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1、第一章第一章第一章第一章 流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体力学基础流体的特征流体的特征：具有流动性。即具有流动性。即q抗剪和抗张的能力很小；抗剪和抗张的能力很小；q无固定形状，随容器的形状而变化；无固定形状，随容器的形状而变化；q在外力作用下其内部发生相对运动在外力作用下其内部发生相对运动。流体流体:在剪应力作用下能产生连续变形的物体称在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如为流体。如气体气体和和液体液体。1不可压缩流体不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度流体的体积如果不随压力及温度变化，这种流体称为变化，这种流体称为不可压缩流体不可压缩流体。实际上流体都是可压缩的，实际上
2、流体都是可压缩的，一般把液体当作不可一般把液体当作不可压缩流体；气体应当属于可压缩流体。压缩流体；气体应当属于可压缩流体。但是，如果压但是，如果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流体处理。体处理。可压缩流体可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，流体的体积如果随压力及温度变化，则称为则称为可压缩流体可压缩流体。21.1 牛顿流体及其粘度 牛顿内摩擦定律31.1.1 牛顿内摩擦牛顿内摩擦(黏性黏性)定律定律dyuu+du黏性系数，动力黏度，简称黏性系数，动力黏度，简称黏度黏度（N）（viscosity）F4流体中的切应力流体中的切应力
3、沿与速度垂直方向每单位长度上的速度变化沿与速度垂直方向每单位长度上的速度变化率，称为率，称为速度梯度速度梯度。切应力切应力（Pa）5牛顿内摩擦定律（牛顿黏性定律）牛顿内摩擦定律（牛顿黏性定律）速度分布为直线规律，速度梯度是一个常数速度分布为直线规律，速度梯度是一个常数:速度分布不是直线规律，速度梯度是速度分布不是直线规律，速度梯度是y y坐标坐标的函数：的函数：适用于空气、水、大多数油、牛奶等稀溶液液体流体。适用于空气、水、大多数油、牛奶等稀溶液液体流体。6 牛顿流体牛顿流体（Newtonianfluid）切应力与切应力与速度梯度的关系完全符合牛顿黏性定律的流体。速度梯度的关系完全符合牛顿黏性
4、定律的流体。黏度黏度是常数是常数，是流体的性质。，是流体的性质。非牛顿流体非牛顿流体（non-Newtonianfluid）不符合牛顿黏性定律的流体。不符合牛顿黏性定律的流体。表观黏度（表观黏度（apparentviscosity）：）：不是常数不是常数,随随du/dy变变7黏性系数，动力黏度，简称黏性系数，动力黏度，简称黏度黏度在工程流体力学中，常常采用在工程流体力学中，常常采用与流体密度与流体密度的比值。的比值。运动黏度运动黏度：(m2/s)流体受剪切力作用抵抗变形的特性称为流体受剪切力作用抵抗变形的特性称为黏性黏性，黏度是黏性大小的量度。黏度是黏性大小的量度。1.1.2流体黏度的定义及单
5、位流体黏度的定义及单位 81.1.3 理想流体理想流体 假想黏性不存在的流体，黏度假想黏性不存在的流体，黏度 0 0流动中内部不存在磨擦力流动中内部不存在磨擦力与固体边界接触面上不存在磨擦力与固体边界接触面上不存在磨擦力9Z1Z2P1P2p1/+gz1=p2/+gz2静力学基本方程静力学基本方程(课外课外)10p/+gz=常数常数单位静止流体的单位静止流体的静压能静压能与与位能位能的总和的总和说说 明明 和和 讨讨 论论(1)只适用于重力场中静止的不可压缩的连续的只适用于重力场中静止的不可压缩的连续的单一流体。单一流体。（2)静止的连续的同一液体中，静止的连续的同一液体中，处在同一水平位置上的
6、各点处在同一水平位置上的各点的压力都相等。的压力都相等。（3）p/称为称为静压能静压能，gz z 称为称为位能位能,单位为单位为J/kg。在静止流体中这两种机械能之和是守恒的。在静止流体中这两种机械能之和是守恒的。(4)工程上将工程上将称为称为静压头静压头，z z 称为称为位压头位压头。两种压头之和在静止两种压头之和在静止流体中处处相等。流体中处处相等。压头的单位是压头的单位是m。pp1/+gz1=p2/+gz211静力学基本方程的应用静力学基本方程的应用(1)U型管压差计型管压差计(指示液指示液A，与，与B不互溶，不互溶，不起化学作用。不起化学作用。A的密度大于的密度大于B)pb=p2+B
