串联‘离心泵的安装高度、气蚀余量；离心泵的选用。

其它泵容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法（以往复泵为主）。

气体输送机械气体输送的特点及全风压的概念；气体输送机械的主要特性；风机的选择；压缩机和真空泵的工作原理，获得真空的方法。

第三章液体搅拌典型的工业搅拌问题；搅拌的目的和方法；搅拌装置，常用搅拌浆的型式，挡板及其它构件；混合效果的度量（均匀性的标准偏差、分割尺度和分割强度）；混合机理；搅拌功率；搅拌器经验放大时需要解决的问题。

陈敏恒第三版化工原理学习指导 华东理工内部资料


pa
=
p2
+
u
2 2
ρ ρ2
压差计：
pa = p2 + ρi gR
由此可得： u2 =
2( pa − p2 ) = ρ
2gR ρi = ρ
2 × 9.81× 0.02 × 1000 = 18.1m / s 1.2
流量
qV = A2u2 = 0.785 × 0.32 ×18.1 = 1.28m3 / s
2
ρ = m = Mp
1-3
V RT
当已知一种状态的气体密度，求另一种状态的气体密度时，可用下式进行换算
ρ2
=
ρ1
T1 p2 T2 p1
1-4
在计算气体的体积流量时，因温度、压力的不同而引起密度、体积变化，也需要进行换 算。当已知一种状态的气体流量求另一种状态的气体时，可用下式进行换算。
qV 2
=
p1 ρ
+
z1 g
+
u12 2
=
p2 ρ
+
z2
g
+
u
2 2
2
1-8
上述取控制体进行分析的方法，不仅对于动量传递过程是常用的分析方法，而且对于热量传 递、质量传递过程也是常用的。所以，在掌握柏努力方程的同时，要掌握这一分析方法，以 便举一反三。
柏努利方程的物理意义是流体流动中的位能、压强能、动能之和保持常数。柏努利方程 的几何意义是流体流动中以流体柱高度表示的位头、压头、速度头之和保持不变。
1.2 基本概念：
质点 含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得 多。
连续性假定 假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连 续介质。

