1、流体流动和输送流体,指液体、气体,特征是具有流动性,在化工中,经常需要输送流体。例如,由低位送至高位,如何计算管径?泵的功率? 如何测量和控制流量?,3. 流体流动(1)质量守恒:连续性方程(2)能量守恒:伯努利方程流动阻力计算流量测定(3)流体内部结构:流动形态边界层理论 4. 流体输送机械,2. 流体在静止状态下的规律:流体静力学,主要线索 1. 流体的力学模型,过 程 设备,1. 流体的力学模型实际流体是非常复杂的。研究流体运动时,需要抓住主要矛盾,建立力学模型。, 流体由无数分子组成,分子间具有一定间隙。标准状况下,气体分子间距3.3纳米。流体力学,研究流体宏观机械运动,而不是微观分子
2、运动。因此,可不考虑分子运动,把流体视为内部没有间隙的连续介质,称连续介质假设,目的: 可用微积分和连续函数描述流体的各种参数, 一切流体都具有粘性。粘性的存在,给流体流动的数学描述和处理带来困难。在某些问题中,粘性不起作用或不起主要作用,可忽略粘性影响。这种无粘性流体,在流动时不产生摩擦阻力,称为理想流体。若粘性作用较大,先把流体作为理想流体进行分析,得出主要结论。然后,再对粘性进行专门研究,加以补充或修正。, 液体的压缩性和膨胀性很小,可以忽略,称为不可压缩流体模型,2. 流体静力学流体在静止状态下受力平衡规律及在工程中的应用 密度单位体积流体的质量,kg/m3液体密度基本上不随压强而变化
3、,随温度略有改变比容单位质量物料所具有的体积,m3kg-1, 压强流体垂直作用于单位面积上的压力,p,Pa1atm=1.0133105Pa=10.33mH2O =760mmHg=1.0133bar绝对压强:以绝对真空为基准,是流体的真实压强。绝对真空实现?日常中如何描述压强?,处于大气层中,以大气压强为标准 绝对压强大气压强压力表,表压强绝对压强大气压强 绝对压强大气压强真空表,真空度大气压强绝对压强,背景资料:大气压如何测定?,尤金.波登, 流体静力学方程,P =gh含义?,h,在静止的、连续的同一种流体内,处于同一水平面上各点的静压强相等,关键是正确确定等压面。,流体静力学,是连通器、液压
4、机、液柱压差计、液位计、液封装置的工作原理的基础,p,应用U管压差计一根U形玻璃管,内装液体作为指示液指示液,与被测流体不互溶,不起化学反应,密度应大于被测流体密度U管两端,与被测系统的两个测压点连接,U管读数R与测压点P1、P2之间压差有何关系?,确定等压面。A,A两点连通着同一静止流体,在同一水平面上PA = PAPA = P1 + g(Z +R)PA = P2 + gZ +0gRP1 + g(Z +R) = P2 + gZ +0gRP1 - P2 = (0 - ) gR,如何测量气体的微小压差?,微差压差计的发明(测气体微小压差)为提高灵敏度,用两种指示液:密度不同、不互溶(石蜡-乙醇、
5、水-四氯化碳、苯甲醇-氯化钙水溶液),R 发生变化时,轻液体上端液面变化很小。P1 + igH1 + i gR = P2 + ig(H1 +R)P = P2 -P1 = R (i - i) g,两指示液密度相差越小,测量灵敏度越高,背景资料:流体静力学其他应用?,例贮槽(直径2000mm,与大气相连)油品密度860kg.m-3, U管汞柱读数15cm,求油品质量和体积。,(1)画图 (2)取1-1为等压面,列方程 P1= P1 P0+ 油gH = P0 + 汞g 0.15 (3) 根据已知条件简化方程 油gH = 汞g 0.15 (4)代入数值(国际单位),150,H,1,1,800, 流量单