7、B gz+A A gR因因pa=pbpa=p1+B Bg(z+R)p1-p2=(A-B)gR（液体）（液体）当被测流体为气体时，由于气体的密度要当被测流体为气体时，由于气体的密度要比液体的密度小的多，比液体的密度小的多，B可忽略，则可忽略，则p1-p2 AgR（气体）（气体）Rp1p2abABz12(2)微差压差计微差压差计将将U型管的两侧管顶端各增设一个扩大室型管的两侧管顶端各增设一个扩大室,由于扩大室的截面积比由于扩大室的截面积比U型管截面积大得多，型管截面积大得多，指示液指示液C的液面变化也极小，的液面变化也极小，可以认为是等高可以认为是等高p1-p2=(A A-C)gR只要选择两种指示
8、液的只要选择两种指示液的密度差密度差(A A-C)值相当小，值相当小，读数读数R值可放大到普通值可放大到普通U型管压差计读数的数倍。型管压差计读数的数倍。131.2 流体流动能量平衡流体流动能量平衡1.2.1 稳定流动热力学体系的概念稳定流动热力学体系的概念热力体系热力体系：指某一由周围边界所限定的空间内的所有：指某一由周围边界所限定的空间内的所有 物质。边界外部称为物质。边界外部称为外界外界。无交换时无交换时物质交换时物质交换时封闭体系封闭体系开口体系开口体系稳定流动稳定流动：流体在各个截面上的状态对外：流体在各个截面上的状态对外热量交换热量交换、功交换功交换都不随时间改变，并且同时期内流过
9、任何截面都不随时间改变，并且同时期内流过任何截面上的上的流量均相等流量均相等。141.2.2 稳定流动体系的能量平衡稳定流动体系的能量平衡 设在一定时间内进出体系的液体质量为设在一定时间内进出体系的液体质量为m，若忽略电，若忽略电能和化学能，则输入和输出体系的能量有：能和化学能，则输入和输出体系的能量有：1.位能位能 mgz 2.动能动能 mu2/23.内能内能 单位质量流体所含的内能为单位质量流体所含的内能为e 则质量为则质量为m的流体内的流体内能能E=me4.流动功流动功(压力能压力能)pv,mpv11z122z2Qw15 功的输入功的输入外界对体外界对体系作功系作功功的输出功的输出体系对
10、外体系对外界作功界作功-单位质量流单位质量流体的功为体的功为wW=mw5.外功外功16体系对外界体系对外界加热加热-外界对体系外界对体系加热加热6.热量热量Q=mq171811z122z2Qw根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：E1+p1V1+mgz z1+m+mu12/2+Q+W=E2+gz z2+p2V2+m+mu22/2 (J)e1+p1v1+gZ1+u12/2+q+w=e2+p2v2+gZ2+u22/2(J/kg)ah1+gZ1+u12/2+q+w=h2+gZ2+u22/2(J/kg)bq+w=h+gZ+u2/2(J/kg)c稳定流动总能量方程式稳定流动总能量方程式19几种常见的流
11、体流动几种常见的流体流动换热器换热器20q+w=h+gZ+u2/2(J/kg)cW0，gZ忽略忽略0，u2/2 0几种常见的流体流动几种常见的流体流动喷嘴喷嘴21q+w=h+gZ+u2/2(J/kg)c无热量交换无热量交换q0，gZ0，无功交换无功交换w0几种常见的流体流动几种常见的流体流动节流阀节流阀22q+w=h+gZ+u2/2(J/kg)cq0，u1u2，gZ0,无功交换无功交换w01.2.3不可压缩不可压缩理想流体理想流体的的稳定流动稳定流动与柏努利与柏努利方程方程不可压缩理想流体不可压缩理想流体可压缩实际流体可压缩实际流体对于单纯的流体输送问题，忽略功，热等交换。对于单纯的流体输送问
12、题，忽略功，热等交换。W=0；q=0不可压缩的理想流体，不可压缩的理想流体，v1=v2=v；1=2=；e1=e2=e E1+p1V1+mgz z1+m+mu12/2+Q+W=E2+gz z2+p2V2+m+mu22/2 (J)2311z122z2Qw不可压缩不可压缩理想流体理想流体稳定流动稳定流动的能量方程式，的能量方程式，称为称为柏努利方程式柏努利方程式（Bernoulliequation）gz z1+p1/+u12/2=gz z2+p2/+u22/2 (J/kg)位能位能、静压能静压能、动能动能三种三种机械能机械能之和守恒之和守恒 E1+p1V1+mgz z1+m+mu12/2+Q+W=E
