食品工程原理流体流动.ppt

,聊城大学东昌学院化生系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,聊城大学东昌学院化生系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,聊城大学东昌学院化生系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,聊城大学东昌学院化生系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,聊城大学东昌学院化生系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,食品工程原理流体流动,流体分为液体和气体。,通常，将,输送液体,的机械称为,泵,；,将,输送气体,的机械按所产生,压强的高低,分为,通风机,、,鼓风机,、,压缩机,和,真空泵,。,流体输送机械按工作原理分为：,动力式（叶轮式）：,离心式、轴流式,容积式（正位移式）：,往复式、旋转式,其他类型：,喷射式等,离心泵,离心泵的外观,离心泵的结构组成,流体在泵内都获得了什么能量？其中那种能量占主导地位？,思考：,常压流体,被甩出,高速流体,机械旋转,的离心力,逐渐扩大的,泵壳通道,高压流体,灌满液体,，叶轮旋转,离心力甩出液体,泵壳内进行能量的转换,流体被压出,叶轮中心形成真空,在压力差的作用下流体被压入泵内,一、离心泵的工作原理和主要部件,1.,离心泵的工作原理,泵启动前为什么要灌满液体,思考：,液体未灌满,气,液,离心力甩不出气体,叶轮中心的真空度不够,吸不上液体,泵无法正常工作,启动与停泵：,关闭出口阀后启动泵,，这时所需泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。,停泵前先关闭出口阀后再停机,，这样可避免水柱倒冲泵壳内的叶轮叶片，以延长泵使用寿命。,气缚现象,2.,离心泵的主要部件,叶轮（,Impeller,）,:,离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达,1200,3600,转,/min,，高速,10700,20450,转,/min,。根据其结构可分为：,离心泵的工作点,当工作点是在高效区（不低于92max），则该工作点是适宜工作点，说明泵选择的较好。,4B型离心泵的特性曲线,效率较高，适于输送清洁流体；,泵壳制成蜗牛形，使部分动能转换成静压能。,4B20离心泵n2900r/min,二、离心泵的安装高度,缺点：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。,二、离心泵的特性曲线,现在的问题是离心泵的安装高度Zs。,图解法即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。,效率较高，适于输送清洁流体；,在液面 0-0 与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得：,为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度又称为允许吸上高度，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Zs表示。,在o-o与k-k截面间列伯努利方程,叶轮（Impeller）:离心泵的心脏，是流体获得机械能的主要部件，其转速一般可达12003600转/min，高速1070020450转/min。,pv：输送温度下水的饱和蒸汽压；,敞式叶轮,敞式叶轮,没有前、后盖板；,结构简单，清洗方便；,但是液体易发生倒流，效率较低；,适合于输送浆液和含有固粒悬浮物的液体，不易堵塞。,半蔽式叶轮,吸液口一侧无盖板，效率也较低；,适用于输送悬浮液。,蔽式叶轮,有前后轮盖；,结构较复杂，造价较高；,效率较高，适于输送清洁流体；,应用广泛。,泵壳（蜗牛形，又称蜗壳）,泵壳制成蜗牛形，使部分动能转换成静压能。从而避免高速流体在泵体及管路内,巨大,的流动阻力,损失,。因此泵壳不仅是液体的,汇集器,，,而且还是一个,能量转换装置,。,泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界空气进入泵内。,填料密封：,简单易行，维修工作量大，有一定的泄漏，对燃、易爆、有毒流体不适用；,机械密封：,液体泄漏量小，寿命长，功率小密封性能好，加工要求高。适用于要求密封较高的场合，如酸、碱、易燃、易爆及有毒液体的输送。,轴封装置,底阀（单向阀）,：,当泵体安装位置高于贮槽液面时，常装有底阀，它是一个,单向阀,，可防止灌泵后，泵内液体倒流到贮槽中。,滤网,：防止液体中杂质进入泵体。,以上三个构造是离心泵的,基本构造,，为使泵更有效地工作，还需其它的,辅助部件,：,2.,离心泵的主要部件,液体输送设备,离心泵,离心泵的性能参数与特性曲线,在o-o与k-k截面间列伯努利方程,流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：,离心泵的性能参数与特性曲线,若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对Hsp进行校正。