1、研究对象应用发展制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体力学泵与风机的研究对象流体力学泵与风机的研究对象流体力学研究流体在静止和运动时的受力与运动规律。即流体在静止和运动时压力的分布、流速变化、流量大小、能量损失以及与固体壁面之间的相互作用力等问题。泵与风机是将原动机（如电动机、汽轮机等）提供的机械能转换成流体的机械能，以达到输送流体或造成流体循环流动等目的的机械。提高液体机械能的机械称为泵，提高气体机械能的机械称为风机。流体力学泵与风机通过分析流体在系统中的运动规律和泵与风机等热力设备的结构、性能特点，减少
2、流体流动的阻力损失 ，提高泵与风机运行的稳定性和效率。研究对象应用发展绪论www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体和泵与风机在国民经济中的应用流体和泵与风机在国民经济中的应用流体和泵与风机是国民经济各个部门都广泛应用的工作介质和通用机械。广泛应用在石油、化工、造船、水利、轻工、电力等国民经济的各个领域中。农业的灌溉与排涝城市的给排水工程采暖通风工程石油化学工业在火力发电厂中的应用在火力发电厂中的地位研究对象应用发展绪论www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PL
3、C曾经是黄河流域超量用水大户的内蒙古自治区八百里河套灌区，近年来在农业开发中注重发展节水灌溉，增粮不增水，初步建成优质、高产、高效、低耗的节水灌溉农业示范区 有“亚洲第一斜轴泵”之称的河套灌区红圪卜扬水站的斜轴泵。返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLCZA型离心式流程泵可输送各种温度和浓度和硫酸、硝酸、盐酸和磷酸等无机酸和有机酸溶液；各种温度和浓度的氢氧化钠和碳酸钠等碱性溶液；各种盐溶液；各种液态石油化工产品、
4、有机化合物以及其它有腐蚀性的液体。该型泵适用于炼油厂、石油化学工业、煤加工工程、低温工程、造纸业、制糖业、供水厂、海水淡化厂、发电厂、环保工程和船舶业等。 返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体力学泵与风机在热力发电厂的应用流体力学泵与风机在热力发电厂的应用流体力学泵与风机在热力发电厂的应用流体力学泵与风机在热力发电厂的应用热力发电厂电能的生产是依靠汽（气）、水、油等流体介质在泵与风机同其他热力设备用管道连接组成的系统（如热力系统和一些辅助生产系统）中流动，进而安全经济地实现热功的转换，为发电机提供足够的机械能，实现
5、机械能与电能间的转换。其中，各种类型的泵分别维持着系统中给水、凝结水、冷却水、疏水、润滑油等液体的流动，各种类型的风机则分别维持着空气、烟气、含煤粉空气等气体的流动热力发电厂系统简图返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC应用灰渣泵冲灰水泵排粉风机升压泵凝结水泵给水泵循环水泵射水泵疏水泵送风机引风机蒸汽空气水www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体力学泵与风机在热力发电厂的地位流体力学泵与风机在热力发电厂的地位流体力学泵与风机在热力发电厂的地位流体力学
6、泵与风机在热力发电厂的地位泵与风机运行状况以及流体在系统内的流动正常与否都直接影响着发电厂生产的安全性和经济性。例如，向锅炉供水的给水泵突然发生故障或给水管道破裂发生严重泄漏，就会使锅炉缺水，甚至发生烧干锅炉而被迫停止发电的重大事故。 当流体在泵与风机内流动的阻力损失增大，或是泵与风机运行工况的调节不当时，又会使泵与风机的效率降低，耗电量增加。 返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体力学泵与风机发展概况流体力学泵与风机发展概况古代人类为了生存，在向洪水作斗争、向自然要动力的过程中，积累了丰富的实用水力学和简单流体机械
7、的知识。18 世纪欧拉、伯努利、拉格朗日，拉普拉斯等科学家建立 古典理论流体力学 由于蒸汽机的发明和采矿、钢铁工业的需要，出现了一种比较完善的以蒸汽机为动力的往复式泵与风机。欧拉和儒可夫斯基分别研究出叶片式泵与风机的基本方程式和升力公式， 19 世纪 儒可夫斯基研究的机翼理论、普朗特提出的附面层理论以及我国著名工程热物理学家吴仲华教授发表的“轴流、离心及混流透平机械内亚声速与超声速三元流体一般理论”等，使理论流体力学与实用水力学走向结合，使流体机械的设计理论上升到一个新的高度 现代发展应用研究对象绪论www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLC
8、www.PLC 例如我国公元前两千多年前的大禹治水，春秋战国和秦朝时修建的都江堰、郑国堰和灵渠三大古老水利工程，隋朝时开通的闻名中外、全长为 1782klll 的京杭大运河，在生产和生活中使用的序斗、吊杆、辘护、水车、风箱等简单流体机械都是古人在流体力学、泵与风机学科中留下的宝贵历史遗产。 返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体力学泵与风机在航空航天、电力、石化、水利工程流体力学泵与风机在航空航天、电力、石化、水利工程等领域内得到了广泛的应用和高速发展。等领域内得到了广泛的应用和高速发展。国外轴流式送引风机的电动机功
9、率已达 11000kw ( 707MW 机组用），而锅炉给水泵的驱动功率已高达 55MW 、转速亦升为 7500r / min( 1800MW 机组用）。国外已有轮毂直径为 2240mm的超大型伐列克斯型轴流风机。此外，为了提高大容量泵与风机运行的经济性，变速传动已被广泛采用。在 300MW 以上发电机组中，通常配用汽轮机驱动的锅炉给水泵和采用电动机加液力耦合器的启动备用给水泵。锅炉送引风机除采用汽轮机驱动或液力耦合器作变速传动外，还广泛采用双速电动机、可控硅串级调速的绕线式电动机或变频器进行变速传动。当今世界最大的长江三峡水电站总装机容量达 18200MW , 单机容量为 700MW 。 南
10、水北调等工程 返回图片资料www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLCX-43A验证机在空气中飞行速度最快的飞行器速度达到了9.8倍音速11265千米/小时 长江三峡工程：防洪、发电、航运 世界上迄今为止最大的水利工程南水北调工程，惠及中国长江、黄河、淮河和海河四大流域 返回www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC第一章第一章 流体及其物理性质
11、流体及其物理性质 流体的定义及特征流体的基本物理性质流体的密度和重度流体的压缩性和膨胀性流体的黏性流体的表面性质作用在流体上的力制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体的流体的定义及特征定义及特征1、定义：通常说能流动的物质为流体，液体和气体易流动，我们把液体和气体称之为流体。力学的语言：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。2、特性具有流动性和不能保持一定形状的特性液体：很不易被压缩；气体：具有很大的压缩性。3、流体连续介质假设在流体力学中，取流体微团来作为研究流体的基元。所谓流体微
12、团是一块体积为无穷小的微量流体，由于流体微团的尺寸极其微小，故可作为流体质点看待。这样，流体可看成是由无限多连续分布的流体微团组成的连续介质。第一章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体的密度和重度流体的密度和重度 密度密度：流体单位体积内所具有的质量。式中 流体的密度，kgm；m流体的质量，kg； V流体的体积，m。流体的相对密度流体的相对密度：流体的相对密度是指某种流体的密度与4时水的密度的比值，用符号d来表示。 式中： 流体的密度，kgm； 4时水的密度，kgm； 重度：流体单位体积的重量称为重度。关系： = g
13、（g=9.807m/s)3mkgVm3mNVG压缩性和膨胀性流体的黏性表面性质流体上的力wfd/fw第一章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体的压缩性和膨胀性流体的压缩性和膨胀性流体所承受的压力增大时，流体体积缩小的性质称为压缩性。流体所承受的压力增大时，流体体积缩小的性质称为压缩性。流体温度升高时，流体体积增大的性质称为膨胀性。流体温度升高时，流体体积增大的性质称为膨胀性。流体压缩性的大小用压缩率来表示。它表示当温度保持不变时，单位压力增量引起流体体积的相对缩小量 ，单位为 1 / Pa 。在工程实际中常常忽略液体压
14、力变化时体积的改变，把液体的密度视为常数，这种液体称为不可压缩流体。流体膨胀性的大小用体胀系数来表示，它表示当压力不变时，升高一个单位温度所引起流体体积的相对增加量，单位为 1/ 。表面性质流体上的力VdVdt1vVdVdp1第一章流体的黏性www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC 黏性流体运动时，在流层之间产生内摩擦的特性。内摩擦定律相邻两层流体间的内摩擦力的大小与两流层的接触面积A和速度差dv成正比，与两层流体间的距离dy成反比，并与流体种类及温度有关。表征流体种类及温度影响的一个比例常数。（动力黏度）运动黏度运动黏度 温