13、2+gz z2+p2V2+m+mu22/2 (J)24柏努利方程25等式两边除以等式两边除以g(m)每一项的单位都是每一项的单位都是m，即，即J/N。称为称为动压头动压头。位压头、静压头及动压头之和即位压头、静压头及动压头之和即总压头守恒总压头守恒。(N/m2)各项单位都是各项单位都是Pa。上三式是上三式是柏努利方程柏努利方程不同形式的表达式不同形式的表达式26 gz z1+p1/+u12/2=gz z2+p2/+u22/2 (J/kg)(m)(N/m2)1.2.4 不可压缩实际流体的稳定流动不可压缩实际流体的稳定流动实际流体有粘性，流动有摩擦而消耗机械能实际流体有粘性，流动有摩擦而消耗机械能
14、为输送目的有时加泵对流体作功为输送目的有时加泵对流体作功对此，引柏努利方程应作修正：对此，引柏努利方程应作修正：w 泵对流体作功，泵对流体作功，J/kgJ/kg27H输送设备的输送设备的压头压头或或扬程扬程，m单位质量和单位重量流体流动过程中的单位质量和单位重量流体流动过程中的摩擦损失摩擦损失或或水头损失水头损失m28J/kgm A A 压力压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的压强，习惯上称为压强，习惯上称为压力压力（pressure),符号为符号为p,流体的压力有三种表示方法：流体的压力有三种表示方法：1.绝对压力绝对压力pab(absolut
15、epressure)2.表压表压 pg(gaugepressure)pg=pab-pa3.真空度真空度pvm(vacuum)pvm=pa-pabpab=0pa大气压大气压papabpabpgpvm29 柏努利方程的应用柏努利方程的应用图图绝对压力、表压和真空度的关系绝对压力、表压和真空度的关系（a）测定压力）测定压力大气压（大气压（b）测定压力）测定压力qm(out)稳定流动稳定流动qm(in)4000，紊紊流流当当20002000，紊流，紊流1.3.3 水力直径水力直径对于这样非圆形的异形管道，可用水力直径对于这样非圆形的异形管道，可用水力直径（当量直径）（当量直径）dH来代替雷诺数中的圆管
16、直径来代替雷诺数中的圆管直径d.4倍的流体流通截面倍的流体流通截面A与固体接触周长与固体接触周长S之比之比。1.3.4 圆管中的层流圆管中的层流A 速度分布与流量速度分布与流量B 平均速度和最大速度平均速度和最大速度 C切应力分布切应力分布D沿程损失沿程损失1.3.5 圆管中的紊流圆管中的紊流（湍流）（湍流）A 粘性底层、水力光滑管与水力粗糙管粘性底层、水力光滑管与水力粗糙管B切应力分布切应力分布C速度分布速度分布1.3.4 圆管中的层流圆管中的层流A 速度分布与流量速度分布与流量两端面的压力两端面的压力推动力与阻力大小相等，方向相反推动力与阻力大小相等，方向相反摩摩擦力擦力作用于流体柱侧表面
17、作用于流体柱侧表面(A=2rl)上的内摩擦力上的内摩擦力稳定流动平衡状态：稳定流动平衡状态：圆管层流的速度分布规律圆管层流的速度分布规律udumax哈根泊肃叶方程取半径取半径r处宽度为处宽度为dr的微小环形面的微小环形面积，则流量积，则流量一端接大气，一端接固定液面高度一端接大气，一端接固定液面高度h的容器的容器黏度计理论依据黏度计理论依据在管轴线上，在管轴线上，r=00rRumaxB 平均速度和最大速度平均速度和最大速度 根根据据C 切应力分布切应力分布根据根据udumax箭头表示慢速流层作用在快速箭头表示慢速流层作用在快速流层上的切应力的方向流层上的切应力的方向当当r=R时，可得时，可得管
18、壁处的切应力管壁处的切应力为为流体作用在管壁上的总磨擦力为流体作用在管壁上的总磨擦力为这一公式不仅适用于这一公式不仅适用于层流层流也适用于也适用于紊流紊流。层流时，根据层流时，根据D 沿程损失沿程损失根据哈根泊肃叶定律、柏努利方程等径管路根据哈根泊肃叶定律、柏努利方程等径管路压强损失压强损失水头损失水头损失将上式写成将上式写成的形式则的形式则沿程阻力系数沿程阻力系数1.3.5 圆管中的紊流圆管中的紊流A 粘性底层、水力光滑管与水力粗糙管粘性底层、水力光滑管与水力粗糙管 紊流在靠近管壁的一定范围内大都是以层流为主，紊流在靠近管壁的一定范围内大都是以层流为主，这种靠近壁面处的层流层称为这种靠近壁面
19、处的层流层称为黏性底层黏性底层。它的厚度根据理论与实验计算计算得：它的厚度根据理论与实验计算计算得：时，凹凸不平被黏性底层覆盖，水力光滑管时，凹凸不平被黏性底层覆盖，水力光滑管管壁出现的各种不同程度的凹凸现象，它们的平均尺管壁出现的各种不同程度的凹凸现象，它们的平均尺寸寸为绝对粗糙度为绝对粗糙度 时，水力粗糙管时，水力粗糙管与与近似相等时，把它归入水力粗糙管近似相等时，把它归入水力粗糙管黏性底层黏性底层过渡层过渡层紊流核心紊流核心B切应力分布切应力分布黏性切应力黏性切应力脉动切应力脉动切应力黏性底层黏性底层紊流核心紊流核心C速度分布速度分布黏性底层黏性底层紊流核心紊流核心速度分布是直线速度分布
