第1章流體力學基礎流體包括氣體和液體兩種，其主要特征是可以流動。中國農業大學【天地農大BBS】

11基礎知識與概念1．1物理量的單位(1)基本單位和導出單位任何物理量的大小都是由數字和單位聯合來表達的，一般先選擇幾個獨立的物理量，根據使用方便的原則規定出它們的單位，這些選擇的物理量稱為基本物理量，其單位稱為基本單位。其他物理量的單位則根據其本身的物理意義，由有關基本單位組合而成。這種組合單位稱為導出單位。中國農業大學【天地農大BBS】

2(2)國際單位制（SI制）在SI制中，同一種物理量只有一個單位，SI共規定了7個基本單位：(3)《中華人民共和國法定計量單位》物理量單位 單位代號長度米m質量公斤kg時間秒s熱力學溫度開爾文K物質的量摩爾mol電流強度安培A發光強度坎德拉cd31．2量綱分析用途：對于不能列出微分方程的復雜過程，即僅知道影響這一過程的因素（物理量），應用量綱分析可減少實驗工作量。量綱分析的基礎是量綱一致性的原則。也就是說，任何由物理定律導出的方程，其各項的量綱是相同的。量綱是表達某一物理量的符號，如：

L—長度；T—時間；M—質量；θ—溫度。4以下結合實例介紹它的應用方法:經實驗分析已知：流體在管內的流動阻力（或壓強降ΔPf）與管徑d、管長L、平均流速u、流體密度ρ、流體粘度μ以及管壁的粗糙度Δ有關。現要找出壓強降與諸影響因素的函數關系。

1)寫出一般的不定函數形式2）將其寫成如下冪函數的形式式中的常數K和指數a，b，c，……等均為待定值。

53)寫出各物理量的量綱并帶入（2）式，并歸納相同符號的指數64)解上述指數(a，b，c……，q)構成的方程組，并將其解反代回(2)式中上述指數(a，b，c……，q)構成的方程組有三個方程，但有6個未知數，把a，c，j表示成b，k，q的函數(即用b，k，q表示a，c，j)，解得：將a，c，j值代回(2)式，得：75)將指數相同的物理量合并在一起,即得結果上式每個括號均為無因次數群。等號右端只有3個無因次數群(每個無因次數群相當于一個變量)，通過量綱分析，將原來的6個自變量化成了3個，因此實驗工作量將大大減少。常數K，b，k，q由實驗確定。8流體的壓縮性和膨脹性1.3.1體積壓縮系數溫度不變時，流體的體積隨壓強變化的性質，稱為壓縮性。體積壓縮系數：對于理想氣體，狀態方程為：體積壓縮系數為：

與P成反比，即高壓下難于壓縮；低壓下易于壓縮。

91.3.2體積膨脹系數壓強不變時，流體的體積隨溫度變化的性質，稱為膨脹性。體積膨脹系數:對于理想氣體，有：與T成反比，即高溫下難于膨脹；低溫下易于膨脹。101.3.3不可壓縮流體的概念