15、度对黏度的影响：温度升高，液体黏度下降，气体黏度升高。NdydAv压缩性和膨胀性表面性质流体上的力第一章流体的黏性www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC液体的表面性质液体的表面性质表面张力表面张力表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引力，也称为内聚力 表面张力的形成主要取决于分界面液体分子间的吸引力，也称为内聚力 定义：定义： 当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。在不相混合的液体间以及液体和固体间的分界面附近的分子都将受到两种介质吸引力的作用，沿着分界面产生表面张力，通常
16、称为交界面张力。当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。在不相混合的液体间以及液体和固体间的分界面附近的分子都将受到两种介质吸引力的作用，沿着分界面产生表面张力，通常称为交界面张力。表面张力的大小以作用在单位长度上的力表示，单位为表面张力的大小以作用在单位长度上的力表示，单位为Nm。毛细现象毛细现象 压缩性和膨胀性表面性质流体上的力第一章流体的黏性www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC毛细现象毛细现象毛细现象毛细现象 润湿管壁的液体在细管中升高，而不润湿管壁的液体在细管中下降的现象称
17、作毛细现象。润湿管壁的液体在细管中升高，而不润湿管壁的液体在细管中下降的现象称作毛细现象。能够发生毛细现象的管子称作毛细管。能够发生毛细现象的管子称作毛细管。毛细现象是由表面张力和接触角决定的。毛细现象是由表面张力和接触角决定的。ABCP0Ph压缩性和膨胀性流体的黏性表面性质流体上的力第一章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC作用在液体上的力作用在液体上的力表面力表面力 表面力是指作用在流体中所取某部分流体体积表面上的力，也就是该部分体积周围的流体或固体通过接触面作用在其上的力。质量力质量力 质量力是指作用在流体某体积内所
18、有流体质点上并与这一体积的流体质量成正比的力，又称体积力。在均匀流体中，质量力与受作用流体的体积成正比。是一种非接触力。 压缩性和膨胀性流体的黏性表面性质流体上的力第一章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC一、流体静压力及其特性流体静压力及其特性二、二、流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式三、三、压力的表示方法压力的表示方法四、四、 等压面等压面五、五、流体静力学基本方程式的应用流体静力学基本方程式
19、的应用六、六、水位计的基本原理水位计的基本原理制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC研究对象研究对象在工程应用中，以地球作为惯性参考坐标系，把流体内部各质点之间没有相对运动而且相对于地球表面也不运动的流体称为在工程应用中，以地球作为惯性参考坐标系，把流体内部各质点之间没有相对运动而且相对于地球表面也不运动的流体称为静止流体静止流体；把流体的各部分之间没有相对运动的状态称为；把流体的各部分之间没有相对运动的状态称为平衡状态平衡状态。流体静力学研究的是流体在静止或平衡状态下的规律及其在工程实际中的应用流体静力学研究
20、的是流体在静止或平衡状态下的规律及其在工程实际中的应用 。问题问题 静压力的概念特性一特性二小结 第二章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体静力学研究是否需要先进行理想流体的假设，使问题简化？流体静力学研究是否需要先进行理想流体的假设，使问题简化？处于静止或相对平衡状态下的流体质点之间没有运动，则各流层之间也没有相对运动，切向应力等于零，因而实际流体的粘滞性作用表现不出来，所以本章所讨论的规律对理想流体和实际流体都是适用的。研究对象www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.