20、是直线速度分布速度分布u与与r成对数成对数管路中的阻力（管路中的阻力（hflf）沿程阻力沿程阻力局部阻力局部阻力沿程损失沿程损失局部损失局部损失尼古拉兹实验尼古拉兹实验莫迪图莫迪图布拉休斯公式布拉休斯公式相对粗糙度相对粗糙度阻力系数法阻力系数法当量长度法当量长度法1.3.6管路中的沿程阻力管路中的沿程阻力1.层流区2.临界区3.3.光滑管紊流区光滑管紊流区5.粗糙管紊流区：粗糙度起决定性作用。4.过渡区A尼古拉兹实验尼古拉兹实验B莫迪图莫迪图1.3.7管路中的局部阻力管路中的局部阻力局部阻力局部阻力能量能量损失损失局部损失局部损失阻力系数法阻力系数法当量长度法当量长度法A阻力系数法阻力系数法将
21、局部阻力损失折合成管路中动压头的若干倍将局部阻力损失折合成管路中动压头的若干倍局部阻力系数局部阻力系数，即折合成的倍数。，即折合成的倍数。B当量长度法当量长度法折合成具有相同直径、长度为折合成具有相同直径、长度为le的沿程阻力损失的沿程阻力损失当量长度法流体在管路流动中，总损失流体在管路流动中，总损失沿程损失沿程损失局部损失局部损失对于某些管件和阀门，若不对于某些管件和阀门，若不能查得当量长度或阻力系数能查得当量长度或阻力系数mJ/kg例例鲜牛奶以流量鲜牛奶以流量5000kg/h从贮奶罐输送至杀菌器，从贮奶罐输送至杀菌器，管子为管子为38mm1.5mm的不锈钢管，管子长度的不锈钢管，管子长度1
22、2m,中间有一只摇板式单向阀，三只中间有一只摇板式单向阀，三只90弯头，计算管路弯头，计算管路摩擦阻力。已知黏度为摩擦阻力。已知黏度为3mPas,密度为密度为1040kg/m3。解解1.算出流速算出流速：2.算出算出Re:3.查出查出：由表查出：由表查出：再由再由/d和和Re两值，在摩擦因数图上查得：两值，在摩擦因数图上查得：=0.0284.由阻力因数表查阻力因数由阻力因数表查阻力因数：1只摇板式单向阀只摇板式单向阀2.03只只90弯头弯头31.1管子入口管子入口(突缩突缩)0.5管子出口管子出口(突扩突扩)1.05.求摩擦损失求摩擦损失：将将5鲜牛奶以鲜牛奶以5000kg/h的流量从贮奶罐输
23、送至杀菌器，的流量从贮奶罐输送至杀菌器，这条管这条管路系统所用的管道为外径路系统所用的管道为外径38mm,内径内径35mm的不锈钢管（设为光的不锈钢管（设为光滑管）滑管）,管道长度管道长度12m，中间有一个摇板式单向阀，三只，中间有一个摇板式单向阀，三只90弯头，弯头，计算管路进出口至出口的水头损失。已知鲜奶计算管路进出口至出口的水头损失。已知鲜奶5时的时的黏度为黏度为3mPas,密度为密度为1040kg/m3。解解1.算出流速算出流速：2.算出算出Re:3.查出查出：光滑管所以光滑管所以由图由图113和表和表13确定确定。取铜、铝管的绝对粗糙度。取铜、铝管的绝对粗糙度近似为不锈钢管的绝对粗糙
24、度，近似为不锈钢管的绝对粗糙度，0.0015，相对粗糙度相对粗糙度/d0.0015/350.00004，在摩擦因数图上查得：，在摩擦因数图上查得：0.0284.由阻力因数表查阻力因数由阻力因数表查阻力因数：1只摇板式单向阀只摇板式单向阀2.03只只90弯头弯头31.1管子入口管子入口(突缩突缩)0.5管子出口管子出口(突扩突扩)1.05.求水头损失求水头损失：例例敞口贮水槽盛敞口贮水槽盛80热水，用泵将热水以热水，用泵将热水以22.7m3/h的流量的流量打到距水槽液面打到距水槽液面6.1m的高位，管出口通大气。水管皆的高位，管出口通大气。水管皆为为573.0mm光滑管。泵前管长光滑管。泵前管长
25、6.1m，有三个，有三个90弯头；弯头；泵后管长泵后管长61m，有两个，有两个90弯头。假设水温不变，（弯头。假设水温不变，（1）计算）计算阻力损失；（阻力损失；（2）若泵效率为）若泵效率为75，求泵功率。，求泵功率。解解例例将密度为将密度为940kg/m3,粘度为粘度为40mPas的豆油用泵的豆油用泵由贮罐打到高位罐，两罐皆常压，液面位差为由贮罐打到高位罐，两罐皆常压，液面位差为6m，流量为流量为12L/min。管道为长。管道为长25m，内径，内径10mm的新钢的新钢管管,局部阻力之和为局部阻力之和为4u2。求；（。求；（1）泵的有效功率；）泵的有效功率；（2）输送）输送20kg豆油，泵作有
