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书名：过程流体机械
定价：79.0
ISBN：9787030593023
作者：无
版次：1
出版时间：2018-09
内容提要：
本书是江苏省高等学校重点教材，介绍了过程工业中常用的流体机械，内容包括：过程流体机械的用途、分类及发展趋势，往复活塞式压缩机，其他容积式压缩机，离心泵，其他泵，离心式压缩机，离心机，高速回转件的强度以及高速转轴的临界转速。侧重于介绍流体机械的工作原理，涉及流体力学、热力学和动力学理论以及基本结构和典型实例等，并对重要知识点配有导学视频，读者可随时在线学习。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1过程流体机械的作用 1
1.1.1过程工业概述 1
1.1.2过程设备与过程流体机械 1
1.2过程流体机械的分类 1
1.2.1按能量转换分类 1
1.2.2按流体形态分类 2
1.2.3按结构特征分类 2
1.3气体性质与热力过程 3
1.3.1 气体种类及状态方程 3
1.3.2 气体热力过程 4
1.3.3 气体的物化性质及流动性质 6
1.4压缩机概述 8
1.4.1 压缩机的应用及分类 8
1.4.2各种压缩机的特点 11
1.4.3压缩机的基本术语 11
1.5泵概述 12
1.5.1 泵的应用及分类 12
1.5.2各种泵的特点 13
1.5.3泵的基本术语 14
1.6过程流体机械技术进展 15
1.6.1 大型化与微型化 15
1.6.2透平机械流体动力学研究 16
1.6.3先进成型制造技术 17
1.6.4故障诊断技术 17
1.6.5其他技术进展 18
思考题 18
第2章 往复活塞式压缩机 20
2.1概述 20
2.1.1 活塞压缩机基本结构及工作原理 20
2.1.2活塞压缩机的特点 21
2.1.3活塞压缩机的分类 22
2.2活塞式压缩机热力分析 22
2.2.1 活塞压缩机的理论循环 23
2.2.2活塞压缩机的实际循环 27
2.2.3 活塞压缩机的排气量 28
2.2.4活塞压缩机的功率和效率 31
2.2.5 多级压缩 36
2.3活塞式压缩机动力分析 40
2.3.1 曲柄连杆机构运动分析 40
2.3.2曲柄连杆机构惯性力分析 41
2.3.3活塞压缩机中的作用力和力矩 44
2.3.4活塞压缩机的动力平衡 48
2.3.5切向力 52
2.4活塞式压缩机总体结构 53
2.4.1 活塞压缩机的结构形式 53
2.4.2设计原则 53
2.4.3主要参数的选择 54
2.5 活塞式压缩机主要零部件结构 55
2.5.1气缸 55
2.5.2活塞组件 58
2.5.3填料函 61
2.5.4 气阀 62
2.5.5 曲轴 64
2.5.6连杆 66
2.6活塞式压缩机的运转 67
2.6.1排气量调节 67
2.6.2润滑 68
2.6.3冷却 70
2.6.4带见故障及维护 71
思考题 74
分析应用题 75
第3章 其他容积式压缩机 77
3.1螺杆压缩机 77
3.1.1 基本结构及工作原理 77
3.1.2螺杆压缩机性能及应用范围 78
3.2单螺杆压缩机 80
3.2.1 基本结构及工作原理 80
3.2.2单螺杆压缩机性能及应用范围 81
3.3滑片压缩机 82
3.3.1 基本结构及工作原理 82
3.3.2 滑片压缩机性能及应用范围 83
3.3.3滑片压缩机与螺杆压缩机性能对比 83
思考题 84
第4章 离心泵 85
4.1 离心泵基本结构与工作原理 85
4.1.1 离心泵基本结构 85
4.1.2 离心泵分类 90
4.1.3 离心泵的工作原理 90
4.1.4 离心泵的基本理论 91
4.2泵相似理论 104
4.2.1 泵相似理论基础 104
4.2.2泵相似定律 106
4.2.3比例定律 107
4.2.4切割定律 108
4.2.5比转数 108
4.2.6泵相似理论的应用 110
4.3离心泵性能曲线 112