定義==0的流體為不可壓縮流體。實際上，不可壓縮的流體是不存在的。但在通常情況下，液體以及低速運動的氣體可看作不可壓縮流體。111.3.4流體壓強的表示方法

流體的壓強有絕對壓強和表壓強(或真空度)兩種表示方法。以絕對零壓為基準計算的壓強，稱為絕對壓強；以大氣壓為基準計算的壓強，稱為表壓強(或真空度)。該值是用儀表測出來的，當所測處的壓強為大氣壓時，其讀數為零。一般把絕對壓強高于大氣壓的數值稱為表壓強把絕對壓強低于大氣壓的數值稱為真空度。12基本關系是：表壓強=絕對壓強-大氣壓強真空度=大氣壓強-絕對壓強=-(絕對壓強-大氣壓強)∴表壓強=-真空度壓強的單位：SI中為Pa；壓強的幾個單位間的換算關系：132.流體的粘性與粘度2．1牛頓內摩擦（粘性）定律粘性：流體質點間相對運動時產生阻力的性質。產生的原因：1）分子間的引力；2）分子的橫向摻混→動量交換。結果：流動有阻力，需耗能量。粘性的大小用粘度來度量。牛頓對許多流體進行實驗（實驗設計如下）14發現如下規律：作用在流體上的剪應力與速度梯度成正比，即：流速在與流動方向相垂直的坐標方向上的變化率，稱為速度梯度。上式稱為牛頓粘性定律，比例系數即為粘度。粘度的單位：在SI中為；在其它單位制中，用P（泊）和cP（厘泊）。換算關系：1Pa.s=10P=1000cP15牛頓流體與理想流體牛頓流體:服從牛頓粘性定律的流體;理想流體:流體的粘度μ=0的流體。163.管中流動3．1基本概念流速u：單位時間內流體在流動方向上所流過的距離，m/s。工程上指在管道截面上的平均流速。質量流速G：單位時間、單位管道截面所流過的流體質量，kg/m2.s

流量：單位時間內流過管道任一截面的流體量有體積流量Q（Vs）（m3/s）和質量流量ws（kg/s）等。

17以上幾個物理量的關系：183．2管中穩定流動連續性方程穩定流動情況下，單位時間內流進體系的流體質量等于流出體系的流體質量，即

對于不可壓縮流體，ρ=常數，則對于圓管，

即不可壓縮流體在圓管內穩定流動時，流速與管道直徑的平方成反比。194流體流動能量平衡4．1穩定流動體系的能量平衡(1)位能：mgZ；(2)動能：mu2/2；(3)內能：E＝me；(4)流動功（壓力能）：PV=mPv；(5)（軸）功：W＝mw；(6)熱量：Q＝mq。注意：對于功和熱量規定：輸入體系為正，輸出體系為負。20將熱力學第一定律應用于此穩定流動體系，得：E1+p1V1+mgZ1+mu12/2+Q+W=E2+p2V2+mgZ2+mu22/2以單位質量（1kg）流體為基準，則：e1+p1v1+gZ1+u12/2+q+w=e2+p2v2+gZ2+u22/2或h1+gZ1+u12/2+q+w=h2+gZ2+u22/2或q+w=Δh+gΔZ+Δu2/2上式稱為穩定流動總能量方程式。214.2穩定流動體系能量方程（柏努利方程）對于單純的流動問題，q=0，e2-e1=∑Lf(稱為能量損失，也稱流動阻力)，若流體不可壓縮(v1=v2=1/ρ)，則有：gZ1+p1/ρ+u12/2+w=gZ2+p2/ρ+u22/2+∑Lf或(J/kg)該式也稱柏努利方程。式中：w-對1kg流體所做的有效功,J/kg；∑Lf-從1-1，截面到2-2，截面的能量損失，J/kg。；Δz=z2-z1，兩截面高差，m；Δp=p2-p1，兩截面壓強差，Pa；Δu2=u22-u12，兩截面流速的平方差，J/kg。若柏努利方程兩端同除g(即以單位重量流體為基準)，得：

式中:He=w/g-泵所提供的壓頭(揚程)，m；∑hf=∑Lf/g-壓頭損失，m。

22應用柏努利方程解題要點：根據題意定出上游1-1，截面和下游2-2，截面；兩截面均應與流動方向垂直，并且兩截面間的流體必須是連續的。所求的未知量應在截面上或在兩截面之間。某些截面上的u可看作零：水塔，水池，儲罐，河面，水井等。對水平管道，以管道中心線計算位能。方程中的各項均須使用SI制。對于壓強而言，即可同時用絕壓，也同時用表壓，此時注意：表壓=-真空度。234．3柏努利方程的應用由可得：w=gΔz+Δp/ρ+[Δu2/2+f(u)］