26、效功多少？豆油，泵作有效功多少？解解qv=1210-3/60=2.010-4m3/su=qv/A=2.010-4/(0.7850.012)=2.55m/sRe=du/=0.012.55940/0.040=599 2000=64/Re=64/599=0.1079.816+896=955J/kgw=gz+Pe=wqm=wqv=9552.010-4940=180WWe=mw=20955/1000=19.1kJ例例如图所示，用泵输送某溶液，已知该溶液的密度如图所示，用泵输送某溶液，已知该溶液的密度867kg/m3黏度黏度0.675103pas，输送流量为，输送流量为5103m3/s。高。高位槽液面高出
27、低位槽液面位槽液面高出低位槽液面10m，泵吸入管用，泵吸入管用89mm4mm的无的无缝钢管，其直管部分总长为缝钢管，其直管部分总长为10m，管路上装有一个底阀（可按，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。泵排出管用旋启式止回阀全开计），一个标准弯头。泵排出管用57mm3.5mm的无缝钢管，其直管部分总长为的无缝钢管，其直管部分总长为20m，管路上装，管路上装有一个全开的闸阀，一个全开的截止阀和三个标准弯头。高位有一个全开的闸阀，一个全开的截止阀和三个标准弯头。高位槽和低位槽液面均为大气压，且低位槽液面恒定。求泵的轴功槽和低位槽液面均为大气压，且低位槽液面恒定。求泵的轴功率
28、，设泵的效率为率，设泵的效率为70。10m10m1122w=10g+（1）式中式中：d=89-2d=89-24=81mm=0.081m4=81mm=0.081m由图由图114可查出相应管件的当量长度为：可查出相应管件的当量长度为：底阀底阀：le=6.3m标准弯头标准弯头：le=2.7m解：列出解：列出1 11 1截面与截面与2 22 2截面间的能量平衡方程式截面间的能量平衡方程式由于两槽液面远大于管道截面，故由于两槽液面远大于管道截面，故u u1 10,u0,u2 20 0吸入管与排出管直径不同，应该分别计算吸入管与排出管直径不同，应该分别计算1010m m1122管进口局部阻力系数：管进口局
29、部阻力系数：0.50.5吸入管流速：吸入管流速：吸入管内流体的流态：吸入管内流体的流态：取管壁的绝对粗糙度取管壁的绝对粗糙度0.04mm0.04mm，则，则/d/d 0.04/810.04/810.0005.0.0005.由图由图1 11313可知可知0.02 0.02 于是于是（2 2）排出管能量损失）排出管能量损失式中：式中：d=57-23.5=50mm=0.05m由图由图114可知相应管件的当量长度：可知相应管件的当量长度：闸阀全开闸阀全开:le=0.33截止阀全开截止阀全开：le=17三个标准弯头三个标准弯头：le=31.6=4.8m管出口局部阻力系数：管出口局部阻力系数：1.0排出管
30、流速：排出管流速：排出管内流体的流态：排出管内流体的流态：（3）管路总能量损失）管路总能量损失于是于是 例题v确定流动状态v确定沿程阻力系数和局部阻力系数v计算能量总损失v根据流动能量方程确定所需要的动力n解题步骤说明例：用泵将浓缩脱脂牛奶由蒸发器送至楼上的常压（例：用泵将浓缩脱脂牛奶由蒸发器送至楼上的常压（p=100kPa)贮槽内。蒸发器内液面，泵出口和贮槽入口的高度分别为贮槽内。蒸发器内液面，泵出口和贮槽入口的高度分别为3.0，0.5和和11.0米，蒸发器内真空度米，蒸发器内真空度96kPa,蒸发器到泵管长蒸发器到泵管长4.0米，有一个米，有一个90弯头，泵到贮槽管长弯头，泵到贮槽管长30
31、米，有三个米，有三个90弯头和一个阀门，管弯头和一个阀门，管路都是路都是382.5mm的光滑不锈钢管。若牛奶密度的光滑不锈钢管。若牛奶密度1200kg/m3,黏度黏度2.0mPas，输送流量为，输送流量为8.00m3/h,流经阀门的压力降为流经阀门的压力降为80kPa,求泵求泵排出口绝对压力。若泵排出口绝对压力。若泵-电机组总效率为电机组总效率为55%，求所需电机功率。，求所需电机功率。122133解解qv=8/3600=2.2210-3m3/s(1)在在32间能量衡算间能量衡算=9.81(11.0-0.5)+145.73=248.74J/kgP3=248.741200+100103=3.98
