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流体力学与传热Ⅱ：第 131–140 页

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
气蚀现象及其危害
• 安装高度过高 → 吸入口压力低于饱和蒸汽压 → 叶轮中心流体气化。
• 气泡随叶轮旋转被抛向外围，压力升高后急剧凝结，产生局部真空。
• 周围液体高速冲向局部真空，形成水锤现象，导致叶片损坏。
注意
气蚀的破坏机制是” 气化 → 凝结 → 水锤”，不是单纯的气泡存在，而是气泡溃
灭瞬间的局部高压冲击。
气蚀伴随的现象
• 泵体剧烈震动和噪音：水锤冲击所致。
• 流量下降直至断流：气化面扩大后，泵无法正常输送。
• 叶片损坏：长期气蚀导致叶轮损伤。
安装高度的计算公式
• 由机械能衡算式推出，将安装高度单独放在一边：
– 安装高度 = (p₀ − p₁)/ρg − 动能项 − 入口阻力
• 注意：这里的阻力项是 入口阻力，不是整条管路的输送阻力，因为衡算式只在
入口和供液面之间列。
注意
计算安装高度时，阻力项只取入口阻力，不要把排出管路的阻力也算进去。衡
算式只在供液面到吸入口之间列。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
最大允许吸上真空度与允许吸上真空度
• 最大允许吸上真空度：p₁ 有最小值，对应安装高度的最大值，即 pA − p₁ 的
真空度概念。
• 允许吸上真空度 Hs：在最大允许吸上真空度基础上再降 0.3 米，作为安全余量。
• Hs 值可在离心泵产品说明书中查到。
定义
允许吸上真空度 Hs：在最大允许吸上真空度基础上减去 0.3 米安全余量得到的
值，是泵产品说明书给出的参数。
Hs 的校正公式
• 说明书中的 Hs 是 20℃ 水、一个大气压下测得的实验值。
• 若实际条件与实验条件不同，需按三项校正：
– 压强校正：Ha − 10.33 （10.33 米水柱 = 一个大气压） ，若当地为大气压则此
项为 0。
– 温度校正：pv/ρg − 0.24 （0.24 米水柱 = 20℃ 水的饱和蒸汽压对应液柱） ，若
为 20℃ 则此项为 0。
– 密度校正：1000/ρ，若输送水则近似为 1，输送油等密度差异大的流体需校
正。
Study Notes 132 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
例
校正公式可理解为：Hs(校正) = Hs(实验) + (Ha − 10.33) − (pv/ρg − 0.24) + (1000/ρ
− 1) 的逐项修正。压强没变、温度 20℃、输送水时，各项分别归零。
允许安装高度（最大安装高度）
• 允许安装高度 Hg = Hs( 校正后) − 动能项 − 入口阻力。
• 安装高度有最大值，无最小值，泵可以安装在供液面下方（安装高度为负） 。
注意
安装高度是相对值，算出来为负并非无意义，而是说明泵必须安装在供液面下
方。
例题：离心泵输送水（20℃）
• 条件：20℃ 水，流量 30 m³/h，两液面高差 18 m，吸入口在液面上方 2 m，吸入
管路阻力 1 m 水柱，排出管路损失 3 m 水柱，效率 0.6。
• 第一问（轴功率）：
– 扬程 H = 18 + 1 + 3 = 22 m （不是 18 m，Δz 与 H 不是一回事） 。
– 轴功率 = ρgHq/η，流量需除以 3600 换算为 m³/s。
– 结果约 3000 W（3 kW） 。
注意
计算轴功率时，H 是扬程（含全部管路损失） ，不是两液面高差Δz。流量单位
m³/h 必须除以 3600 换算，否则功率会大得离谱。
• 第二问（安装高度是否合适）：
– 20℃ 水，Hs 实验值 6 可直接使用。
– 允许安装高度 = 6 − 动能项 (可忽略，为 0) − 入口阻力 (1) = 5 m 。
– 实际安装高度 2 m < 5 m ，合适。
注意
题目未给管径时，动压头可忽略（为 0） ，不要纠结于算流速。减的是入口阻力
1，不是总损失 4。
• 第三问（80℃ 水）：