21、PLCwww.PLC流体静压力流体静压力ApP 总压力P：任意面积A上所受到的总作用力。单位：N平均压力：单位面积上所承受的作用力。静压力p：KPAdpdAdAdppdA0limN/mN/m特性一特性二小结 第二章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体静压力的方向与作用面垂直，并指向作用面的内法线方向。PnPPt假设在静止流体中，流体静压力方向不与作用面相垂直，而与作用面的切线方向成角 那么静压力p可以分解成两个分力即切向压力pt和法向压力pn流体要保持静止状态，不能有剪切力存在，唯一的作用便是沿作用面内法线方向的压力作
22、用。静压力的概念特性二小结 练习www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC特性一特性二小结 www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC静止流体中任意一点流体压力的大小与作用面的方向无关，即任一点上各方向的流体静压力都相同。ABCDxzydxdydzpxpzpypn小结 特性一www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体静压力的方向与作用面垂直，并指向作用面。流体静压力的大小与作用面的方位无关。在平
23、衡流体中，任意一点的静压力在各个方向上都是相等的，即Pk=PkMNKPkMNPk静压力的概念第二章特性一特性二www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式P = Po + h 只适用于不可压缩流体（通常是液体）可以求静止液体中任意一点的静压力。是液体的重度。 表明：在重力作用下的静止液体中，任意一点的静压力等于自由表面上的压力加上该点距自由表面的深度与液体重度的乘积。yPoZZox0hKZ意义第二章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLC
24、www.PLC物理意义和几何意义 物理意义物理意义 z 的物理意义表示为单位重量流体对某一基准面的位势能。p / Pg 表示单位重量流体的压力势能几何意义几何意义Z 的几何意义表示为单位重量流体的位置高度或位置水头（的几何意义表示为单位重量流体的位置高度或位置水头（ elevation head ）。）。p / Pg 也是长度单位，它的几何意义表示为单位重量流体的压力水头也是长度单位，它的几何意义表示为单位重量流体的压力水头 位置水头和压力水头之和称为静水头。 表示在重力作用下静止流体中各点的静水头都相等 静力学基本方程式www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI
25、.comwww.PLCwww.PLC压力的表示方法压力的表示方法绝对压力：当流体的静压力是以绝对真空为零点算起时。 P = Pa + h 相对压力：以大气压力Pa为零点算起的压力叫做相对压力。 Pg = P Pa 一般压力表上指示的零压就是大气压力，压力表上的刻度是相对压力，工程上习惯称为表压力或计示压力。 真空：真空值是大气压力与绝对压力的差值。 Pv = Pa P 真空值就是相对压力的负值，也称负压。 真空度：真空值与当地大气压力比值的百分数。 %1000avaaPPPPPH图例第二章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PL
26、Cppaopvapabspgbpabs大气压力大气压力 pa 表压表压 pg=pabs-pa真空值真空值 pv=pa-pabs绝对压力绝对压力 pabs相对压力相对压力 pg pv绝对压力、相对压力与真空值压力的单位压力表示方法www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC压力的单位压力的单位用单位面积上所承受的力表示。Pa = N/ 工程单位是kgf/或 用液柱高度表示h = p 例如：标准大气压为 若用水柱高度则为 10.33mH2o 若用水银柱表示则为760mmHg用大气压表示 一种是标准大气压，另一种是工程大气压。 把 定义
27、为一个工程大气压。2cmkgfaP41013.1021cmkgf换算关系压力表示方法www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC1at=10mH2O=736mmHg=9.8104pa at工程大气压工程大气压法1mmHg=13.6mmH2O=133.3pa mmHg毫米汞柱液柱高度法 1mH2O=9.8103pa mH2O 米水柱液柱高度法 1pa=1N/m2 pa 帕应力单位法 单位换算关系单位符号单位名称压力度量方法 压力度量单位的换算关系压力表示方法www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.c