4.3.1性能曲线概述 112
4.3.2性能曲线形状分析 113
4.3.3几何参数对泵性能曲线的影响 116
4.4泵系统管路性能曲线 118
4.4.1 离心泵的工作点 120
4.4.2 离心泵的串联与并联 121
4.4.3 离心泵串并联工作性能比较 123
4.5离心泵的流墨调节 123
4.5.1 改变管路性能曲线 123
4.5.2 改变泵性能曲线 124
4.6离心泵吸入特性和安装高度的确定 126
4.6.1 离心泵汽蚀及其危害一126
4.6.2汽蚀余量 128
4.6.3改善离心泵汽蚀性能的途径 130
4.6.4 离心泵安装高度的确定 132
4.7离心泵轴向力平衡 135
4.7.1 轴向力计算一135
4.7.2轴向力平衡 137
4.8典型离心泵 141
4.8.1单级单吸式离心泵 141
4.8.2单级双吸式离心泵 141
4.8.3分段式多级离心泵 142
4.9离心泵的型号编制 143
4.10离心泵的选型 143
4.10.1选型原则 143
4.10.2选型步骤 143
思考题 146
分析应用题 147
第5章 其他泵 149
5.1轴流泵 149
5.1.1 轴流泵的原理和结构 149
5.1.2轴流泵的基本方程 149
5.1.3轴流泵的性能特点 150
5.2旋涡泵 151
5.2.1 旋涡泵的结构和工作原理 151
5.2.2旋涡泵的流量调节 152
5.3往复活塞泵 152
5.3.1典型结构与工作原理 152
5.3.2工作特性 153
5.3.3特点及应用场合 154
5.4螺杆泵 154
5.4.1 螺杆泵典型结构 154
5.4.2工作原理 156
5.4.3特点及应用场合 156
5.5滑片泵 156
5.5.1 典型结构与工作原理 156
5.5.2特点及应用场合 156
5.6齿轮泵 157
5.6.1典型结构 157
5.6.2工作原理 157
5.6.3特点及应用场合 158
思考题 158
第6章 离心式压缩机 159
6.1概述 159
6.1.1 离心式压缩机的特点 159
6.1.2 离心式压缩机的基本结构及工作原理 160
6.2离心式压缩机热力过程分析 163
6.2.1 离心式压缩机的基本方程及应用 163
6.2.2功率和效率 167
6.2.3级间温度、压力的计算 170
6.2.4 离心式压缩机级的性能曲线及工况 173
6.3叶轮 177
6.3.1 叶轮的分类 177
6.3.2叶轮的主要参数 182
6.4离心式压缩机的其他元件 184
6.4.1吸气室 185
6.4.2扩压器 185
6.4.3 弯道及回流器 189
6.4.4蜗壳 190
6.5离心式压缩机的密封 192
6.5.1迷宫密封 192
6.5.2机械密封 195
6.5.3浮环密封 195
6.5.4干气密封 196
思考题 197
分析应用题 198
第7章 离心机 200
7.1 离心机的工作原理与基本参量 200
7.1.1 离心机的工作原理 200
7.1.2分离因数 201
7.1.3 离心液压 202
7.1.4离心过滤速率 204
7.1.5颗粒沉降速度及沉降离心机的生产能力 205
7.2离心机的典型结构 209
7.2.1 离心机的基本结构及分类 209
7.2.2迂滤离心机 210
7.2.3沉降离心机 218
7.2.4离心分离机 222
7.3离心机的选型 230
7.3.1选型依据 230
7.3.2选型步骤 233
7.3.3 多机种联用、综合选型与离心机标准 235
思考题 236
分析应用题 237
第8章 高速回转件的强度 238
8.1 高速回转轮盘的强度 238
8.1.1轮盘的力学分析 238
8.1.2等厚度回转轮盘的应力分析 240
8.1.3锥形回转轮盘的应力分析 243
8.1.4 实际回转轮盘的应力计算 243
8.2高速转鼓壁的强度 245
8.2.1 鼓壁自身质量引起的应力 246
8.2.2 筛网质量引起的鼓壁应力 247
8.2.3物料质量引起的鼓壁应力 248