32、105Pa(2)在在12间能量衡算间能量衡算(1.48kW)分类分类：按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡胶管等；按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡胶管等；按加工方法按加工方法：钢管又有有缝与无缝之分；钢管又有有缝与无缝之分；按颜色：按颜色：有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。表示方法表示方法：AAB B，其中，其中A A指管外径，指管外径，B B指管壁厚度，指管壁厚度，如如1081084 4即管外径为即管外径为108mm108mm，管壁厚为，管壁厚为4mm4mm。管子管子(pipe)作用作用：改变管
33、道方向改变管道方向(弯头弯头);连接支管连接支管(三通三通);改变管径改变管径(变形管变形管);堵塞管道堵塞管道(管堵管堵)。螺旋接头螺旋接头卡箍接头卡箍接头三通三通变形管变形管管件管件：管与管的连接部件。管与管的连接部件。管件管件 (pipe fitting)(pipe fitting)v截止阀截止阀(globe valve)v闸阀闸阀 (gate valve)(gate valve)v止逆阀止逆阀(check valve):(check valve):单向阀单向阀装于管道中用以装于管道中用以开关管路开关管路或或调节流量调节流量。阀门阀门(Valve)(Valve)蝶阀 又叫翻板阀,是一种结
34、构简单的调节阀.是指关闭件(阀瓣或蝶板)为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断和节流用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。隔膜阀 是一种特殊形式的截断阀。它的启闭件是一块是一种特殊形式的截断阀。它的启闭件是一块用软质材料制成的隔膜，把阀体内腔与阀盖内用软质材料制成的隔膜，把阀体内腔与阀盖内腔及驱动部件隔开，故称隔膜阀。腔及驱动部件隔开，故称隔膜阀。最突出特点是隔膜把下部阀体内腔与上部阀盖最突出特点是隔膜把下部阀体内腔与上部阀盖内腔隔开，使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零内腔隔开，使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀
35、，省去了填料密封结构，且不件不受介质腐蚀，省去了填料密封结构，且不会产生介质外漏。会产生介质外漏。旋塞 又称又称栓塞栓塞。俗称。俗称考克考克（cock)。阀体阀体的中心孔的中心孔内内插入插入一个有一个有孔孔而可而可旋转旋转的锥形栓塞，当栓塞的锥形栓塞，当栓塞的孔正朝着阀体的的孔正朝着阀体的进出口进出口时，时，流体流体就可通过栓就可通过栓塞。当栓塞转塞。当栓塞转90而其孔安全被阀体挡住时，而其孔安全被阀体挡住时，流体就不能通过栓塞。因而可起启闭作用，又流体就不能通过栓塞。因而可起启闭作用，又可起调节作用。可起调节作用。底阀 实际上是止回阀的一种，起着防止水倒流的作用。实际上是止回阀的一种，起着防
36、止水倒流的作用。水源的水从阀盖进入阀体水源的水从阀盖进入阀体.在流体的压力作用下在流体的压力作用下,阀瓣打开水阀瓣打开水,当水停后出口管内的压力将阀瓣迅速当水停后出口管内的压力将阀瓣迅速关闭关闭,液体将不会倒回水源液体将不会倒回水源,起到了即畅通抽水又起到了即畅通抽水又节约水能损失的作用节约水能损失的作用.v截止阀截止阀 (globe valve)(globe valve)特点特点：构造较复杂构造较复杂。在阀体部分液。在阀体部分液体流动方向经数次改变，体流动方向经数次改变，流动阻力较流动阻力较大大。但这种阀门。但这种阀门严密可靠严密可靠，而且，而且可较可较精确地调节流量精确地调节流量。应用应用
37、：常用于蒸汽、压缩空气及液体输常用于蒸汽、压缩空气及液体输送管道。若流体中含有悬浮颗粒时应避免使送管道。若流体中含有悬浮颗粒时应避免使用。用。结构结构：依靠阀盘的上升或下降，依靠阀盘的上升或下降，改变阀盘与阀座的距离，以达到调改变阀盘与阀座的距离，以达到调节流量的目的。节流量的目的。v闸阀闸阀 (gate valve)(gate valve)：闸板阀闸板阀特点特点：构造简单，液体阻力小，构造简单，液体阻力小，且不易为悬浮物所堵塞，故常用于且不易为悬浮物所堵塞，故常用于大直径管道。其缺点是闸阀阀体高；大直径管道。其缺点是闸阀阀体高；制造、检修比较困难。制造、检修比较困难。应用应用：较大直径管道的