(1)(2)(3)(4)因此，應用柏努利方程（有時加上其他方程如連續性方程）可以確定：（1）輸送設備的功（功率）；（2）設備（容器）間的相對位置；（3）管路中某處流體的壓強；（4）管道中流體的流速（流量）。輸送設備的有效功率Ne、軸功率N由下式計算：Ne=wws=Hegws（W）N=Ne/η（W）η—輸送設備的效率。24（1）確定輸送設備的有效功率

例1-1用泵將貯液池中常溫下的清水（黏度為1×10-3，密度為1000kg/m3）送至吸收塔頂部，貯液池水面維持恒定，各部分的相對位置如圖所示。輸水管為直徑Ф76×3mm的無縫鋼管，排出管出口噴頭連接處的壓強為6.15×104Pa（表壓），送水量為3/h，管路的總能量損失為求泵的有效功率。25

解：以貯液池的水面為上游截面1-1，排水管與噴頭連接處為下游截面2-2，在兩截面間列柏努利方程，即式中:

將以上數值代入柏努利方程,得：解得：∴泵的有效功率為26(2)確定設備間的相對位置例1-2有一輸水系統，如圖所示。水箱內水面維持恒定，輸水管直徑為Ф60×3mm，輸水量為18.3m3/h，水流經全部管道（不包括排出口）的能量損失可按公式計算，式中u為管道內水的平均流速（m/s）。求：（1）水箱內水面必須高于排出口的高度H；（2）若輸水量增加5%，管路的直徑及其布置不變，且管路的能量損失仍按上述公式計算，則水箱內水面將升高多少米？27解：（1）水箱內水面高于排出口的高度H。取水箱水面為上游截面1-1，排出口內側為下游截面2-2，在兩截面間列柏努利方程，即式中:

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數值代入柏努利方程：解得：

28（2）輸水量增加5%后水箱內水面上升的高度。輸水量增加5%后，而管徑不變，則管內水的流速也將增加5%，即將以上數值代入柏努利方程：解得：故輸水量增加5%后水箱內水面上升的高度為

29（3）確定管路中流體的壓強例1-3水以7m3/h的流量流過如圖所示的文丘里管，在喉頸處接一支管與下部水槽相通。已知截面1-1處內徑為50mm，壓強為0.02MPa（表壓），喉頸處內徑為15mm。設流動阻力可以忽略，當地大氣壓強為101.33kPa，求：（1）喉頸處的絕對壓強；（2）為了從水槽中吸上水，水槽水面離喉頸中心的高度最大不能超過多少？30解：（1）喉頸處的絕對壓強先設支管中水為靜止狀態，在截面1-1和2-2之間列柏努利方程，即式中：

31取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數值代入柏努利方程：解得：取水槽水面3-3為位能基準面，在假設支管內流體處于靜止條件下，喉頸處和水槽水面處流體的位能與靜壓能之和分別為：因為，故支管中水不會向上流動，即假設支管內流體處于靜止是正確的。32（2）水槽水面至喉頸中心的最大高度因支管內流體處于靜止狀態，故可應用流體靜力學基本方程式，即

即要從水槽中吸上水，水槽水面離喉頸中心的高度最大不能超過。33（4）確定管道中流體的流量例1-4有一垂直管道，內徑d1=300mm，d2=150mm。水從下而上自粗管流入細管。測得水在粗管和細管內的靜壓強分別為0.2MPa和（表壓）。測壓點間的垂直距離為。若兩測壓點之間的摩擦阻力不計，求水的流量為多少m3/h？34解：沿水的流動方向在其上、下游兩測壓點處分別取截面1-1和2-2。在此兩截面之間列柏努利方程（見右圖），即式中：

由連續性方程式，得：

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數值代入柏努利方程：解得：355．流動現象與流動阻力5．1雷諾實驗與雷諾數雷諾實驗裝置如圖所示：層(滯)流：有條不紊，相互無混雜，一條平穩的直線；湍(紊)流：雜亂無章，相互混雜。36如何區分這兩種流動狀態，由無量綱準數—雷諾數Re來判斷。

