化工原理小结(动量传递)

第一部分：动量传递过程——以柏努利方程为核心

公式名称 柏努利方程：流体流动的能量守恒原理。 1、u12u122应用范围 稳定流动，牛顿型流体 ①基准面一定为水平面；基准面是为了计算位压头或位能； ②外加能量在上游；阻力损失放在下游。 说 明 动量传递的核心公式（只要存在流体流动必用该式） ①以1kg质量流体为基准； ②单位质量流体所具有的机械能，可以把‘自己’从基准面升举的高度。 Z1gp1p1Weu22u222Z2gp2Wf[kJ/kg] 2、2gZ1gHe2gZ2p2gHf[m]压头 其中：He=We/g[m]，流体获得的能量：有效压头； ∑Hf=Wf/g[m]，流体损失的能量：压头损失。 柏努利方程讨论：①若无外能量We=0；忽略阻力损失Wf=0； 则柏努利方程转化为理想流体的机械能守恒方程： (1) u12u122掌握各种条件下柏努利方程的应用 Z1gp1p1u22u222Z2gp2[kJ/kg] (2) 2gZ1g2gZ2p2g[m] 表示流体内部机械能守恒，且可互相转化：Eu22Zgp[kJ/kg] 流体在任意截面上的机械能总和不变。 静力学方程是柏努利方程的特例。 用[m]液柱高表示压强或能量（即压头）。 (1)关键：等压面的确定。 (1)R：指示剂读数；(2)ρA、ρC：两种指示剂密(2)若使R值增大,度；一般已知。 则ρA、ρC值接近为ρB：被测液密度。 好。 (3)各种压差计原理。 真空度＝－表压 稳定流动，牛顿型物料衡算 流体 圆形管径的平方与流速呈反比 ②若流体静止：u1=u2=0,则无需外加能量We=0;无阻力损失Wf=0;则柏努利方程转化为静力学力学方程： Z1gp1Z2gp2(p1p2)(Z2Z1)ghg[Pa]  hp1p2g[m]流体柱 ③若流体为流动状态，两截面间的压强差Δp=p1－p2 可由静力学方程应用解决 →(1)U形压差计测出：Δp=p1-p2＝Rg(ρA-ρB)； (2)双液体压差计测出：Δp=p1-p2＝Rg(ρA-ρC)； 等压面：连续、静止、均匀的流体中，等高则等压。 ④流体的静压强可由测压表测量：表压＝绝压－大气压 真空度＝大气压－绝压 连续性方程：流体流经不等径的串联管路的流速关系式。表示流体的物料衡算关系(柏努利方程中u1、u2的关系式)。 ms1ms2[kg/s]Vs1uAu1d1u2d2 22u1 u2d2d 12⑤非圆形直管，必须用当量直径计算de→d。de流体流通的截面积润湿周边长 [m] 用于计算Re等。 掌握计算各种非圆形管路的当量直径。 ⑥实际流体的流动阻力损失计算：柏努利方程中的阻力项Wf、∑Hf――范宁公式 稳定流动，牛顿型 流体 l：衡算范围总直管长[m]； 22lleulu[kJ/kg] 1、Wf∑le：所有局部阻力的当量长度[m]； d2d2λ值是计算阻力损ζ：阻力系数；特殊情况ζ出口=1.0；ζ失的关键。λ值与u：管内或细管内流速[m/s]； 22lleulu[m] 2、Hf流通的流动类型有λ：摩擦系数。 d2d2g关。 ⑦流体流动类型的判据——雷诺数Re;Re  32lu层流流动的λ与管 层流：Re≤2000;u=0.5umax；p ； 2路的粗糙程度无Red关。 湍流：Re≥4000；u=0.82umax；f(Re,相对粗糙度)， d查图或用经验式计 层流与湍流的本质区别：流体质点是否在垂直于流动方向上有脉动。 