38、开关较大直径管道的开关。结构结构：闸阀是利用闸板的上升或下降，以调节管路中流体的闸阀是利用闸板的上升或下降，以调节管路中流体的流量。流量。v止逆阀止逆阀(check valve):(check valve):单向阀单向阀特点特点：只允许流体单方向流动。只允许流体单方向流动。应用应用：只能在单向开关的特殊情只能在单向开关的特殊情况下使用。况下使用。结构结构：如图所示。当流体自左向右流动时，阀自动开启；如如图所示。当流体自左向右流动时，阀自动开启；如遇到有反向流动时，阀自动关闭。遇到有反向流动时，阀自动关闭。1.5 液体输送设备1.5.1 1.5.1 泵的类型泵的类型1.5.21.5.2叶片泵的主
39、要性能和特性叶片泵的主要性能和特性1.5.3 1.5.3 泵的安装高度泵的安装高度1.5.41.5.4管路特性管路特性1.5.51.5.5泵的工作点泵的工作点离心泵离心泵轴流泵轴流泵A叶片式泵叶片式泵所有依靠高速旋转叶轮对被输送液体作功的机械。所有依靠高速旋转叶轮对被输送液体作功的机械。B 往复泵往复泵工作原理工作原理往复泵（往复泵（reciprocatingpump）主要由泵缸主要由泵缸1,活塞或柱塞活塞或柱塞2，吸入，吸入阀阀3，排出阀，排出阀4等所组成等所组成当活塞自左至右移动时，工作当活塞自左至右移动时，工作室容积增大，形成低压室容积增大，形成低压,吸入管内液体推开吸入阀吸入管内液体推
40、开吸入阀进入工作室进入工作室当活塞由右至左移动时，吸入阀受压而关闭，当活塞由右至左移动时，吸入阀受压而关闭，排出阀被高压液体推开，缸内液体被压入排出管路。排出阀被高压液体推开，缸内液体被压入排出管路。往复泵有多种形式往复泵有多种形式压头较高的液体输送用压头较高的液体输送用柱塞泵柱塞泵柱塞泵柱塞泵输送腐蚀性强的液体用输送腐蚀性强的液体用隔膜泵隔膜泵隔膜泵隔膜泵2柱塞柱塞5隔膜隔膜C C 旋转泵旋转泵旋转泵（旋转泵（rotarypump）依靠泵体内转子的旋转依靠泵体内转子的旋转作用而吸入和排出液体作用而吸入和排出液体旋转泵也属于正位移泵旋转泵也属于正位移泵罗茨泵罗茨泵滑板泵滑板泵齿轮泵齿轮泵螺杆泵
41、螺杆泵离心泵（离心泵（centrifugalpump）是生产中最常用的）是生产中最常用的液体输送机械液体输送机械a 离心泵的工作原理离心泵的工作原理泵由一组弯曲叶片组成的泵由一组弯曲叶片组成的叶轮叶轮1置于泵壳置于泵壳2内内叶轮被紧固在泵轴叶轮被紧固在泵轴3上上泵壳中央的吸入口泵壳中央的吸入口4与与吸入管路吸入管路5连接连接排出口排出口8与排出管路与排出管路9相连接相连接b 离心泵的主要部件离心泵的主要部件1.叶轮叶轮通常有开式、半开式和闭式通常有开式、半开式和闭式2.泵壳泵壳呈蜗牛壳形，有时在叶轮和泵壳之间呈蜗牛壳形，有时在叶轮和泵壳之间安装一个导轮。安装一个导轮。3导轮导轮1泵壳泵壳2叶轮
42、叶轮c 离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数1.流量流量qv泵在单位时间内排出的液体体积泵在单位时间内排出的液体体积,m3/s2.转速转速 n泵轴单位时间转动周数，泵轴单位时间转动周数，r/s,r/min3.扬程扬程H泵给予单位重量（泵给予单位重量（1N）液体的能量，）液体的能量，m(即即J/N)泵的压头表现为：泵的压头表现为：1.将液体的位压头提高将液体的位压头提高Z Z。2.2.将液体的静压头提高（将液体的静压头提高（P PD D-P-PA A）/g;g;3.3.抵偿了吸入管路的压头损失和排出管路的压头抵偿了吸入管路的压头损失和排出管路的压头损失。一般情况下还包括动压头的提高。损失。一
43、般情况下还包括动压头的提高。式中，式中，Z Z称为升举高度，它等于吸上高度称为升举高度，它等于吸上高度Z ZS S与排与排出高度出高度Z ZD D之和，必须指出，泵的扬程不仅在概念上之和，必须指出，泵的扬程不仅在概念上而且在数值上均不等于泵的升举高度，升举高度只而且在数值上均不等于泵的升举高度，升举高度只是泵扬程的一部分。是泵扬程的一部分。4.功率功率轴功率轴功率P 指由电动机得到的指由电动机得到的实际功率实际功率，单位，单位W有效功率有效功率Pe单位时间流体经泵得到的能量单位时间流体经泵得到的能量w=Hg qm=qv5.效率效率=Pe/PP=Pe/这些性能参数间是相互影响的这些性能参数间是相
44、互影响的Pe=qvHg (W)d泵的特性曲线泵的特性曲线 泵的铭牌上所列的数值均指该泵在效率最高点时的性泵的铭牌上所列的数值均指该泵在效率最高点时的性能。能。1.叶片式泵的特性曲线叶片式泵的特性曲线一般由一般由HQ、PQ、Q三条线所组成。在一定的三条线所组成。在一定的转速下，用实验方法测出各个不同流量下所对应的压头和转速下，用实验方法测出各个不同流量下所对应的压头和功率，而后计算出对应的效率，最后在坐标上绘制而成。功率，而后计算出对应的效率，最后在坐标上绘制而成。不论何种泵，造成吸液的基本原因是由于动不论何种泵，造成吸液的基本原因是由于动件运动而形成泵进口处的真空，从而靠贮液件运动而形成泵进口