28、omwww.PLCwww.PLC在静止流体内，由静压力相等的各点组成的面称为等压面在静止流体内，由静压力相等的各点组成的面称为等压面等压面的条件：等压面的条件：在仅受重力作用的静止、连续、均质的不可压缩流体中，水平面就是等压面在仅受重力作用的静止、连续、均质的不可压缩流体中，水平面就是等压面 水油123456789找出下列4组水平面中的等压面第二章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC液柱式测压计液柱式测压计 测压管测压管 u 形管测压计形管测压计 U 形管差压计形管差压计 应用静力学基本方程式的步骤第二章www.PLCww
29、w.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC测压管测压管测压管测压管 测压管是一种最简单的液柱式测压计。为了减少毛细现象所造成的误差，采用一根内径为 10mm 左右的直玻璃管。测压管只适用于测量较小的压力，一般不超过 9800Pa ，相当于lmH2O 。 液柱式测压计www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC u u 形管测压计形管测压计形管测压计形管测压计 这种测压计是一个装在刻度板上两端开口的 U 形玻璃管。测量时，管的一端与被测容器相接，另一端与大气相通U 形管测压计的测量范围
30、比测压管大，但一般亦不超过 Pa 。51094. 2被测容器中的流体压力高于大气压力（即 p pa） 被测容器中的流体压力小于大气压力（即 p pa ) : 液柱式测压计www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC U U 形管差压计形管差压计形管差压计形管差压计 U 形管差压计用来测量两个容器或同一容器（如管道）流体中不同位置两点的压强差。1若两个容器内是同一流体，即=A =B，则上式可写成2若两个容器内是同一气体，上式可简化为液柱式测压计www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.P
31、LCwww.PLC应用静力学基本方程式的步骤应用静力学基本方程式的步骤( 1 ）选择正确的等压面，一般选在两种液体的分界面或气液分界面上。 ( 2 ）列出等压面方程 ( 3 ）解方程将有关的已知条件带入后，注意单位的换算，求解未知量。液柱式测压计例题www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC.如图所示，求凝汽器内的绝对压力和真空值。 12 答案:解：根据静力学基本方程：phghgP 凝汽器的绝对压力pp0 hghg 9807013.3470603890（Pa） 凝汽器的真空prp0p98070389094180（Pa） 答：凝汽
32、器的绝对压力为3890Pa，真空为94180Pa。液柱式测压计www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC水位计的基本原理水位计的基本原理水位计的基本原理水位计的基本原理 水位计的用途 ：是监测容器和设备内液面高度的装置，如水箱、锅炉汽包上都装有水位计。为了保证对锅炉汽包水位进行准确的监视和测量，现代大型锅炉常装有多只、多种类型的水位计。如高读水位计、低读水位计、电感应水位计、机械水位计、光学水位计等。高读水位计是直接装置在汽包上的，用汽连通和水连通管将汽包的汽空间和水空间连接起来在锅炉点火前的冷态情况下，水位计中的水位与汽包的实
33、际水位相等。锅炉点火运行后，两者有个水位差 h 。 第二章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC水位计摄像水位计www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC高读水位计高读水位计 水连通管轴线为等压面，列平衡方程 Lhhh汽包内锅水的实际水位为与水位计中观测到的水位差为 水位计www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91H
34、MI.comwww.PLCwww.PLC流体流动的基本概念和方程 基本概念流线、过流断面、平均流速、缓变流和急变流液流的连续性方程液流的能量方程式理想液流的能量方程式实际流体能量方程式能量方程式应用举例www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC一、流线一、流线是同一瞬时经过液体流动空间中许多点所画的一条曲线。是同一瞬时经过液体流动空间中许多点所画的一条曲线。二、过流断面二、过流断面液流中与所有流线相垂直的截面称为过流断面。液流中与所有流线相垂直的截面称为过流断面。三、流量三、流量Q单位时间内通过过流断面的液体数量单位时间内通过过
35、流断面的液体数量四、平均流速四、平均流速C过流断面上各点流速的平均值过流断面上各点流速的平均值Q = vA Q为体积流量为体积流量五、缓变流和急变流五、缓变流和急变流流线的夹角及曲率都是很小的流动叫缓变流，不能同时满足上述两个条件的流动就是急变流。流线的夹角及曲率都是很小的流动叫缓变流，不能同时满足上述两个条件的流动就是急变流。缓变流急变流缓变流sm3练习练习www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC已知凝汽器需用冷却水量25000th，冷却水的流速是1.5ms，分两根水管供水，计算过程不考虑其他因素，试问应选择水管内径是多少(