式中：d-管道內徑，m；u-流體平均流速，m/s；ρ為流體密度，kg/m3；μ為流體粘度，Pa·s。流型的判別：Re≥4000時，湍流；Re≤2000時，層流。2000＜Re＜4000時，流型不定，但湍流的可能性更大。雷諾數的物理意義：慣性力和粘性力之比。雷諾數不同，這兩種力的比值也不同，由此產生內部結構和運動性質完全不同的兩種流動狀態。375．2水力直徑(當量直徑)對于非圓形管(異形管道)，水力直徑dH定義為4倍的水力半徑，即：在計算Re時，用dH代替圓管的d即可。例子，求下列情況下的dH：1)長寬分別為a，b的長方形流道；2)內外徑分別為d1，d2的套管環隙。解：1)長方形流道

dH=2)套管環隙385．3圓管中的層流5.3.1速度分布與流量如圖所示，在直徑為d,長度為L的一個水平

圓管中,取半徑為r的一圓柱體。在穩定流動中這個圓柱體處于平衡狀態，因而作用在圓柱體上的外力在水平方向的和為零。此種外力有二：39水平推力(P1-P2)πr2和圓柱面上的摩擦力τ2πrL。∴(P1-P2)πr2=τ2πrL將牛頓粘性定律τ=-μdur/dr代入，并令ΔPf=P1-P2，可得：積分上式，可得：或上式適用于圓形直管內的穩定層流流動情況。顯見，ur與r的關系為二次旋轉拋物面的關系。取半徑r處寬度為dr的微小環形面積，則可得流量為：405.3.2平均流速和最大流速

平均流速：最大流速在中心線r=0處：即管中心處的最大流速是管內平均流速的2倍。415.3.3沿程損失在等徑直管中，由于流體與管壁以及流體本身的內部摩擦要消耗能量，這種引起能量損失的原因稱為沿程阻力(或直管阻力)。沿程能量損失可以用壓強降或壓頭損失表示。(1)壓強降ΔPf：前已推得：將R=d/2代入，整理可得：此式稱為哈根-泊謖葉公式。(2)流體流動阻力通用計算式-達西公式或式中λ稱為摩擦系數。以上兩式均稱為達西公式，對層流及湍流均適用。將哈根-泊謖葉公式代入達西公式，整理可得：425．4圓管中的湍流特點：旋渦流大小變化、形成、消失……；復雜性瞬時速度在x，y，z方向均有。速度分布較平坦：u=（～）umax。5.5管路中的沿程阻力沿程阻力的通用計算式是達西公式，即或

43實驗發現，摩擦系數λ＝f(Re，Δ/ｄ)。Δ/ｄ—管道的絕對粗糙度與管道內徑之比，稱為相對粗糙度。1)光滑管的λ適用范圍：Re=3000～1×105一般玻璃管、銅管和鉛管可看作光滑管。2)粗糙管的λ查莫迪圖獲得（P31，F-17）。在莫迪圖中，右上角虛線以上區域的λ僅與Δ/ｄ有關，而與Re無關，這一區域稱為阻力平方區或完全湍流區。注意：層流時的沿程阻力可直接用前面推得的哈根-泊謖葉公式計算。445.6管路中的局部阻力Lf進口、出口，閥門，三通，彎頭，大小頭，異徑管等。能量損失的原因：（1）流速的大小變化；（2）流速的方向變化；（3）流速分布變化。機理：產生旋渦。局部阻力損失有兩種計算法：阻力系數法和當量長度法。(1)阻力系數法將局部阻力損失折合成動能的若干倍。Lf，=ξ（u2/2）ξ稱為阻力系數，見表1-5。一般，管入口的ξi，管出口的ξ0。45

(2)當量長度法將局部阻力損失折合成具有相同直徑、長度為Le的沿程阻力。Lf，=λ（Le/d）（u2/2）Le稱為當量長度，見圖1-18。總能量損失等于沿程損失與局部損失之和，即