6、位时间内,通过管道任一截面的流体量质量流量qm ,kgs-1体积流量qv,m3s-1qm = qv, 流速单位时间内,流体在管道内流过的距离,v, ms-1v = qv/A平均流速,3. 流体流动 3.1 几个定义,u = qv/A根据流量要求,选择适宜流速后,可以计算管道直径 P15 经济流速, 流体受力,Press stress, 粘度粘度是流体的物性,如何定义?,d,dv,流体在圆管道内流动,紧贴管壁的流体受壁面固体分子作用而处于静止状态。离壁距离增加,流速连续增加,在管中心达到最大。相当于无数极薄的圆筒层,一层套着一层以不同速度流动。,速度快的流体层对相邻速度慢的流体层产生推动其前进的
7、力,而速度慢的流体层对速度快的流体层作用一个方向相反、大小相等的阻碍其前进的力。运动着的流体内部相邻流体层间相互作用力,称内摩擦力(粘滞力、剪切力)。,两层流体之间接触面积A,层间的垂直距离d,层间产生相对运动dv ,内摩擦力F与面积A和相对速度差dv成正比,与层间距离成反比:,1686年,牛顿提出层流流体粘性定律,d,dv,单位面积上的剪切力,称为剪应力,Pa,为比例系数,粘度,粘度物理意义:当速度梯度dv/d为1时,因流体粘性而产生的内摩擦应力。在SI单位制中,粘度单位为,本质:分子间吸引力和分子不规则热运动而产生, 定态流动和非定态流动 定态流动排水时不断注入水,利用溢流管控制液面恒定,
8、则槽内和排水管内个截面压强和流速等,只随空间位置改变,不随时间改变。连续操作大多属于定态流动(减少一个时间变量),3.2 流动系统的质量衡算,两截面面积为A1和A2,流经截面流速为v1和v2,密度为1和2 ,单位时间内,通过任意截面的流体质量相等,流体在密闭管道内作定态流动,流体完全充满管道,没有泄露和积累。根据质量守恒定律流入系统的流体质量流量流出系统的质量流量,A1 v11 = A2 v22流动连续性方程,对于不可压缩流体,密度不发生变化A1 v1 = A2 v2流体流经各截面处的流速,与该截面面积呈反比,对于圆管日常应用?,3.3 流动系统的能量衡算,流体为什么能流动?河流, 位能因受重
9、力作用,在不同高度处,具有不同的位能,相当于质量为m的流体自基准水平面升举到高度H所作的功mgH, 动能质量为m、速度为v的流体,具有的动能为mv2/2,流体具有哪些机械能?, 压强能压强能也是能量?,管道某截面1-1处,流体压强p,截面面积A。将质量m、体积V的流体推入该截面,需作功,力:F = pA距离: l = V/A功:Fl = pA(V/A)pV= pm/ 称为压强能,位能、动能和压强能,称为机械能。,1,1,液压吊车利用高压油推动活塞作功,根据能量守恒定律,输入能量等于输出能量:,Bernoulli方程(Danial,1726年提出),定态流动,从截面1-1流入,2-2流出能量衡算
10、范围:截面1-1和2-2之间衡算基准:m Kg理想流体基准水平面:平面0-0,J,两边除以m,得单位质量流体的能量衡算式,H,v2/2g,p/g的单位为m,分别称为位压头、动压头、静压头含义?,J/Kg,流体静止状态是流体运动状态的特殊形式 实际流体的能量衡算?,理想流体在管道内作定常态流动,无外功加入时,在任一截面上,单位质量流体具有的位能、动能、压强能之和为一常数,且各种形式的机械能可以相互转化,当流速为0时,得流体静力学方程, 考虑到粘性(1)实际流体流动时,存在内磨擦和涡旋,消耗部分能量,称为阻力损失。,He, Hf的单位为m,分别称为流体输送机械的有效压头(或扬程)、压头损失 应用?