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
– 80℃ 水，饱和蒸汽压 47.4 kPa，需校正温度项。
– 校正后 Hs 变小（约 1.4 m） ，允许安装高度进一步减小，小于2 m。
– 实际安装高度 2 m > 允许安装高度，不合适。
例
温度升高 → 饱和蒸汽压增大 → 校正项 pv/ρg 变大 → Hs 减小 → 允许安装高度
减小。20℃ 时合适，80℃ 时就不合适了。
安装泵的工程启示
• 装泵时必须考虑输送流体可能达到的最高温度（不能冬天合适、夏天不能用） 。
• 必须考虑工艺中可能用到的 最大流量（流量增大 → 动能和入口阻力增大 → 允
许安装高度减小） 。
• 泵的流量、扬程满足要求只是选泵的前提，安装位置还需满足允许安装高度的
限制，避免气蚀。
10 月 29 日
允许吸上真空度法回顾
• 上次课介绍了离心泵工作点、流量调节及安装高度限制
• 第一种方法：在供液面到泵入口处列机械能衡算式，得到安装高度计算公式
• 定义了允许吸上真空度 𝐻𝑠 的概念，得到允许安装高度的第一种计算方法
• 𝐻𝑠 是在 20℃ 水条件下测得的，若流体性质、温度、密度或当地大气压有差异，
需进行校正
注意
校正公式包含三方面：当地大气压校正、温度校正、密度校正。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
气蚀余量（NPSH）
• 在机械能衡算式中，吸入端的静压头为 𝑃1/𝜌𝑔，动压头为 𝑢2
1/2𝑔
• 将动压头 + 静压头，再减去饱和蒸汽压头，得到的量称为气蚀余量
• 气蚀余量越小，入口端压力越接近饱和蒸汽压，越容易发生气蚀
定义
气蚀余量 = 吸入端静压头 + 吸入端动压头 − 饱和蒸汽压头， 即泵入口处液体总
压头与饱和蒸汽压头之差。
允许气蚀余量
• 气蚀余量有一个最小值，这个最小值称为允许气蚀余量
• 用允许气蚀余量代替气蚀余量代入安装高度公式，即可得到允许安装高度的第
二种计算方法
注意
气蚀余量越小越容易发生气蚀， 因此存在一个最小值 （允许气蚀余量） ， 对应安
装高度的最大值。
允许安装高度的第二种计算方法
• 将静压头和动压头合并，改写安装高度公式，代入气蚀余量定义式
• 用允许气蚀余量代替气蚀余量，得到最大允许安装高度
注意
两种方法的选择取决于题目给的条件：给的是允许吸上真空度还是允许气蚀余
量。用允许气蚀余量计算时，还需知道液体的饱和蒸汽压。
注意
列机械能衡算式计算安装高度时，是在供液面到泵吸入口之间列式，阻力损失
只是入口的阻力损失，不是整条管路的阻力损失。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
允许气蚀余量的校正
• 允许气蚀余量也是在一个大气压下、20℃ 的水条件下测得的
• 使用条件不同时仍需校正，一般校正系数会在说明书里给出
• 实际使用中很多情况直接使用，因为大部分输送介质是水
气蚀现象及其产生原因
• 气蚀现象： 吸入口液体汽化， 产生气泡向中心外围走， 形成局部真空， 水向这些
地方涌来产生水锤现象
• 本质原因是液体在入口处汽化，实际操作中必须避免
注意
气蚀产生的原因：
1. 安装高度太高，入口压力减小，低于饱和蒸汽压则汽化
2. 流体温度太高，𝐻𝑠 下降，或饱和蒸汽压 𝑃𝑣 升高，使允许安装高度下降
3. 入口阻力升高，允许安装高度下降
4. 流量增大（动压头项增大） ，允许安装高度下降
注意
选泵时需考虑会使用到的最高温度和工艺流程中可能用到的最大流量，否则温
度升高或流量增大后，原安装高度可能不再合适。
安装高度的注意事项
• 安装高度是指泵与供液面之间的垂直高度，是相对值
• 若计算值小于 0，说明泵必须安装在储槽液面下方，并非没有意义
• 流量越大，允许安装高度越小
• 为安全起见，实际安装时可在计算出的允许安装高度基础上再减小一些（如
0.5m） ，留出安全余量
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
例题：丁烷输送泵安装高度校核
• 用离心式油泵将密闭容器中 30℃ 的丁烷送出，输送量 9 m³/h
• 溶液上方绝对压强 340 kPa，液面降到最低时在泵入口中心线以下 2.5 m