或或（）注意：在計算時，管路中管件的局部阻力既可折合成阻力系數，也可折合成當量長度，但一個管件只能擇其一。466管路計算與流量測量6.1管路計算管路計算可分為無分支的簡單管路計算和有分支的復雜管路計算。6.1.1簡單管路計算計算類型有三類：1.已知Q、d，L+ΣLe，求Ne（N）。直接求解。由Q→u→Re→λ→ΣLf（達西公式）→w（柏努利方程）→Ne（N）。泵的有效功率：Ne=wws=wρQ=HegρQ（W）泵的軸功率：N=Ne/η（W）47

2.已知d，L+ΣLe，ΣLf，求u（Q）。試差法求解。設λi（λi～），用求u→Re=duρ/μ→λj，若∣λi-λj∣/λj，則所求u正確，否則重復以上步驟（此時以λj作為初值）。483.已知Q，L+ΣLe，ΣLf，求d。分析：未知數有3個：d，u，λ解法：公式+莫迪圖u=4Q/（πd2）（1）（2）莫迪圖，Re→λ（3）可解。將（1）代入（2）和（3），得：

（1）(2)’設λi（λi～）,由（1）式求d，再代入(2)’式求Re，再由莫迪圖→λj,若∣λi-λj∣/λj，則所求d正確，否則重復以上步驟（此時以λj作為初值）。49例1-5將5℃的鮮牛奶以5000kg/h的流量從貯奶罐輸送至殺菌器進行殺菌。管路系統所用的管道為外徑38mm，內徑35mm的不銹鋼管，管道長度12m，中間有一個搖板式單向閥，3只90°彎頭，試計算管路進口至出口的壓頭損失。已知鮮奶5℃時的粘度為3.0×10-3Pa·s，密度為1040kg/m3，設為光滑管。50解：(1)其中：

（×104）管件名稱阻力系數1只搖板式單向閥ζ＝3只90°彎頭ζ＝管道入口ζ＝管道出口ζ＝

將以上各值代入（1）得：51例1-6如例圖所示，用泵輸送某溶液，已知該溶液的密度ρ=867kg/m3，粘度μ=0.675×10-3，輸送流量為5×10-3m3/s。高位槽液面高出低位槽液面10m。泵吸入管用Φ89mm×4mm的無縫鋼管，其直管部分總長為10m，管路上裝有一個底閥（可按旋啟式止回閥全開計），一個標準彎頭。泵排出管用Φ57mm×3.5mm的無縫鋼管，其直管部分總長為20m，管路上裝有一個全開的閘閥，一個全開的截止閥和3個標準彎頭。高位槽和低位槽液面均為大氣壓，且高、低位槽液面恒定,取管壁的絕對粗糙度Δ＝0.3mm，求泵的軸功率(設泵的效率為70％)。52解：在如圖所示的1-1，至2-2，截面間列柏努利方程，有：w-∑Lf=gΔz+Δp/ρ+Δu2/2（1）其中：Δz=10m，Δp=0，u1=u2=0，∑Lf=∑LfS+∑LfD。以下分別計算吸入管和排出管的能量損失。53（1）吸入管的能量損失吸入管中流速：

Δ/ｄ由圖1-17查得。管件名稱當量長度底閥Le＝6.3m1個標準彎頭Le＝2.7m∑Le=9m管進口局部阻力系數：

54(2)排出管的能量損失排出管中流速：

Δ/ｄ。由圖1-17查得。管件名稱當量長度閘閥全開Le＝0.33m截止閥全開Le＝17m3個標準彎頭Le＝3×1.6m∑Le=22.13m管出口局部阻力系數：

55

(3)管路總能量損失將以上各值代入（1）式可得：軸功率N：

56例1-7如例圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路采用Φ114mm×4mm的鋼管，管路總長為190m（包括管件、閥門及3個彎頭的當量長度，但不包括進出口損失）。水塔內水面維持恒定，并高于出水口15m。設水溫為12℃，取管壁的絕對粗糙度Δ＝0.2mm,求管路的輸水量(m3/h)。