36、水的密度是1000kgm3)?答案:解：因为， 12500(m3h) 所以 取D1.72m 答：管子内径为1.72m。24D vQ11250002Q 44 125001.717(m)3.14 3600 1.5QDv第三章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC2211AAvv液流中各个过流断面上的平均流速与断面面积的乘积均相等，且等于常数。连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的应用。我们认为流体是连续介质，它在流动时连续地充满整个流场。若在某一定时间内，流出的流体质量和流人的流体质量不相等时，则这封闭曲面内一定会有流体密度的变
37、化，以便使流体仍然充满整个封闭曲面内的空间；如果流体是不可压缩的，则流出的流体质量必然等于流人的流体质量。 第三章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC理想液流的能量方程式理想液流的能量方程式（伯努里方程式）（伯努里方程式） 不可压缩理想流体在重力场中作稳定流动时，沿流线单位质量流体的动能、位势能和压力势能之和是常数。2222112122ZpgZpgvvP2 v2z22-21-1z1P1 v1常数Zpg22v为位置能头称为压强能头，称为速度能头，Zpg22v理想液体微小流束能量方程式理想液体微小流束能量方程式第三章www.P
38、LCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC在工程实际中应用适用条件：流体是稳定的不可压缩流体。作用在液体上的质量力仅为重力。所取的两个过流断面处应当是缓变流。流量沿程不变，且无新的能量输入或输出。例如：皮托管测流速；文丘里管流量计；离心泵的汽蚀及吸水高度计算等。实际流体能量方程式表示阻力损失，紊流取层流取为动能修正系数wwhhZpgZpg12222222211211,vv内摩擦力（粘性力）所做的功转变成热能损失掉第三章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC能量方程式应用
39、举例测量仪表测量仪表文丘里管文丘里管孔板和喷嘴流量计孔板和喷嘴流量计皮托管皮托管抽气器抽气器离心泵吸水高度确定离心泵吸水高度确定离心泵扬程的确定离心泵扬程的确定虹吸现象虹吸现象第三章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC文丘里管 能量方程应用测量原理1文丘里除尘器www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLCh流量修正系数流量修正系数文丘里www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC文丘里除尘器199
40、8 美国 乔治亚州太平洋公司 可调节文丘里烟气净化（世界最大）1998 美国 乔治亚州太平洋公司 可调节文丘里烟气净化（世界最大）具有可调节喉部以适应锅炉负荷变化 具有可调节喉部以适应锅炉负荷变化 文丘里www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC孔板和喷嘴流量计孔板和喷嘴流量计能量方程应用实物图片www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLCLGB型标准节流孔板高压型环状节流式流量计长颈喷嘴型标准节流孔板高压型环状节流式流量计长颈喷嘴能量方程应用www.PLCwww.
41、91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLCh2h1测压管测压管测速管测速管管路中输送气体时，因流体密度小hh 能量方程应用实物图片www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC皮托管能量方程应用www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC射水抽汽器工作原理www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC抽气器方程式两端都加上大气压力大气压力能量方程应用www.PLCw
42、ww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC离心泵吸水高度确定能量方程应用www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC离心泵扬程的确定列泵的吸人侧自由液面 0 一 0 和水泵入口断面 1 一 1 对管路的压出系统列能量方程：泵出口 2 一 2 至水箱自由液面 3 一 3泵出口与入口两截面的能量之差，就是根据需要由泵提供给液体的能量能量方程应用www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC虹吸现象在大气压力的作用下，液体流过
43、高于吸人液面以上的管路而流向低处，这种现象称为虹吸现象。工作原理www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC从吸人水面到虹吸管最高处的高度叫做虹吸高度。1)虹吸管内具有足够真空；2)吸人与排出液面之间有高度差。能量方程应用www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流动形态与能量损失 黏性流体在管道中流动时的能量损失：沿程损失：它是由于液体在管内运