• 已知：30℃ 丁烷密度 580 kg/m³，饱和蒸汽压 300 kPa，吸入管路直径 50×3，总
长 15 m（含局部阻力当量长度） ，摩擦系数0.03，允许气蚀余量 2.8 m
• 题目给的是允许气蚀余量，应选用第二种方法计算
例
计算步骤：
1. 计算流速：流量 9 m³/h 换算为 m³/s（需除以 3600） ，管径用内径（50×3 中
3 是壁厚，内径 = 0.05 − 2×0.003 = 0.044 m ）
2. 用范宁公式计算入口阻力
3. 代入最大允许安装高度公式，得 2.13 m
4. 实际安装高度 2.5 m > 2.13 m ，泵不能正常工作
注意
单位统一问题：
• 范宁公式 𝑙/𝑑⋅𝑢2/2 算出的单位是 J/kg， 需除以重力加速度g 换算为 J/N（m） ，
与公式中其他项统一
• 流量换算时不要漏掉除以 3600，否则流速会算出几千米每秒，明显不合理
• 计算阻力时不要漏掉重力加速度，否则会差约 10 倍
• 液体流速一般在 0.5∼3 m/s 范围内，算完应自行检查合理性
Study Notes 137 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
气蚀与气缚的区分
例
离心泵发生气蚀时，叶轮中心附近气泡里的气体是被输送液体的蒸汽（选 C） 。
注意
气蚀与气缚的区别：
• 气蚀：气泡内是被输送液体的蒸汽（液体汽化所致）
• 气缚：泵内有空气，原因是没灌泵或轴封不好进入空气
允许气蚀余量与气蚀的关系
例
一台离心泵的允许气蚀余量越大，说明它越容易发生气蚀。因为允许气蚀余量
越大，算出的最大安装高度越小，越容易发生气蚀。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
沸腾状态下输送液体的气蚀判断
例
被输送液体在储槽中处于沸腾状态时，最大允许安装高度一定为负值（选 B） 。
因为供液面处于沸腾状态，其压力等于饱和蒸汽压，供液面压头与饱和蒸汽压
头之差为 0，再减去允许气蚀余量和入口阻力，结果必为负值。
离心泵的类型
• 按输送液体性质不同分为：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等
• 清水泵：输送清水或性质相近的液体，有单动泵、双动泵之分，符号不同
• 耐腐蚀泵：型号打头字母为 F
• 油泵：要求良好密封性，型号打头字母为 Y
• 杂质泵：输送含颗粒液体，用 P 表示
离心泵的选用
• 离心泵有特性曲线，管路输送有管路特性曲线，两线交点构成工作点
Study Notes 139 / 341 先看条件，再套公式

流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
例
选用步骤：
1. 根据输送流体的物性选择泵的类型（清水泵、油泵、耐腐蚀泵等）
2. 确定管路流量（由生产任务决定）和所需压头（由管路特性曲线确定）
3. 按性能曲线找满足 𝐻 和 𝑞 要求的泵， 泵能提供的扬程和流量需≥ 管路所需
4. 流量有变化时选最大流量，温度变化时考虑最高温度
5. 若查到的泵不能刚好对应，选稍大一点的，留出余量
6. 几种情况都可行时，选效率最高的点
7. 液体性质与清水相差较大时，需进行校正（特性曲线是 20℃ 水测得的）
8. 安装高度和扬程都取稍大一点，留安全余量
注意
泵的效率由三部分影响：容积损失、水力损失、机械损失。应在一定流量范围
内选择效率最高的点，避免选在效率太低的地方（从能量利用率角度考虑） 。
离心泵型号的含义
例
型号 IS180-160 的含义：
• IS：单级单吸泵
• 100：泵吸入口内径（mm）
• 80：泵排出口内径（mm）
• 160：叶轮直径（mm）
注意
考虑轴向推力时可能采用双吸泵；单吸泵只有一个吸入口。
离心泵的型号含义
• 型号由多段代号组成，各段代表不同特性参数
• 例：40 表示吸入口直径，F 表示耐腐蚀离心泵，26 表示扬程
• 具体参数可在泵的说明书中查得
Study Notes 140 / 341 先看条件，再套公式

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