化工原理 第二节 流体输送机械.doc

第二章 流体输送机械 第一节 概述 一.流体输送的需要 工程上经常出现以下情况： 1.1〈2 2. 可通过机械对流体作功，使流体获得机械能，以满足输送要求。 (J/kg) (J/N)(m) 合理选择，正确使用。 二．过程分析法及其在泵流管路问题上的应用 1．过程分解法 当一个过程由若干个子过程综合而成，各个过程之间无交互影响或影响微弱而可忽略，则对子过程分别研究解决，然后通过一定的原则或方法加以综合，可使整个过程得到简化并解决。 2．泵流管路问题的解决方案 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，然后通过供需平衡原则加以解决。 三.管路特性方程 设机械对单位重量流体作功为： H—— J/N（ m流体柱）,又称压头（不是压强是能量） 从机械能衡算式可得： 对液体项很小，可忽略。 即 又 ， 代入 得: 上式称管路特性方程，反映了管路状态，输送流量与补充能量的关系。 结论：机械补充的能量，主要用于提供机械能（对液体主要是总势能）的增加和克服阻力损失。K值反映了管路流动阻力的大小,K愈大，阻力愈大。 四．流体输送机械的主要技术指标 流量——qV，必须达到的流体输送量； 压头（扬程）——H（He），需补充给单位流 体的机械能（本章以单位重量计）。 另一个在选择输送机械必须考虑的指标是效率。 五．流体输送机械的分类 动力式（叶轮式）：如离心泵； 按作用原理分 容积式（正位移式）：如往复泵； 其他类型 按流体的压缩性分 ： 气体输送机械（机，真空泵） 液体输送机械（泵）。 第 二 节 离 心 泵 2-2-1 离心泵的工作原理 一．离心泵的主要部件（如图） 1．叶轮——提供能量（对流体作功，使其获得能量） 2．泵壳（蜗壳）——收集液体，能量转换 （限制流体的流向并通过流道的慢慢扩大，将大部分 的动能转化为势能）。 二．等角速度运动的考察方法 假定叶轮有无限多，无限薄的叶片。 1．静止坐标为参照系 流体作等角速度ω圆周运动，运动的力为泵壳施于的向心力即径向压力。 流体沿螺旋线由叶轮内缘流向外缘，作复杂的二维平面运动。 可考察流体的总机械能。 2．等角速运动的旋转坐标为参照系 流体质点处于相对静止状态，向心力和惯性离心力平衡，可用静力学方程进行分析； 流体在叶轮流动与管内流动无本质区别； 无法考察流体的总机械能。 三．离心力场中的静力学方程 旋转坐标为参考系：单位质量流体受力， 重力：Z= -g 惯性力： 根据欧拉平衡方程： 积分得 ： 叶轮进、出口列机械能衡算式: 四．离心泵的理论压头 1．离心泵的理论流量V（qv） 2．理论压头 假定：液体是理想流体，。 流动是定态的。 叶轮的叶片无限多，液体流径与叶片吻合。 速度三角形： 推导得： 为使流体获得更多的能量，离心泵设计时应使流体进入泵前无预旋，即使。 有和 得 六．影响离心泵压头的因素 1．叶片形状（图2-8） 径向叶片 H和qV无关 前弯叶片 qV H 后弯叶片 qV H 工业上，为提高有效能量（效率），采用后弯叶片 小，能量损失小。 2．密度 泵的压头与密度无关（ρ不出现在公式中）（单位J/N) 必须注意: 压头基本上反映了流体进、出泵的压强能差。 当qV一定，H一定， 但 此时液体无法连续吸入泵内而不能正常输液。 这种因泵内液体密度太小而不能正常工作的现象 ——“气缚”现象。 故离心泵启动前，需灌泵排气。 同时，应保证泵的密封良好，防止外界空气进入泵内。 也可在进口管路安装单向阀。 七．离心泵的压头（扬程） 离心泵的实际（有效）压头 损 由于损无法计算，故实测方法加以解决。 在工业操作范围内可表达为： 上式称为离心泵的特性方程式或特性曲线 （已有损，计算时可不考虑泵的阻力损失） 2-2-2 离心泵的功率与效率 一．泵