11、,(2)如果流体输送机械对流体作功,属于输入能量。0截面和1截面间,每牛顿实际流体的能量衡算式为,例 水管内径0.068m,压头损失5.7m,求每小时输送水量。,画图;取水槽水面为1-1面,出水管口(垂直于流动方向)为2-2面;列方程,写出已知条件(国际单位) H1 = 6m, v1=0, P1=P0 H2=0, V2, P2 = P0, Hf = 5.7m 简化公式 H1= v22/2g + Hf 代入数据,6 m,例 水喷射泵水流量10 m3.h-1,入口处压强98.1 kPa(表压),内径53 mm;喷嘴口内径13 mm,求喷嘴口理论上能形成的真空度。当地大气压为101.3 KPa,忽略
12、流动阻力,忽略入口和喷嘴高度差。,1,2,喷嘴处,P1?, v1, H1,入口处,P2, v2 , H2,取1-1面和2-2面作能量衡算,H1=H2, 压强用绝对压强表示, P2=P0 + 98.1 kPa,P1待求。由流量和内径,得到v1和v2,3.3 流动形态自然界中流体流动形态流体形态变化与哪些因素有关?,管内水流速较小时,示踪墨水呈一条直线与水流平行流动,而不互相混扰。流体质点只沿管道轴向平行流动,不作垂直于管轴的径向流动,称为层流,水流速增大,墨水线开始弯曲,呈波浪形水流速度增大到某一临界值,墨水线不复存在,呈现不连贯的涡状混流。流体质点相互扰混,流动速度和方向呈现不规则变化,甚至形
13、成涡流,称为湍流,存在径向速率,流动形态与流速v、管道直径d、流体密度、流体粘度有关采用什么标准定量判断流体型态?,将四个因素通过量纲分析整理成量纲1的复合数群,作为判断流型的标准,称雷诺准数Re,圆管内流动:Re 4000,稳定湍流,Re的含义?,反映了流动的惯性作用和粘性作用之比应用?,量纲?,背景资料:量纲又称因次,指物理量的种类。因次有两类:一类是基本因次,彼此独立,不能相互导出。力学基本因次包括长度L、时间和质量M;,因次和单位不同,单位是比较同一物理量大小所采用的标准,同一因次可以有数种单位。如某管道长度为50m,也可以说是0.050km,但其因次仍为L。,另一类是导出因次,由基本
14、因次导出,并可写成基本因次的幂函数乘积的形式。某个物理量的因次为Q=MaLbc,式中a、b、c均为零,则这个物理量称为无因次数,或量纲1,如Re。,因次和单位一样吗?,3.4 边界层理论, 流体在平板上流动实际流体沿平行于固体平面方向流向该平面,到达平面后,平面上会粘附一薄层静止流体,该层流体与相邻流体层间产生内摩擦力,使相邻流体层流速减慢,并逐层向上传递,形成速度分布,直到距平面一定距离后,流速才等于来流速率。流速低于来流速率99%的区域,称边界层,即边界影响所及区域,大气边界层,边界层内,流体流动可以是层流或湍流,决定于整个流体流动速度。湍流时,靠近壁面仍有一薄层流体呈层流,称层流内层,流
15、体内的摩擦阻力主要集中在层流内层。, 流体在圆管中流动流体进入管口时,边界层很薄,随着流体向前流动,边界层逐渐增厚,最终在管道中心会合,此后,边界层占满整个管道截面。,从管道入口开始形成边界层,到边界层在管道中心汇合为止的长度,称稳定段长度l,与雷诺数有关。,稳定段之后,流动型态和流速分布才保持稳定不变。测定圆管内截面上流速分布、安装测量仪表,应在稳定段后。,边界层,速度梯度很大,粘性力相对于惯性力很大,起显著作用,属粘性流动。边界层外,速度梯度很小,粘性力可以忽略,流动可视为无粘或理想流动。因此,流体流动的摩擦力主要集中在边界层内,可使复杂的流动问题简化,对传热和传质过程研究也很重要,190
16、4年,Prandtl提出了边界层理论边界层理论的意义?, 边界层分离,液体以均匀的流速垂直流过一无限长的圆柱体表面。液体到达点A时,受到壁面的阻滞,流速为零,称为驻点,压强最大。液体在高压作用下被迫改变原来的运动方向,由点A绕圆柱表面流动。流体具有粘性,在壁面上形成边界层,其厚度随着流过的距离而增加。,原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面,流体沿曲面(圆柱体表面、球面)流动时,出现边界层脱离固体壁面的现象,在脱离处产生旋涡,加剧流体质点间相互碰撞,造成流体能量损失。,点A至点B间,流通截面逐渐减小,边界层内流动处于加速减压。点B处流速最大而压强最低。,存在逆压强梯度的边界层流动,可能发生分离,点B