8.2.4转鼓壁的强度计算 249
思考题 254
分析应用题 255
第9章 高速转轴的临界转速 256
9.1 高速回转机械的振动与临界转速 256
9.2临界转速的计算方法 258
9.2.1特征值法 258
9.2.2影响系数法 262
9.2.3 临界转速的近似法 267
9.3影响临界转速的其他因素 271
9.3.1 回转力矩的影响 271
9.3.2臂长的影响 272
9.3.3 约束支承影响 273
思考题 275
分析应用题 275
参考文献 277
附录1常用气体的主要物理性质 279
附录2汉英过程流体机械圭要技术词汇 280
附录3导学微视频索引 284
附录4主要符号表 285
在线试读：
第1章 绪论
1.1 过程流体机械的作用
1.1.1 过程工业概述
过程工业是现代国民经济支柱产业之一，过程工业是指以流程性物料为主要生产对象，完成各种生产过程的工业。流程性物料一般是液体、气体或粉体。过程工业涉及石油化工、化学化工、冶金、矿业、轻工、机械、建筑、医药、电力、交通运输、食品、水利、农业、环保、航空航天、国防等行业。
过程工业生产在“软件”上是通过工艺过程实现的，在“硬件”上是通过成套过程装置实现的。
1.1.2 过程设备与过程流体机械
成套过程装置是由一系列的单元过程设备（静设备）和过程流体机械（动设备），按照一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的，再配以必要的控制仪器仪表，使流程性材料在装置内部经历必要的物理和化学过程，制造出所需产品。
单元过程设备主要包括储存设备、换热设备、反应设备、塔设备等静设备。过程流体机械主要包括泵（液体工作介质）、压缩机（气体工作介质）、离心机（气、液、固混合工作介质）等动设备。
过程流体机械指的是以流体为基本工作介质进行能量转换、处理、增压与输送的机械。过程流体机械应用场合多，发挥不同的作用，三个基本功用是：①给流体增压，或者为流体输送；②参与生产环节，满足生严工艺的需要；③提供动力气源或进行环境通风等。
如同人体的心脏与肺一样，过程流体机械是过程工业的动力和核心设备。其能量消耗约占总能量生产的1/3。相对于静设备，过程流体机械具有一定的复杂性，原因在于高速运动件的存在以及流体与固体的相互作用。
1.2 过程流体机械的分类
1.2.1 按能量转换分类
按照能量转换方式的不同，过程流体机械分为原动机和工作机。原动机是将流体的能量转换为机械能，用来输出轴功率。汽轮机、水轮机、燃气轮机就属于原动机。工作机是将机械能转变为流体的能量，用来改变流体的状态与输送流体。像活塞式压缩机、离心泵、往复泵等属于工作机。原动机与工作机的理论基础、作用原理以及结构形式相似。但是所进行的过程相反，所起的作用也相反，就像内燃机与活塞压缩机一样。本课程的内容只关注工作机。
1.2.2 按流体形态分类
按照流体介质的不同，过程流体机械分为压缩机、泵、分离机等。压缩机是将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压或输送气体的机械。压缩机内的流体介质是气体，根据排气压力（表压）大小，又可细分为压缩机(排气压力≥0.2 MPa)、鼓风机(排气压力为0.015～0.2 MPa)、通风机(排气压力<0.015 MPa)。泵内的流体介质是液体，泵是将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压或输送液体的机械。分离机是用机械能将混合介质分离开来的机械，有多种结构形式。
1.2.3 按结构特征分类
按照工作原理及结构特征的不同，过程流体机械主要有动力式和容积式两大类，不属于上述两类机型的所占比例较小，归为其他形式（表1.1）。
动力式流体机械细分为叶片式和流体作用式。叶片式顾名思义以叶片为核心元件，有许多种具体的形式，如离心泵、旋涡泵、离心式压缩机、轴流压缩机等，在流体机械中占有重要的地位。流体作用式没有叶轮那样的做功元件，采用的是流体动力学原理，如蒸汽喷射器、水力射流泵等。