57解：在如圖所示的1-1，至2-2，截面（管出口外側）間列柏努利方程，有：w-∑Lf=gΔz+Δp/ρ+Δu2/2（1）其中：Δz=-15m，Δp=0，u1=u2=0，w=0。將以上各值代入（1）式，整理可得：

(2)Δ/ｄ。水溫12℃時:ρ＝1000kg/m3，μ＝1.236×10-3。（3）58設λ1=0.02,代入（2）得：u=2.81m/s將u值代入（3）式得：由Re，Δ/ｄ值，查圖1-17得：λ2與初設的λ相差較大。將λ2=0.024,代入（2）得：u=2.58m/s將u值代入（3）式得：由Re，Δ/ｄ值，查圖1-17得：λ3

∣∣/0.0241=0.42%≤1%故u＝2.58m/s正確。輸水量Ｑ:

596.1.2復雜管路計算主要包括并聯和分支管路。

1)并聯管路特點：①總流量等于各支路中流量之和，即：

Q=Q1+Q2+……+Qn②各支路的能量損失相等，即：

∑Lf，1＝∑Lf，2=……=∑Lf，n=∑Lf，A-B基本題型：已知總流量求各分支的流量。60基本解法：由特點①，得1個方程：u1+u2+……+un=常數（1）由特點②，得n-1個方程：或=

（2）①若λ1～λn已知，可直接求解；②若已知管路為光滑管，則有：λn……λ2：λ1=（d1u1：d2u2：……dnun）（3）（1），（2），（3）聯立可求解。③若λ1～λn未知，需設n個λi（λi～），用（2），（1）求u→Re=duρ/μ→λj，當∣λi-λj∣/λj時，則所求u正確，否則重復以上步驟（此時以λj作為初值）。

61(2)分支管路特點:①總流量等于各支路中流量之和，即：

Q=Q1+Q2+……+Qn②單位質量的流體在各支管流動終了時的總機械能與能量損失之和相等，即：

gZ1+u12/2+P1/ρ+∑Lf，0-1=gZ2+u22/2+P2/ρ+∑Lf，0-2=……=gZn+un2/2+Pn/ρ+∑Lf，0-n62例1-8有一并聯管路，支管1與支管2的總長度（包括當量長度）如下：管1直徑0.053m，總長度30m；管2直徑0.0805m，總長度50m。兩管均為光滑管。管內輸送20℃的水，已知總管中的流量為60m3/h，求水在兩支管中的流量。63解：20℃水的物性為：3，μ=1.005×10-3Pa·s。設管1內的流速為u1，管2內的流速為u2。則有：Q=Q1+Q2或7.555=u12(1)又

64或

（2）光滑管，（3）（1）,（2），(3)聯立，可解得：u2=2.29m/s，u1=2.27m/s

656．2流量測量測速原理：利用動能轉化成靜壓能。測速管示意圖：

在測點處：流體的沖壓能Em：ρur2/2+p靜壓能Es：p二者之差使壓差計有一讀數R，即Em-Es=ρur2/2=Δp=Rg（ρA-ρ）∴66若被測量的流體是氣體，由于ρA》ρ，上式可簡化為式中ρ，ρA-分別為被輸送流體和指示液的密度，kg/m3。當測點位于管中心線上時，ur=umax，即這時測得是最大流速。最大流速與平均流速的關系已由實驗測出，見圖1-21。求流量的過程：→Remax=dumaxρ/μ→圖1-21→u/umax→u→Q。676．2．2孔板流量計