17、后,随流通截面的逐渐增加,液体又处于减速加压,所减小的动能,一部分转变为压强能,另一部分消耗于克服摩擦阻力。此后,动能随流动继续减小。,点C动能消耗殆尽,流速为零,点C称为分离点,边界层自点C开始脱离壁面,C的下游形成液体的空白区,后面的液体必然倒流回来填充空白区。,粘性流体绕过固体表面的阻力,为摩擦阻力与形体阻力之和。,流体回流产生旋涡,流体质点进行强烈的碰撞与混合而消耗能量。这部分能量损耗是由于固体表面形状而造成边界层分离引起的,称为形体阻力。,3.5 流体流动阻力,阻力损失和哪些因素有关?,(1) 直管阻力: 层流、湍流 (2) 局部阻力:管件(弯头、三通等),阀门,3.5.1 直管阻力
18、, 层流摩擦阻力,层流服从牛顿内摩擦定律,可理论推得,流动柱所受摩擦阻力:,水平直管,半径R,层流。不同半径处速度梯度不同,则内摩擦力不同,如何推导?,在管轴心处任取半径r、长度l的流体柱, r处流速v, 速度梯度dv/ dr作用于流体柱两端的压强分别为P1和P2, 设P1-P2 = P,则作用于流体柱的推动力为,流体柱作等速运动时,推动力与阻力大小相等,方向相反:,边界条件:r = 0, v = v0r = R,v=0 定积分,层流时管中心流速v0最大,等于平均流速v的2倍,则以v表示为,含义:使流体流动(v)所需提供的压强差(用来克服流动阻力)泊肃叶(Poiseuille)公式压强降(阻力
19、),得,又因为,压头损失,m,例 20 下,甘油在33.53.25管中以0.2 m.s-1流速流动,求流过每米管长时的阻力。,内径 d = 33.5 - 3.252 = 27 mm = 0.027 m,20度下,甘油粘度1.449 Pa.s,密度1260 kg.m-3,属于层流流动,流过每米管子的阻力为:,32 1.449 1 0.2,=,= 13160 Pa,0.0272, 湍流时的流动阻力(因次分析法),情况复杂,未能得出理论式,但可通过实验研究,获得经验式。,经初步试验和分析,认为影响流体流动阻力的主要因素,有管径d、管长l、平均流速v、和管壁粗糙度e,自变量数为6。,改变自变量值,测定
20、P。实验量很大,耗时费力。为了减少工作量,并使实验结果具有一定普遍性,可采用因次分析研究方法。,将变量组合成无因次数群,从而减少自变量的个数,大幅度减少实验次数。 方法原理?,因次一致性原则:根据基本物理规律导出的物理量方程,各项因次必然相同,称为完全方程。,Buckingham的定理:采用因次分析得到的独立的无因次数群个数,等于变量数与基本因次数之差。,背景资料:因次分析法原理,没有经过理论推导、纯粹根据观察所得,为经验公式,各项因次不一致,各变量采用的单位有限制,如果用其他单位,方程中常数须作相应改变。,变量数7(包括P),基本因次3个(M、L、),组成的无因次数群的数目应为4。,各物理量
21、的因次分别是:,根据因次一致性原则,等号两边各基本因次的指数相等,得方程组:,写成指数函数形式,将因次代入,d = l = L, v=L-1, =ML-3, =ML-1 -1, e=L,得到,代入公式,将指数相同的各物理量归并在一起得:,因次分析方法的意义?,(1)将6个自变量组合成无因次数群,实验自变量个数减少为3,大幅度减少实验次数。,(2)实验时,为了改变和,必须换多种液体;为改变d,必须改变实验装置(管径)。因次分析后?,因次分析法指导的实验研究,是解决难以进行数学描述的复杂问题的一种有效方法。,所以,变量宁可考虑得多些,而不要遗漏重要因素,因为前者虽给分析过程带来麻烦,但所产生的次要
22、参数最终将由试验结果摒弃。,缺点:只能得到过程的外部联系,而对过程的内部规律不甚了然;要求必须对所研究的过程有本质了解,如果有一个重要变量被遗漏,会得出不正确的结果。,需要改变 dv/ , 只需改变流速;要改变l/d,只需改变两测压点的距离;可以将水、空气等的实验结果应用于其他流体;将小尺寸模型的实验结果应用于大型装置。,根据,通过试验研究,确定指数b,实验测出与Re和的关系,以为参变量,为纵坐标,Re为横坐标,绘在双对数坐标纸上,称为Moody摩擦阻力系数图。,令,Fanning公式,为阻力系数,为Re和的函数,如何求?,分为四个区: 层流区 与无关,与Re成直线关系,阻力损失与流速的关系?