,离心泵的工作点,提高 HS，势必要降低p1。,在离心泵出口处的管路上安装调节阀。,周围液体高速冲向汽泡中心,吸入管路阻力或压头损失太高。,在液面 0-0 与泵内压强最低处即叶轮中心进口处K-K面之间列机械能衡算式，得：,确定允许吸上真空高度Hsp应使用泵的最大流量下进行计算，通常由泵的制造工厂试验测定，在大气压为10mH2O下，以20清水为介质进行实验的。,若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对Hsp进行校正。,二、离心泵的安装高度,4B型离心泵的特性曲线,滤网：防止液体中杂质进入泵体。,1,）流量,Q,，,m,3,/s,或,m,3,/h,：,与泵的结构、尺寸（叶轮直径、叶片形状等）、转速、输液管路阻力等有关；,2,）压头,(,扬程,),H,，,m,：,与泵的结构、转速、流量有关；,3,）效率,：,与,容积损失,（泄漏起因的）、,机械损失,（机械摩擦起因的）、,水力损失,（黏性和涡流起因的,环流、摩擦、冲击损失）有关；,一、离心泵的主要性能参数,一般小型离心泵的效率,5070%,，大型离心泵效率可达,90%,。,4,）离心泵的有效功率是,指液体在单位时间内从叶轮获得的能量。,轴功率,P,，由电机传送给泵的功率，可直接用效率来计算：,一、离心泵的主要性能参数,5,）叶轮转速,n,10003000,转,/min,；,2900,转,/min,最常见。,泵在出厂前必须确定其各项性能参数,，即以上各参数值，并标在铭牌上；这些参数是在,最高效率,条件下用,20,的水,测定的。,一、离心泵的主要性能参数,由于离心泵的各种损失难以定量计算，使得离心泵的特性曲线,H,q,v,、,P,q,v,、,q,v,的关系,只能靠实验测定,，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。,4B20,离心泵,n,2900r/min,30,26,22,18,14,10,0,20,40,60,80,100,120,140,12,8,4,0,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,0,H,/m,N,kW,q,v,/(m,3,/h),4B,型离心泵的特性曲线,二、离心泵的特性曲线,（,1,）,H,Q,曲线,：,Q,，,H,(,Q,很小时可能例外,),。,当,Q,0,时,，,H,也只能达到一定值，这是离心泵的一个,重要特性,。,4B20,离心泵,n,2900r/min,30,26,22,18,14,10,0,20,40,60,80,100,120,140,12,8,4,0,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,0,H,/m,N,kW,Q,/(m,3,/h),4B,型离心泵的特性曲线,二、离心泵的特性曲线,（,2,）,P,Q,曲线,：,Q,，,N,。,当,Q,0,时，,P,最小。,这要求离心泵,启动时,，应,关闭出口阀,，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损。,4B20,离心泵,n,2900r/min,30,26,22,18,14,10,0,20,40,60,80,100,120,140,12,8,4,0,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,0,H,/m,N,kW,Q,/(m,3,/h),4B,型离心泵的特性曲线,二、离心泵的特性曲线,（,3,）,Q,曲线,：,极值点,(,最大值,),，此点称,泵的设计点。,此时效率最高，损失最小，此点对应的,H,、,Q,、,P,称,最佳工况参数。,对应流量称,额定流量,。,4B20,离心泵,n,2900r/min,30,26,22,18,14,10,0,20,40,60,80,100,120,140,12,8,4,0,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,0,H,/m,N,kW,Q,/(m,3,/h),4B,型离心泵的特性曲线,泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般,不应低于,92,max,。,二、离心泵的特性曲线,液体输送设备,离心泵,离心泵的性能参数与特性曲线,离心泵安装高度,一、汽蚀现象,Z,s,p,0,K-K,1-1,离心泵的安装高度,0-0,液面较低的液体能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从中央甩向外周，在叶轮中心进口处形成,负压（真空），,从而在液面与叶轮进口之间形成一定的压差，液体籍此压差被吸入泵内。现在的问题是离心泵的,安装高度,Z,s,。