层流层（层流内层）：du0；其层流层的厚度决定于流体的湍动程度大小；dy 粘性阻力占主导。 湍动主体流：du0；无速度梯度，混合快，粘性阻力不起作用，附加阻力dy 占主导，流动阻力损失比较大。 湍流：λ与Re、管du入口=0.5； (1)非圆形管一定用当量直径计算Re。 (2)点流速（最大流速）与平均流速的关系及区别。 (3)Vs=uA→流量计→①恒截面变压头的流量计――孔板流量计、文丘里流量计； ②恒压头变截面――转子流量计。 (4)用于计算平均流速的管路的面积不能用当量直径计算，用实际面积计算。 路的粗糙程度有关；λ=f(Re,ε/d)；可以经验公式计算，可查图。 ⑧柏努利方程中外加能量项：We,He；液体由泵提供；气体由风机提供。 ⑨离心泵的五个性能及其关系： （1）离心泵的扬程与有效压头：H(He)可由实验测定（离心泵实验原理）。 流通输送机械（离心泵、离心风机），给流体提供能量的设备。 离心泵测量压头的 原理与操作。 （2）有效能量We与有效功率：NeWemsHgQ[WJ/S;kWkJ/S] (1)η<1的原因：(1)容积损失；(2)水力损失；(3)NeNe 离心泵的轴功率与效率：N； 机械损失。 N(2)液体的密度ρ变化对离心泵的Q、H、η无影(3)液体的ρ、μ对离心泵的H、Q、N、Ne、η的影响（要讨论） 响；但Ne增大。 (3)液体的粘度μ增大，Q、H、η变小，Ne增大。 ⑩离心泵的基本概念及计算： 稳定流动 （1）离心泵的气缚现象、气蚀现象产生的原因及解决的方法。 ①Pa：液面压强； (1)为防止气缚现象发生：启泵前罐液。 （2）离心泵的设计点、工作点及其性能曲线、变化规律（可以用图表示）。 ②Pv：操作状态下(2)为防止气蚀现象发生： （3）离心泵的允许安装高度：两种方法（气蚀余量法、允许真空度法及对应的水的饱和蒸汽压； 1)减少泵的吸入管的阻力；2)采用较大直径的管计算公式）。 ③hf0→1：液面至泵入路，减少管件、阀门弯头等；3)降低安装高度； 口处压强； 4)泵尽量靠近液源。 papV①Hghhf(01)[m] ④Δh：气蚀余量， g查表，不用校正。 (3)计算的理论值后再减少0.5m更安全。 ⑤Hs：允许吸上真 2uhf(01)[m] ②HgHs空度，查表，需要 2g校正。 ⑥Ha：当地大气压 HS[m]，以10m水柱 计。 （4）注意区别以下概念：离心泵的扬程H[m]、液体的升扬高度ΔZ[m]、离心泵 的安装高度Hg[m]；风机风压Pa(全风压、静风压、动风压)。 离心泵的扬程H:柏努利方程中外加有效压头（能量）项： 2puHZHf[m] g2g 液体升扬高度：两液面的垂直距离，即将液体由液面1送到液面2（高位槽距离） 泵的安装高度Hg：泵的吸入口到储槽的垂直高度，此值可以为负值。 离心泵的运行与调节：阀门调节（简单易行）；转速调节。 工作点：离心泵的特性曲线与管路特性曲线交点。 管路特性曲线； 离心泵的并联：提高输送液体流量； 离心泵的串联：提高输送压头，即提高能量。 风机风压：风机提供给气体的能量表示方法。风机要考虑动风压，而离心泵不考风机的性能参数：风量、静风压、动风压、全风虑动压头。（离心泵与通风机的区别） 压、效率、功率等。 往复泵与离心泵的主要区别：离心泵无自吸能力，往复泵有自吸能力；离心泵的Q与H成反比，往复泵无此关系；离心泵可以用阀门调节，往复泵旁路调节。 容积式泵类:往复泵、计量泵 pV1000(Ha10)HS0.243[m] 9.8110