化工原理第三版陈敏恒课件华东理工内部资料


通常，泵设计点(额定流量下)α1=90° qV 流量 qV A2 w2 sin 2 或 w2
u c cos u u H q ctg g g gA
2 2 2 2 2 2 T V 2 2
A2 sin 2
2.2.1.4 理论压头的影响因素 (1)叶片弯角β2和流量qV
(2)叶轮转速n u2=nπD2 如果qV∝n，那么HT∝n2 (3)液体密度不出现 Δp∝ρgHT , 气缚现象(录像) 灌泵——吸入管装单向阀， 泵启动前:灌泵排气
2.2.1.3 理论压头 P c2 以静止系考察：势能 ，动能 g 2g c绝对速度 总机械能变化
2 2 2 2 P2 P1 c2 c12 u2 c2 w2 u12 c12 w12 HT g 2g 2g 2g u2 c2 cos 2 u1 c1 cos 1 g
w Xdx Ydy Zdz d( ) 2
2
dp
X 2x ,Y 2 y , Z g u r
得 或
2 2 p1 u12 w12 p2 u2 w2 z1 z2 g 2 g 2 g g 2g 2g 2 2 P2 P1 u2 u12 w12 w2 g 2g 2g
②管路特性曲线下移，
2.2.3.2 流量调节 (1)出口阀开度 优点：调节简便、灵活 缺点：能耗 (2)改变转速n 节能，但不方便
新老泵特性曲线关系 2 2 q'V n' H ' n' q'V 时，
qV n
H n qV
H 2 H ' 2 q'V ∴ qV
(等效率点)
2.1.3 流体输送机械分类 按作用原理分： 动力式(叶轮式)：离心式，轴流式； 容积式(正位移式)：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。 按流体可压缩性分： 液体输送机械：统称为泵； 气体输送机械：通风机 鼓风机 压缩机 真空泵
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u气≈10u液，动能项大；
（3）管径 d
q m
π u
4
，qm相同时，
u↑10倍,
1
ρ↓ 1000
倍,
d↑10倍
2.5.2 气体输送机械分类
按结构分：
离心式 例：离心风机
往复式
往复式压缩机
旋转式
罗茨风机
流体作用式 喷射泵
一般按进出口压强差分 ：
通风机：出口压强≤15kPa(表)
鼓风机：出口压强15kPa~0.3MPa(表)
解：应当满足①安装高度②扬程
①
[Hg ]
p0
g
pV
g
H
f
01
[( NPSH
)r
0.5]
=10.33-0.24-1-3.5=5.59m>Hg=3m ②两槽液面之间列管路方程
H=ΔZ+ΣHf=20+1+6=27m<32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。
2.2.5 离心泵的类型与选用 2.2.5.1 类型 (1)清水泵——单级、多级、双吸 (2)耐腐蚀泵——用耐腐蚀材料 (3)油泵——密封良好 (4)液下泵——转轴特别长 (5)屏蔽泵——无密封、无泄漏 2.2.5.2 选用 (1)根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等
鼓风机 压缩机 真空泵
流体输送机械的主要技术指标 压头H——扬程，即提供给单位重量流体的能
量，单位m 风压，即提供给单位体积流体的能 量，单位Pa 流量qv——规定的输送量，单位m3/h， m3/s。 效率η——选择输送机械必须考虑的指标。 （本章的主线）
2.2 离心泵 2.2.1 离心泵的工作原理 2.2.1.1 主要构件(录像) 叶轮：迫使液体高速旋转，形成离心力场 中心加入低势能、低动能液体 外缘输出高势能、高动能液体 蜗壳：流道逐渐扩大，将动能部分转化成势能
2.2.3 离心泵的流量调节和组合操作 2.2.3.1 工作点 工程处理方法：过程分解法
2.2.3.2 流量调节 (1)出口阀开度 优点：调节简便、灵活 缺点：能耗 (2)改变转速n 节能，但不方便
新老泵特性曲线关系
q'V qV
n' n
时，H '
H
n' n
2
q'V qV
2
∴
H'
H qV2
2.3.3 流量特点： （1）正位移特性:流量由泵决定,
与管路特性无关。
（2）流量: qV = A L n ηV A泵缸截面, L活塞行程, n转速, ηV容积效率。
（3）不均匀性: 加气室, 双动, 多缸。
（4）流量调节 ①旁路阀 ②改变转速和行程
2.3.4 扬程 在电机功率范围内， 由管路特性决定 2.3.5 操作 一般无气缚，能自吸 2.3.6 安装 不装出口调节阀 也有汽蚀问题
如果 q'V n'
qV n
则有
H 'e He
n'2
n
P'a
n'3
Pa n
液体黏度对特性曲线的影响 泵厂是用20度清水标定泵的。 如液体黏度发生变化，
特性曲线也将发生变化。 从右图可见，黏度上升 扬程（压头）下降； 效率下降； 所需功率上升。 所以在选泵的时候要对
特性曲线进行修正。 具体方法可查有关手册。
应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性 和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡 的原则加以解决。
2.1.3 流体输送机械分类 按作用原理分：