,在,液面,0-0,与泵内压强最低处即,叶轮中心进口处,K,-,K,面,之间列机械能衡算式，得：,若液面压强,p,0,一定，吸入管路流量一定（即,u,k,一定），安装高度,Zs,，,h,f(0-k),，,p,k,，当,p,k,至等于,操作温度,下被输送液体的,饱和蒸汽压,p,v,时（即,p,k,p,v,），液体将发生什么现象？又会使泵产生什么现象？,Z,s,p,s,K,-,K,1,离心泵的安装高度,s,伴随现象,泵体振动并发出噪音,H,q,v,严重时不送液；,时间长久，水锤冲击和化学腐蚀,，损坏叶片,当,p,k,p,v,，,叶轮中心汽化汽泡,被抛向外围,凝结,局部真空,压力升高,周围液体高速冲向汽泡中心,撞击叶片,(,水锤,),一、汽蚀现象,安装高度太高；,被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；,吸入管路阻力或压头损失太高。,汽蚀现象产生的原因,一、汽蚀现象,二、离心泵的安装高度,为避免汽蚀现象，安装高度必须加以限制，即存在最大安装高度又称为,允许吸上高度,，指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以,Zs,表示。,在液面0与泵入口处1两截面间列柏努利方程,p,0,为大气压强,p,a,1,、允许吸上真空度,注意：,H,S,单位是压强的单位，通常以,m,液柱,来表示。在水泵的性能表里一般把它的单位写成,m,（,实际上应为,mH,2,O）。,离心泵的允许吸上真空度,允许吸上高度的计算式,二、离心泵的安装高度,H,S,值越大,，表示该泵在一定操作条件下抗汽蚀性能好，,安装高度,Z,s,越高。,提高,H,S,，势必要降低,p,1,。,p,1,降低到,操作温度,下被输送液体的,饱和蒸汽压,p,v,时，即发生汽蚀,，,H,s,值达到,临界值,H,smax,，,称为,最大吸上真空度。,二、离心泵的安装高度,为了避免汽蚀现象,，,规定吸上真空度留有一定的余量，称为,允许吸上真空高度,H,s,p,。,二、离心泵的安装高度,据此计算离心泵的安装高度，称为,允许安装高度,Z,s,p,。,确定,允许吸上真空高度,H,s,p,应使用泵,的最大流量下,进行计算，通常由泵的制造工厂试验测定，在大气压为,10,m,H,2,O,下，以20,清水为介质进行实验的。若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需对,H,s,p,进行校正。,二、离心泵的安装高度,H,a,：泵工作点的压力，,mH,2,O,p,v,：20水的饱和蒸汽压；,p,v,：输送温度下水的饱和蒸汽压；,三,、安装高度,Hg,在,o-o,与,k-k,截面间列伯努利方程,2,、允许吸上真空度,q,v,一定，发生气蚀时，,p,k,=,p,v,，,Z,s,=,Z,sp,在,1-1,与,k-k,截面间列伯努利方程,汽蚀余量,液体输送设备,离心泵,离心泵的性能参数与特性曲线,离心泵安装高度,管路特性,离心泵的,工作点,是由,离心泵特性曲线,和,管路特性曲线,共同确定的。,1.,管路特性曲线,一、离心泵的工作点,管路特性方程,1.,管路特性曲线,工作点：泵特性曲线,和,管路特性曲线,的交点。,O,Q,Q,H,H,管路,H,q,v,离心泵的工作点,泵,H,Q,泵 ,Q,A,在工作点处,泵的输液量,即为,管路的流量,Q,，,泵提供的压头（扬程）,H,必恰等于,管路所要求的压头,H,。,当工作点是在,高效区,（,不低于,92,max,）,，,则该工作点是,适宜工作点,，,说明泵选择的较好。,2.,离心泵的工作点,管路特性曲线,H,=,A,+,BQ,2,为开口向上的抛物线，,纵轴截距,反映了管路上下游,总势能差,；,B,反映了,管路阻力,的大小；,B,，,同样流量下管路的阻力越大,，,B,较大,的管路称为,高阻管路,，,反之则称为,低阻管路,；,O,Q,Q,H,H,1,管路,H,Q,离心泵的工作点,泵,H,Q,泵,Q,A,泵特性曲线中流量的,单位,可能是,m,3,/s,或,m,3,/h,；,求工作点时，管路特性曲线的整理应注意保持单位一致；,O,Q,Q,H,H,1,管路,H,Q,离心泵的工作点,泵,H,Q,泵 ,Q,A,离心泵,工作点的求法,解析法,即将泵的特性曲线与管路特性曲线联立求工作点；,图解法,即将管路特性曲线画在泵特性曲线图上，两线的交点即为工作点。,O,q,v,q,v,H,H,1,管路,H,q,v,离心泵的工作点,泵,H,q,v,泵 ,q,v,A,1,、改变管路特性曲线,在离心泵出口处的管路上安装,调节阀,。改变出口阀门的开度即改变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置，达到调节流量的目的。,O,q,v,2,q,v,1,q,v,h,e2,H,2,2,1,低阻,高阻,H,1,二、离心泵的流量调节,流量调节就是设法改变工作点的位置，有以下两种方法：,1,、改变管路特性曲线,O,q,v,2,q,v,1,q,v,h,e2,H,2,2,1,低阻,高阻,H,1,缺点,：不仅增加了管路阻力损失（在阀门关小时），且使泵在低效率点工作，在经济上很不合理。,优点,：操作简便、灵活，应用范围广。对调节幅度不大而经常需要改变流量的场合，此法尤为适用。,