44、行，液体层间以及液体与壁面间的摩擦力而造成的阻力 局部损失：它是液体流动时，因局部障碍(如阀门、弯头、扩散管等)引起液流显著变形以及液体质点间的相互碰撞而产生的阻力。一、流动的两种状态二、沿程阻力损失计算二、局部阻力损失计算三、总阻力损失计算四、减少阻力损失的措施五、管道水力计算六、水击现象制作者：王祥薇www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC流动的两种状态流动的两种状态：层流：是指液体流动过程中，各质点的流线互不混杂，互不干扰的流动状态。 Re2000 液体的流动状态是用雷诺数Re来判别的。实验表明，液体在圆管内流动时的临界
45、雷诺数为Recr =2300。当Re2000时，流动为层流：当Re2000时，流动为紊流。 科学家雷诺ddRevv第四章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC雷诺雷诺 (Osborne Reynolds 18421912) 德国力学家、物理学家、工程师 早年在工场做技术工作，1867年毕业于剑桥大学王后学院。1868年起任曼彻斯特欧文学院工程学教授，1877年当选为皇家学会会员。1888年获皇家奖章。发现流动的相似律，他引入表征流动中流体惯性力和粘性力之比的一个量纲为1的数，即雷诺数。对于几何条件相似的各个流动，即使它们的尺
46、寸、速度、流体不同，只要雷诺数相同，则这个流动是动力相似的。1883年雷诺通过管道中平滑流线性型流动（层流）向不规则带旋涡的流动（湍流）过渡的实验，阐明了比数的作用。 流动状态www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC圆管中的层流速度分布 在有效截面上各点的流速 u 与点所在的半径 r 成二次抛物线关系 平均流速 圆管中层流流动时，平均流速为最大流速的一半 切应力分布 在圆管的有效截面上，切应力与管半径 r 的一次方成比例，为直线关系，在管轴心处， r =0 时， =0 流动状态www.PLCwww.91HMI.comwww.P
47、LCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC圆管中的紊流层流底层：靠近管壁很薄的一层液体没有混乱搀杂的不规则运动，呈现为有条不紊的层流运动，这层液体称为层流底层。厚度用表示。管壁表面凸凹不平的平均值（绝对粗糙度）称为水力光滑管。管壁表面凸凹不平的平均值（绝对粗糙度）称为水力粗糙管。层流底层中的速度是按直线规律分布的，在紊流的核心区速度是按对数规律分布的，在核心区速度分布的特点是速度梯度较小，速度比较均匀，这是由于紊流时质点脉动掺混，动量交换强烈的结果。流动状态www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC层流的沿程阻力
48、损失计算公式：达西公式为沿程阻力系数，它仅仅是Re的函数，而与管壁的粗糙情况无关。紊流的沿程阻力计算：计算公式与层流时形式一样，但不同。既与Re有关还与管壁相对粗糙度有关。尼古拉兹实验根据适用工业管道的莫迪图可直接查出值。gdlhf22veR64例题第四章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC用旧钢管做沿程能头损失试验，已知管径d1.5cm，水温t10(运动黏滞系数0.0131cms)，通过流量qv0.02Ls,问管道中的水流呈什么流态?沿程阻力系数为多少?答案:解：管中平均流速则管中雷诺数为Re2300,所以管中水流为层流
49、。沿程阻力系数为 答：管道中的水流为层流；沿程阻力系数为0.049。vqdV44002103141511.32(cm232.s)Revd11.321.50.013112966464Re12960.049沿程阻力计算www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC已知管壁粗糙度，管径d，雷诺数Re，从莫迪图中查取沿程损失系数。沿程阻力计算www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC局部阻力计算损失产生的原因内因是由于流体的粘性而产生的旋涡区，以及主流与旋涡之间的动量交换，从
50、而造成能量损失。外因是流道几何形状的变化 以流体从小截面流向突然扩大的大截面管道为例 第四章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC总阻力损失计算液体在管道中流动时，因克服流动阻力所消耗的总能量是各段沿程阻力和每个局部阻力所损失的能量之和。情况，称为总阻力系数反映整个管道系统阻力0202222222ggdlggdlhhhjfwvv)(vv第四章www.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.91HMI.comwww.PLCwww.PLC减少阻力损失的措施从公式分析减小沿程阻力损失。减小管长选用合理的经济流速，适当