动力式(叶轮式)：离心式，轴流式； 容积式(正位移式)：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。 按流体可压缩性分： 液体输送机械：统称为泵； 气体输送机械：通风机
2.4 其它化工用泵 2.4.1 非正位移泵 2.4.1.1 轴流泵
2.4.1.2 旋涡泵
2.4.2 正位移泵
隔膜泵
计量泵
2.4.2 正位移泵
齿轮泵
螺杆泵
2.5 气体输送机械 2.5.1 气体输送特点 （1）流量：ρ液≈1000ρ气，当质量流量相同
时，qV气≈1000qV液； （2）经济流速：水1~3m/s；空气15~25m/s
压缩机：出口压强>0.3MPa(表)
真空泵：生成负压，进口<0.1MPa, 出口0.1MPa
2.5.3 通风机 2.5.3.1 常用类型
轴流式通风机
离心式通风机
2.5.3.2 离心式通风机(录像) 原理与离心泵相同，不同之处：
(1)风压 pT∝ρ (2)动能在总机械能中所占比重明显
2.5.3.3 特性曲线 参数：风量qV, 风压pT,pS, 功率P, 效率η
Pe=ρgqVHe Pa基本上随流量qV单调上升 泵启动时关出口阀 （3）泵的效率 Pe
Pa
容积损失： 根据需要可选用不同类型的叶轮
v 0.85 ~ 0.95 水力损失：流体的粘性而产生的阻力损失（主要部分）
h 0.8 ~ 0.9 机械损失：轴与轴封，叶轮与流体间磨擦。
M 0.96 ~ 0.99
由点3至2排能量方程
②管路特性曲线下移，
p
因 g ↓，图解思维
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为 He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量
减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
g
2g
2g
2.2.1.3 理论压头 以静止系考察：势能
P
，动能
c2
c绝对速度
g
2g
总机械能变化
HT
P2 P1
g
c22 c12 2g
u22
c22 w22 2g
u12
c12 w12 2g
u2c2 cos 2 u1 c1 cos1
g
通常，泵设计点(额定流量下)α1=90°
流量 qV A2w2 sin 2
出厂标准：0.1MPa, 20℃空气, ρ=1.2kg/m3 以入口状态为基准：
①qV ②ρ ③pT 使用中注意换算
p'给出全压 1.8×103Pa, 现用于输送ρ’=1.5kg/m3 的气体。 求：PT’=?
2.2.1.2 等角速度旋转运动的流体能量关系 假定：①理想流体，定态流动
②叶片无限薄，无限多
dp w2 Xdx Ydy Zdz d( )
2
X 2x,Y 2y , Z g
u r
得
p1
g
z1
u12 2g
w12 2g
p2
g
z2
u22 2g
w22 2g
或 P2 P1 u22 u12 w12 w22
或 w2 A2
qV sin
2
H
u c cos u2
22
2
2
u 2
q ctg
T
g
g gA V
2
2
2.2.1.4 理论压头的影响因素 (1)叶片弯角β2和流量qV
(2)叶轮转速n u2=nπD2 如果qV∝n，那么HT∝n2
(3)液体密度不出现 Δp∝ρgHT , 气缚现象(录像) 灌泵——吸入管装单向阀， 泵启动前:灌泵排气
泵的特性曲线测定(录像)
d吸=38mm,d出=25mm, 测得水流量 qV=5×10-4m3/s, p压=0.2MPa, p真=27kPa。
求：He=?
解：由泵进、出口列方程
（4）特性曲线的影响因素
①密度: ρ对He~qV,η~qV无影响;对Pa~qV有影响 ②黏度: μ对He~qV,η~qV，Pa~qV都有影响 ③转速: 当n变化<20%时，比例定律：
得新泵特性方程
H 'e
40( n')2 n
0.1q'V2
将B点qV’=7m3/h; H’=20.82m代入 得 n' 0.8018
n
n’=0.8018×2900=2325 r/min
易犯错误：
解：n' n q'V 2900 7 =2030r/min
qV
10
对工作点的含义毫无认识。
2.2.3.3 组合操作 (1)串联组合 同样流量下，两泵压头相加
确定泵的类型； (2)根据管路所需的qV，H，确定泵的型号。
选用泵型号最方便的图—型谱图
查qV=10m3/h, He=30m, 可选50-32-160,n=2900rpm
或65-40-315,n=1450rpm
2.3 往复泵(录像) 2.3.1 主要构件：泵缸、活塞、活门 2.3.2 工作原理：直接提供压强能(动画)
2.2.4.2 汽蚀余量NPSH
由1至K：pg1
u12 2g
pk
g
uk2 2g
H
f 1 K
pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小,
定义临界汽蚀余量(NPSH)c
( NPSH )C
p1min
g
u12 pV
2g g
uk2 2g
H
f
1 K
由0至K：
p0
g
Hg
H f 01
H f 1K
pk
g
uk2 2g
q'V2
(等效率点)
例1 已知：充分湍流， λ=常数，现将离心水泵 由输水改为输送CCl4, ρ=1630kg/m3 求：①当p1=p2时,
qV ,H ,η ,p出 ,Pe ; ②当p1<p2时， qV ,H ,η ,p出 ,Pe 。
解：①管路特性不变,工作点 不变, qV不变, H不变, η不变。
第2章 流体输送机械