容积式流体机械的结构特征足可形成封闭的空间，其容积可以变化。具体有往复式和回转式两类。往复式的代表形式有活塞泵、活塞压缩机等，回转式的代表形式有齿轮泵、螺杆压缩机等。
1.3 气体性质与热力过程
1.3.1 气体种类及状态方程
流体机械内部被压缩与输送的介质主要是液体和气体。要学好过程流体机械，必须熟悉流体的行为。液体几乎不可压缩（压力不是很高时），研究起来相对简单。气体是可压缩介质，压强、比容、温度等可能随时变化，研究起来相对复杂，因此必须对气体有基本的认识。
1．气体分类
《瓶装气体分类》(GBIT 16163 -2012)将气体分为以下四类：
(1)压缩气体（亦称**气体）。临界温度≤-50℃的气体，如空气、氩、氧、氢、一氧化氮、一氧化碳、甲烷等。
(2)高压液化气体。-50℃<临界温度≤65。c的气体，如二氧化碳、氯化氢、六氟化硫、乙烷、乙烯等。
(3)低压液化气体。临界温度>650C的气体，如氯、二氧化硫、氨、硫化氢、丙烷、丙烯、液化石油气等。
(4)溶解气体。如乙炔。
2．理想气体与实际气体
(1)理想气体。现实中并没有理想气体，是为了简化问题分析而假定的气体。假设分子是不占有体积的弹性质点；分子之间没有作用力；分子碰撞完全弹性，无动能损失。这样，状态参数的关系可用简单的表达式描述。
实际气体压力p一0，比容v—o。，温度丁不太低时，即处于远离液态的稀薄状态时，可认力接近于理想气体。一些气体，在一定条件下，产生误差不大时可近似按理想气体处理。
(2)实际气体。实际气体分子间有复杂的作用力，分子本身占有体积。分子间的作用力有范德瓦耳斯力、氢键、相斥力、偏心力等。热力性质复杂，状态参数的关系描述不再简单，工程计算中经常用图表来表示。
3．气体的状态方程
1)理想气体状态方程
理想气体在任一平衡状态时m v、T之间关系的方程式即理想气体状态方程式，或称克拉佩龙(Clapeyron)方程。
pv= RT(1.1)
式中，R为气体常数，单位为J/(kg．K)，其数值取决于气体的种类，与气体状态无关，如干空气，287 J/(kg-K)；压强p的国际标准单位是Pa，即N/tr12；比容v的单位是m3/kg；热力学温度丁的单位是K。
克拉佩龙方程可看作是描述lkg气体的状态方程。如果是m kg，气体的状态方程可表达为
pV=rriRT(1.2)
式中，V表示气体的体积，单位是m3。
对于lkmol气体，气体的状态方程可表达为
pVM=MRT= RMT(1.3)
式中，V为千摩尔体积，单位是m3/kmol;M是摩尔质量，单位为g/mol，即kg/kmol;MR=RM，RM=8314 J/(kmol．K)，RM被称为通用气体常数（也叫摩尔气体常数），由阿伏伽德罗(Avogadro)定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关。
如果是船kmol，气体的状态方程可表达为pV= YiRMT(1.4)
2)实际气体状态方程
实际气体状态方程要比理想气体复杂，有许多不同的表述方法。下面介绍*典型的两种方法。
一种方法是对理想气体的两个基本假定（分子不占有体积、除碰撞外分子间没有相互作用力）进行修正，如范德瓦耳斯(van der Waals)方程，引入物性常数以、6，分别修正压力项与体积项。
另外一种方法是采用总修正系数修正理想气体状态方程，这种方洼压缩机较多采用。
pv= ZRT(1.6)
式中，Z称为气体压缩因子(compressibility factor)，也叫做气体压缩性系数。
气体压缩因子Z基于对比参数通过通用气体压缩因子图（图1.1）查取。通用气体压缩因子图的横坐标是对比压力p，，即压力与临界压力的比值；不同的对比温度Tr用曲线簇表示，对比温度是温度与临界温度的比值。对比压力p，与对比温度Tr的交点所落纵坐标即为压缩因子Z。
1.3.2 气体热力过程
依次了解理想气体的四个基本热力过程：等容过程、等压过程、等温过程和等熵过程以及工程中较多出现的多变过程。
(1)等容过程。等容过程即比容不变，过程方程式：
V= const