68測量原理：利用靜壓能轉化成動能。在1-1′和0-0′截面間列柏努利方程，有：w=gΔz+Δp/ρ+Δu2/2+∑Lf而w=Δz=0，Δu2=u02-u12=u02-u02（d0/d1）4=u02[1-（d0/d1）4]∑Lf=Σξu02/2Δp=p0-p1代入得：0=u02[1-（d0/d1）4]/2+（p0-p1）/ρ+Σξu02/2或（p1-p0）/ρ=u02[1+Σξ-（d0/d1）4]/269而p1-p0=Rg（ρA-ρ）∴（#）c0-流量系數，c0=f（Re1，A0/A1），Re1=d1u1ρ/μ，見圖1-23。計算流量用試差法，過程為：①設Re1設>Rec，由A0/A1→圖1-23→c0→（#）式→Q→u1→Re1，若Re1>Rec，Q正確；否則，②由Re1→圖1-23→c0，i→（#）式→Q→u1→Re1→圖1-23→c0，i+1，直至滿足：∣c0，i-c0，i+1∣/c0，i+1≤0.01為止。706．2．3文丘里流量計為了減少流體節流造成的能量損失，可用一段漸縮漸擴的短管代替孔板，這就是文丘里流量計。(F1-24)測量原理和計算公式同孔板流量計。716．2．4轉子流量計72轉子流量計是一種典型的變截面流量計，是恒壓差流量計。流量不同則轉子所處位置不同。轉子流量計的安裝要求：垂直，大口在上，小口在下，且流體必須從下部流入。轉子的力平衡關系：向上的推力等于轉子的凈重力。（P1-P2）Af=Vf（ρf-ρ）g或（P1-P2）=Vf（ρf-ρ）g/Af仿照孔板，得流量公式為：

73轉子流量計在出廠時已用水（對液體系列）或空氣（對氣體系列）進行了標定。當實測的流體與標準流體的粘度相差不是很大時，有：對于氣體，有：式中：Qs，Q2-分別為在同一刻度下標準流體和所測流體的流量；ρs，ρ2-分別為標準流體和所測流體的密度，kg/m3；ρf-轉子材料的密度，kg/m3。747液體輸送設備泵：為液體提供能量的輸送設備。7．1泵的類型按工作原理和結構特征可分為三類：(1)葉片式泵—離心泵、軸流泵和旋渦泵75(2)往復式泵—活塞泵、柱塞泵和隔膜泵(3)旋轉式泵—齒輪泵、螺桿泵、轉子泵、滑片泵后兩類泵的流量與外界條件無關，稱為正位移泵或容積泵。767．2泵的主要性能和特性7．2．1離心泵的主要性能參數包括壓頭（揚程）、流量、功率和效率。(1)流量Q：泵在單位時間內排出的液體體積，m3/s。取決于泵的結構、尺寸、轉速。(2)壓頭（揚程）H：泵給予單位重量（1N）液體的能量，m。取決于泵的結構、轉速、流量。77（3）有效功率Ne和效率η：有效功率Ne：單位時間內液體流經泵后實際所得到的功，W。

Ne=HQρg（W）軸功率N：泵軸所需的功率。效率：泵的有效功率與軸功率之比。η=Ne/N造成有效功率小于軸功率的原因有：①機械損失：由機械摩擦而引起。②水力損失：由泵體內的流動阻力而引起。③容積損失：由泄漏造成的損失。787．2．2正位移泵的主要性能參數以往復泵為例，正位移泵的主要性能參數有：流量、功率與效率、壓頭。(1)流量往復泵的流量由泵缸尺寸、活塞沖程及往復頻率所決定，理論平均流量可按下式計算：單動泵QT=ASn式中：QT為往復泵的理論流量，m3/s；A-活塞的截面積，m2；S-為活塞沖程，m；n為活塞每秒鐘往復次數，1/s。對于雙動泵QT=(2A-a)Sn≈2ASn式中a為活塞桿的截面積，m2。往復泵的實際流量等于理論流量與容積效率的乘積，即Q＝ηVＱT式中ηV為往復泵的容積效率，其值為～。79(2)壓頭往復泵的壓頭與泵本身的幾何尺寸及流量無關，只決定于管路情況。(3)功率N與效率ηN=HQρg/η7.2.3泵的特性曲線泵在一定轉速下，壓頭、軸功率、效率與流量的關系曲線，由實驗求取。80(1)葉片式泵的特性（1）離心泵（2）軸流泵離心泵在啟動時要將出口閥關閉，軸流泵在啟動時不要將出口閥關閉，否則將引起電動機的過載。離心泵的H—Q曲線可用下式表示：H=A-B，Q2(2)正位移泵的特性