23、,一次方关系,阻力一次方区,层流时,流速比较缓慢,流体质点对管壁凸出部分不会有碰撞作用,粗糙度的大小并未改变层流的速度分布和内摩擦规律,与无关。, 过渡区流型可能是层流,也可能是湍流,视外界条件而定。为安全起见,将湍流曲线延伸查取数值。,与无关?,湍流区 虚线以下区域。 与和Re有关。当一定时, Re,;当Re一定时,。,Re增加至湍流区,层流底层厚度很小,凸出部分伸到湍流主体中,质点碰撞更加剧烈。, 完全湍流区-阻力平方区虚线以上的区域。曲线近似为水平线,与Re无关,只与有关。只要一定, 就一定,为阻力平方区, 非圆形管当量直径,外管内径为d1,内管外径为d2的套管环隙,工业生产中经常遇到非
24、圆形截面管道或设备。如套管换热器环隙,列管换热器管间等。当量直径,表示非圆形管相当于多少直径的圆形管。,套管环隙的当量直径,3.5.2 局部阻力损失,流体流过各种管件时,由于管件内流道急剧变化,使流动边界层分离,产生大量漩涡,造成阻力损失,称局部阻力损失。,即使流体在直管内是层流,当它通过管件时,也很容易变成湍流。,背景资料:突然扩大与突然缩小, 突然扩大流道突然扩大,下游压强上升,流体在逆压强梯度下流动,产生漩涡,有能量损失。, 突然缩小 流体在顺压强梯度下流动,在收缩部分不会发生明显阻力损失。,但流体有惯性,流道将继续收缩至A-A面后又扩大。这时,流体在逆压强梯度下流动,产生了漩涡,产生机
25、械能损失。突然缩小造成的阻力,主要在于扩大。,局部阻力损失的计算 湍流下,局部阻力引起的能量损失,是一个复杂的问题,管件种类繁多,规格不一,难于精确计算。,当量长度法 把局部阻力折算成相应长度直管所造成的损失,称为当量长度(P51)。局部阻力损失为:,3.6 流量的测量流量测定,在科学研究、工业生产和日常生活中非常重要。例如,水表,煤气表如何测量流量?, 孔板流量计,在管道中插入一片垂直于管轴、带有圆孔的板,孔中心位于管道中心线上。 将会发生什么现象?,当流体流过小孔后,由于惯性,将继续收缩一定距离后,才逐渐扩大到整个管截面。流动截面最小处,称为缩脉,此处流速最高,静压强最低。,流体以一定流量
26、流经小孔时,将产生一定压强差。压强差和流量有无关系?,设不可压缩流体在水平管内流动,取孔板上游流动截面尚未收缩处为截面1-1,下游截面应在缩脉处2-2 ,以测得最大压强差,但缩脉位置及其截面积难以确定,所以,以孔板处为下游截面o-o,在1-1和o-o间列柏努利方程,并略去两截面间能量损失,然后,针对实际情况,进行修正。, 流经孔板的能量损失不能忽略,故引入校正系数C1,校正因忽略能量损失而引起的误差, 孔板厚度很小,不能把下游测压口正好装在孔板上。常把上、下游测压孔装在紧靠孔板前后的位置,所测的孔板前后压强差(pa pb)与(p1 - po)不同,又应引进一校正系数C2,来校正上下取压口的位置
