冶金设备基础 第1章 流体输送设备及管路计算

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1、1FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKunmingUniversityofScienceandTechnology多媒体教学课程：冶金设备基础昆明理工大学材料与冶金工程学院任课教师：徐瑞东学习目的与要求复习并掌握流体的基本概念、牛顿流体，柏努利方程，管内流动状态，流体阻力与管路计算等基本知识；掌握离心泵、活塞泵、隔膜泵等流体输送设备的工作原理、特点、设计选择与功力计算。第1章流体及流体输送设备1.1流体流动的基本知识1.流体的流动性(宏观流体模型)2.流体的密度与相对密度3.流

2、体的压缩性和膨胀性4.流体的粘性(牛顿型流体)5.流体的流动型态(雷诺准数)6.边界层的概念雷诺实验1.2流体输送理论—柏努利方程意义:流体通过1-1截面输入的位能、动能、静压能之和加上泵输入的外加功等于由2-2截面上输出的位能、动能、静压能和系统损失的能量。应用柏努利方程的步骤：①作图；②选取截面；③选取基准；④单位统一；⑤立算式求解1.3流体阻力与管路的计算直管阻力局部阻力流体阻力管路的计算五条原则:材质选择，连接方式，流速的确定，阻力计算，布置系统三类问题:已知管径、管长和流量，求流体通过管路所需的外能；已知管径、管长和允许

3、的外能损耗，求流量；已知管径、流量和允许的外能损耗，求管径。减少流动阻力的途径尽量缩小管路长度，以减少直管阻力；在满足生产要求的前提下，应尽量减少管件或阀门的数量，同时尽量减少流道的突然变形，如可用渐扩或减缩代替突扩或突缩，用圆拐弯代替直角拐弯等;适应增大直径，流动阻力与管径的五次方成反比，若管径增大一倍，即变为时，则摩擦阻力可减少为原来的1/32左右。流量和流速是流体输送基本参数。流体输送的实际问题中常用流量；在柏努利方程中常用流速。1.4流速的测定测速管—测量局部速度孔板流量计—测量流过某截面的流量转子流量计—定压流量计激光测速

4、计—科研测定某点的瞬间流速1.5流体输送设备液体输送设备：离心泵、往复泵、高油压泵、旋转泵气体输送设备：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵1.5.1离心泵离心泵的主要构造离心泵的工作原理“气缚”现象离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小在叶轮中心中能产生很小的低压，形不成所需要的压差，虽启动离心泵，但液体仍不能上升到叶轮中心，不能完成输送液体的目的，该现象称为“气缚”现象。离心泵的构造装置图1-叶轮2–泵壳3–叶片4–吸入导管5-底阀6-压出导管7-泵轴离心泵的主要性能参数离心泵主要性能参

5、数有流量、扬程、有效功率和效率。（1）流量泵的流量即单位时间内泵所输送的液体体积。用符号Q表示，其单位为m3/s。（2）扬程泵的扬程又叫作泵的压头，指单位重量流体流经泵所获得的能量，用符号H表示，单位为m。扬程的大小取决于泵的结构(叶轮直径的大小，叶片弯曲程度等)、转速及流量。(3)有效功率和效率轴功率N：由电机输入离心泵的功率有效功率Ne：效率：有效功率与轴功率之比根据泵的轴功率，可选用电机功率。但实际生产中为了避免电机烧毁，在选取电机功率时，要用求出的轴功率乘上一安全系数，常取安全系数如上表所示.泵的轴功率与安全系数泵的轴功率/

6、kW0.5～3.753.75～37.5>37.5安全系数1.21.151.1流量、扬程、效率和功率是离心泵的主要性能参数。工厂生产的泵都有一定的牌号，其扬程、流量、功率、转速都有一定值，且生产厂家已将其产品性能参数用曲线表示出来，这就是离心泵的特性曲线。对于一定转速的泵，存在以下三种关系曲线，即：(1)H=f1(Q)，扬程与流量的关系；(2)N=f2(Q)，轴功率与流量的关系；(3)η=f3(Q)，效率与流量的关系。离心泵的特性曲线4B20型离心泵在n=2900r/min下的特性曲线：H-Q曲线：泵的扬程随流量的增大而平稳下降；N-

7、Q曲线：表明泵的轴功率随流量的增加而平稳上升；η-Q曲线：最高点为离心泵的设计点，与此最高效率点相对应的Q，H，N值称为最佳工况参数，或叫设计点参数。管路特性的表达方式：离心泵总是安装在特定的管路中运行的，泵在实际工作中的流量和压头等不仅取决于离心泵的特性，而且还与管路特性有关。两者必须统一，并使泵在高效下运行，完成流体输送任务。管路的特性可用管路特性方程(管路中流量(或流速)与压头的关系)和管路特性曲线来表达。例如对标准管路系统，若贮槽和高位槽两液面维持恒定，则泵对单位重量液体提供的能量为：对一定操作条件下的特定管路，与均与流量无

8、关，可用常数：表示，且，则上式可写为：其中：离心泵的工作点及流量调节如果把离心泵特性曲线与管路特性曲线绘于同一坐标图内，两曲线交点A即为离心泵在该管路中工作点。A点所对应的流量QA和扬程HA就是泵在此管路中运转的实际流量和扬程。管路特