817．2．4離心泵的性能參數的改變與換算1)液體密度的影響泵的H、Q、η與ρ無關，軸功率N與ρ成正比。2)轉速的影響當轉速相對變化≤20%時，有比例定律：3)葉輪直徑的影響當葉輪直徑相對變化≤10%時，有切割定律：827．3泵的安裝高度泵吸液的基本原因：由于動件運動而形成泵進口處的真空度。特別提示：離心泵在起動前要先向泵內注滿被輸送的液體。泵的允許安裝高度：泵的吸入口軸線至吸入貯槽液面的最大垂直距離。對葉片式泵，在貯槽液面（0-0，截面）至泵入口（1-1，截面）間列柏努利方程，有：w=gΔz+Δp/ρ+Δu2/2+∑Lf其中，w=0，u0=0，u1=us，Δp=（p1-p0），Δz=z1-z083代入可得：0=g（z1-z0）+（p1-p0）/ρ+us2/2+∑Lfs或（z1-z0）=（p0-p1）/ρg-us2/2g-∑hfs令Zs=（z1-z0），則Zs=（p0-p1）/ρg-us2/2g-∑hfs如果貯液槽開口，則P0=Pa（大氣壓）。稱Hs=（pa-p1）/ρg為允許吸上真空度。∴

84Hs的值由泵廠實驗測定，實驗條件：大氣壓強為10mH2O，2O℃的清水。當輸送條件與實驗條件不符時，需對Hs進行校正。式中：Ha-貯槽液面上方的絕對壓強，m液柱；pv-輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓，Pa；ρ-被輸送液體的密度，kg/m3。∴一般Hs隨流量的增加而下降。

85泵的允許安裝高度還可用允許汽蝕余量的方法求取。定義代入Zs計算式，可得：式中：p0—貯槽液面上方的絕對壓強，Pa。Hs與Δh的關系：

Hs+Δh≈10m為了安全起見，泵的實際安裝高度應比Zs小～。867．4管路特性管路特性曲線是指當管路條件一定的情況下，管路系統中被輸送液體的流量與流過這一流量所必需的外加能量的關系。87在貯液槽液面（1-1，）和高位槽液面（2-2，）間列柏努利方程，得：

He=Δz+Δp/（ρg）+Δu2/2g+∑hf式中：Δu2/2g≈0。令（常數）及K=Δz+Δp/ρg（常數），則有：He=K+BQe2=K+Hf上式即為管路特性曲線方程。887．5泵的工作點與流量調節

泵的工作點：泵的特性曲線與管路特性曲線的交點。在工作點M處，有：H=He，Q=Qe。

若給定泵的特性曲線方程（H=A-B’Q2）與管路特性曲線方程（He=K+BQe2），聯立兩方程可解得工作點的參數。89泵的流量調節：1)葉片式泵的流量調節對此類泵，改變泵或管路特性曲線之一均可達到調節流量的目的。①改變泵出口閥門的開度—實質是改變管路特性曲線。開度↓，Hf↑，曲線變陡（曲線1）；開度↑，Hf↓，曲線變平坦（曲線2）。此法方便，流量可連續調節，是最常用的方法。90②改變泵的轉速或葉輪直徑—實質是改變泵的特性曲線。由泵的比例定律和切割定律，知：n（或D）↑（↓），→H、Q↑（↓）。此法較少采用。912）正位移泵的流量調節對此類泵，只能改變泵的特性曲線才能達到調節流量的目的。改變泵的轉速nn↑（↓），→Q↑（↓）。改變泵的活塞沖程（僅對往復式泵）沖程S↑（↓），→Q↑（↓）。采用旁路調節92例題1-9某離心泵在一定轉速下的特性曲線方程為：，式中：H的單位為m，Q的單位為。今有一輸水系統，其吸入設備中液面上方的真空度為，排出設備中液面上方的表壓強為排出設備中液面比吸入設備中液面高兩設備間