27、,管道和孔板小孔的截面积为A1、Ao,根据连续性方程,对于不可压缩流体,根据孔板前后压强变化,计算孔板小孔流速的公式,体积流量Vs,代入,(pa pb)可采用U管压差计测定,压差计读数为R ,指示液密度为i,与C1有关,即与流经孔板的能量损失有关,该损失与Re准数有关;与C2(即取压方法)有关;Co与 Ao/A1有关。Co与这些变量的关系由实验测定 。,Co 为流量系数,无因次,通常为0.60.7,和哪些因素有关?,突然缩小和突然扩大,特别是突然扩大,孔板流量计阻力损失大。采用渐缩渐扩管,代替阻力大的孔板, 文丘里流量计,Venturi效应与汽化器, 转子流量计,环隙处通道截面积小,流速大,静
28、压强低,转子上下产生压差。流量增大时,压差增大,转子上升;上升后,环隙面积增大,流速减小,压差减小。当转子处于平衡时,受力达到平衡:,设AR为转子最大部分横截面积,VR转子体积,压差特点?,(1)作用于转子的上升力:压差产生的向上净压力+ 浮力(2)转子重力,特点:恒压差,恒流速,流体通过环隙的速率,类似通过孔板的速率表达式,CR为 校正因子,Re较高时CR为常数,恒流速。aR环隙面积,转子流量计的刻度换算和孔板流量计不同,转子流量计在出厂前,不是提供流量系数,而是直接用20的水或20、1atm的空气进行标定,将流量值刻于玻璃管上。当被测流体与上述条件不符时,应作刻度换算。一般在测量范围CR为
29、常数,且同一转子VR、AR、A为定值,在同一刻度下aR相同,仅流体变化引起同一刻度下流量变化,故:,3.7 流体输送机械,叶轮式(动力式): 利用离心力输送(离心泵),容积式(正位移式):利用容积变化。往复式(往复泵)、旋转式(齿轮泵),喷射式 :工作流体高速喷射,产生负压(喷射泵),输送液体:泵 输送气体:鼓风机、压缩机、真空泵,按原理划分,组成:泵壳,叶轮(46片),吸入管,压出管,3.7.1 液体输送机械, 离心泵,原理:电动机带动叶轮转动,使液体获得离心力,并转化为压强能和动能。同时,叶轮中心形成低压,吸入液体,叶片:后弯叶片。因为前弯叶片,虽然流体动能大,但经蜗壳转化为压强能时,能量
30、损失大。,蔽式叶轮,气缚启动时,泵内如有气体,密度低,旋转后产生的离心力小,叶轮中心不能形成足够的低压区,不能吸液。措施: 泵启动前必须灌满液体。 管路必须密闭良好。,叶轮出口处压力高而进口处压力低,在此压差下,部分高压液体通过旋转叶轮与泵体之间的缝隙而泄漏至吸入口。在叶片两侧装设前后盖板,即将叶轮制成蔽式。输送浆料或含有固体悬浮物的液体时,仍宜采用敞式或半蔽式。,液体从泵中实际得到的功率,称为有效功率,电动机给予泵轴的功率,称为轴功率Pa。泵在运转过程中,由于存在种种原因导致机械能损失。泵的效率为:, 扬程He随流量增大而下降。qv=0时,He最大,离心泵特性曲线, 轴功率Pa随流量增大而增
31、加,qv=0时,Pa最小。离心泵在启动时,应关闭泵出口阀门,以减小启动功率,保护电动机免因超载而受损, 效率曲线有最大值,在此点下操作效率最高,能量损失最小。应在此点附近操作。,活塞在外力的作用下,从左侧向右运动时,泵缸内的工作容积增大而形成低压,排出阀在压出管内液体的压力作用下关闭,吸入阀被泵外液体的压力推开,将液体吸入泵缸内。活塞移到右端,工作室的容积最大,吸入行程结束。, 往复泵,随后,活塞自右向左移动,泵缸内液体受到挤压,压力增大,使吸入阀关闭而排出阀打开,将液体排出。活塞移至左端时,排液结束,完成了一个工作循环。冲程:活塞运动的距离,优点:活塞直接对液体作功,能量直接以静压方式传给液