45、处的真空，从而靠贮液槽液面与泵进口处的压力差将液体压入泵内。槽液面与泵进口处的压力差将液体压入泵内。泵的几何安装高度是指泵的吸入口轴泵的几何安装高度是指泵的吸入口轴线与贮液槽液面间的垂直距离。线与贮液槽液面间的垂直距离。在在a-aa-a与与s-ss-s之间列能量方程之间列能量方程aaZsss如果贮液槽液面的压力为大气压，那么泵的几何安装如果贮液槽液面的压力为大气压，那么泵的几何安装高度必以此大气压相当的水柱高度为其最大高度。要高度必以此大气压相当的水柱高度为其最大高度。要标准大气压下，最大吸入高度也不超过标准大气压下，最大吸入高度也不超过10.33米。米。e 泵的安装高度泵的安装高度在压力在压
46、力Pa，流速和压头损失变化都不大的情况下，流速和压头损失变化都不大的情况下，ZS与与PS有关，吸入差若表示为水柱高度有关，吸入差若表示为水柱高度HS，则称为，则称为吸上真空吸上真空高度高度P PS S的降低是有限度的，当降到被输送液体的饱和蒸气压的降低是有限度的，当降到被输送液体的饱和蒸气压P PV V时，吸上真空高度达到最大的临界值时，吸上真空高度达到最大的临界值H Hsmaxsmax称为最大吸上真称为最大吸上真空高度。空高度。如果达到最大吸真空高度，发生汽蚀现象。如果达到最大吸真空高度，发生汽蚀现象。允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hsp安装泵时，应根据允许吸上真空高度来计算它的几何安装安
47、装泵时，应根据允许吸上真空高度来计算它的几何安装高度，这就是泵的允许安装高度高度，这就是泵的允许安装高度Zsp通常在泵样本中查得的通常在泵样本中查得的Hsp是根据大气压是根据大气压Pa=10mH2O，水温为水温为20时得出的数值。若操作条件和上述不符，还时得出的数值。若操作条件和上述不符，还需较正。需较正。Ha为泵工作点的大气压为泵工作点的大气压mH2O，PV为为20下水的饱和下水的饱和蒸气压蒸气压Pa,PV为输送温度下水的饱和蒸气压为输送温度下水的饱和蒸气压,Pa2.汽蚀余量汽蚀余量h为了保证运转时不发生汽蚀，必须使单位液体在入口为了保证运转时不发生汽蚀，必须使单位液体在入口处所具有的能量有
48、充分的余量，足以克服液体流到泵内处所具有的能量有充分的余量，足以克服液体流到泵内压力最低处的能量损失。压力最低处的能量损失。泵入口处单位液体所具有的超过汽化压力能的富余能量。泵入口处单位液体所具有的超过汽化压力能的富余能量。1.5.4管路特性管路特性当管路条件一定的情况下，管路系统中被输送液体的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量所必需的外加能量的关系。流量与流过这一流量所必需的外加能量的关系。5.5泵的工作点泵的工作点将离心泵的特性曲线将离心泵的特性曲线II和管路特性曲线和管路特性曲线I绘制绘制在同一压头在同一压头-流量坐标图上流量坐标图上两曲线相交点两曲线相交点
49、M,是是离心泵在该管路中的离心泵在该管路中的工作点工作点（dutypoint）若工作点所对应效若工作点所对应效率在最高效率区，则率在最高效率区，则该工作点是适宜的该工作点是适宜的可以采用流量调节改变可以采用流量调节改变管路特性曲线管路特性曲线,或者改变泵的特性曲线或者改变泵的特性曲线,改变泵的改变泵的工作点工作点M,使工作点处于高效率区。使工作点处于高效率区。往复泵的输液量和流量调节往复泵的输液量和流量调节1.往复泵的输液量往复泵的输液量单缸单动往复泵的理论平均流量：单缸单动往复泵的理论平均流量：单缸双动：单缸双动：s冲程，冲程，m实际工作中，往复泵的实际流量等于理论流实际工作中，往复泵的实际流量等于理论流量与容积效率的乘积，即量与容积效率的乘积，即为往复泵的容积效率，其值为为往复泵的容积效率，其值为0.850.992.往复泵的特性曲线往复泵的特性曲线理论上往复泵流量理论上往复泵流量qv与压头与压头H无关无关象往复泵这类泵，流量只与活塞的位移有关而象往复泵这类泵，流量只与活塞的位移有关而与管路无关；而其扬程只与管路情况有关而与流与管路无关；而其扬程只与管路情况有关而与流量无关：此即为量无关：此即为正位移泵正位移泵其特性曲线：其特性曲线：qvt与与H无关无关qv当当H较大较大而稍有而稍有