32、体,压头高,效率较高,适于高压、低流量,效率可达 70-90 %。缺点:送液量不均匀,输送流量小,结构复杂,设备笨重,部件精密度要求高。,单缸单动,送液量不均匀多缸连动,可消除送液的不均匀性。流量调节方法:旁路部分循环法,原理: 往复泵的一种,电动机 偏心轮转动 柱塞的往复运动,流量调节:调整偏心度 柱塞冲程变化 流量调节。,应用场合:输送量或配比要求非常精确, 计量泵,3.7.2 气体输送和压缩机械,按压缩比(气体加压后与加压前绝对压强之比)分: 通风机,压缩比小于1.15;鼓风机,压缩比小于4; 压缩机,压缩比大于4,离心式: 离心风机,往复式:往复压缩机旋转式:罗茨风机、旋片真空泵,按原
33、理划分, 离心式 离心通风机,工作原理与离心泵相同,结构也大同小异。,1机壳; 2叶轮; 3吸入口; 4排出口,为适应输送风量大的要求,叶轮直径一般比较大,叶片的数目比较多。,离心鼓风机外形与离心泵相象,内部结构也有许多相同之处。叶轮上叶片数目较多;转速较高;叶轮外周都装有导轮。,离心压缩机 又称透平压缩机,原理与离心鼓风机完全相同。级数较多(通常10级以上),叶轮直径较大,采用高转数(一般在5000rpm以上)。压缩比高,气体体积缩小很多,温度升高显著,故压缩机都分成几段,每段包括若干级,叶轮直径逐段缩小,在段与段之间设中间冷却器。,与往复压缩机相比,机体体积较小,流量大,供气均匀,运动平稳
34、,易损部件少和维修较方便。但制造精度要求极高,否则,在高转速情况下,将会产生很大的噪音和振动。, 往复式压缩机,原理与往复泵相似,依靠活塞的往复运动将气体吸入和压出,主要部件有气缸、活塞、吸气阀和排气阀。, 吸入(AB):活塞右移,压强降至吸入气压P1室时,气体吸入,整个过程压强P1基本不变,体积由0至V1, 压缩(BC):吸入阀关闭,气体被压缩至压强略大于排出系统压强P2, 排出(CD):排出阀打开,活塞对压强为P2的气体作功,气体排出,体积由V2至0,一个工作循环中,活塞对气体所作功为ABCD面积,绝热压缩(BC),气体温度上升,体积增大,所需功较大。采用多级压缩:先将气体压缩至P,导出冷
35、却,使体积缩小,再压缩至 P2。(P63图2-48), 旋转式,罗茨鼓风机,原理与齿轮泵类似。机壳内有两个渐开摆线形的转子,两转子的旋转方向相反,可使气体从机壳一侧吸,从另一侧排出。转子与转子、转子与机壳之间的缝隙很小,使转子能自由运动而无过多泄漏。,罗茨鼓风机的出口,应安装气体稳压罐与安全阀,流量采用旁路调节,出口阀不能完全关闭。,旋片真空泵带有两个旋片的偏心转子旋转时,旋片在弹簧的压力及自身离心力的作用下,紧贴泵体内壁滑动。,转子顺时针方向旋转时,与吸气口相通的吸气腔容积由零逐渐增大,腔内气体压力降低,气体便从吸气口吸入。同时,与排气口相通的排气腔容积由大变小,腔内气体被压缩,待气体压力高于大气压力时,推开排气阀排出。转子连续转动,泵不断抽气。, 喷射式真空泵工作流体经喷嘴时,动能增加,压强降低,周围形成部分真空,气体被吸入;流体经扩大管时,部分动能转化为压强能,排出泵外。,层流、湍流的区别,(1)有无径向速度脉动(2)速度分布不同(3)阻力不同,