由状态方程可导出状态参数关系式：
定价：79.0
ISBN：9787030593023
作者：无
版次：1
出版时间：2018-09
内容提要：
本书是江苏省高等学校重点教材，介绍了过程工业中常用的流体机械，内容包括：过程流体机械的用途、分类及发展趋势，往复活塞式压缩机，其他容积式压缩机，离心泵，其他泵，离心式压缩机，离心机，高速回转件的强度以及高速转轴的临界转速。侧重于介绍流体机械的工作原理，涉及流体力学、热力学和动力学理论以及基本结构和典型实例等，并对重要知识点配有导学视频，读者可随时在线学习。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1过程流体机械的作用 1
1.1.1过程工业概述 1
1.1.2过程设备与过程流体机械 1
1.2过程流体机械的分类 1
1.2.1按能量转换分类 1
1.2.2按流体形态分类 2
1.2.3按结构特征分类 2
1.3气体性质与热力过程 3
1.3.1 气体种类及状态方程 3
1.3.2 气体热力过程 4
1.3.3 气体的物化性质及流动性质 6
1.4压缩机概述 8
1.4.1 压缩机的应用及分类 8
1.4.2各种压缩机的特点 11
1.4.3压缩机的基本术语 11
1.5泵概述 12
1.5.1 泵的应用及分类 12
1.5.2各种泵的特点 13
1.5.3泵的基本术语 14
1.6过程流体机械技术进展 15
1.6.1 大型化与微型化 15
1.6.2透平机械流体动力学研究 16
1.6.3先进成型制造技术 17
1.6.4故障诊断技术 17
1.6.5其他技术进展 18
思考题 18
第2章 往复活塞式压缩机 20
2.1概述 20
2.1.1 活塞压缩机基本结构及工作原理 20
2.1.2活塞压缩机的特点 21
2.1.3活塞压缩机的分类 22
2.2活塞式压缩机热力分析 22
2.2.1 活塞压缩机的理论循环 23
2.2.2活塞压缩机的实际循环 27
2.2.3 活塞压缩机的排气量 28
2.2.4活塞压缩机的功率和效率 31
2.2.5 多级压缩 36
2.3活塞式压缩机动力分析 40
2.3.1 曲柄连杆机构运动分析 40
2.3.2曲柄连杆机构惯性力分析 41
2.3.3活塞压缩机中的作用力和力矩 44
2.3.4活塞压缩机的动力平衡 48
2.3.5切向力 52
2.4活塞式压缩机总体结构 53
2.4.1 活塞压缩机的结构形式 53
2.4.2设计原则 53
2.4.3主要参数的选择 54
2.5 活塞式压缩机主要零部件结构 55
2.5.1气缸 55
2.5.2活塞组件 58
2.5.3填料函 61
2.5.4 气阀 62
2.5.5 曲轴 64
2.5.6连杆 66
2.6活塞式压缩机的运转 67
2.6.1排气量调节 67
2.6.2润滑 68
2.6.3冷却 70
2.6.4带见故障及维护 71
思考题 74
分析应用题 75
第3章 其他容积式压缩机 77
3.1螺杆压缩机 77
3.1.1 基本结构及工作原理 77
3.1.2螺杆压缩机性能及应用范围 78
3.2单螺杆压缩机 80
3.2.1 基本结构及工作原理 80
3.2.2单螺杆压缩机性能及应用范围 81
3.3滑片压缩机 82
3.3.1 基本结构及工作原理 82
3.3.2 滑片压缩机性能及应用范围 83
3.3.3滑片压缩机与螺杆压缩机性能对比 83
思考题 84
第4章 离心泵 85
4.1 离心泵基本结构与工作原理 85
4.1.1 离心泵基本结构 85
4.1.2 离心泵分类 90
4.1.3 离心泵的工作原理 90
4.1.4 离心泵的基本理论 91
4.2泵相似理论 104
4.2.1 泵相似理论基础 104
4.2.2泵相似定律 106
4.2.3比例定律 107
4.2.4切割定律 108
4.2.5比转数 108
4.2.6泵相似理论的应用 110
4.3离心泵性能曲线 112
4.3.1性能曲线概述 112
4.3.2性能曲线形状分析 113
4.3.3几何参数对泵性能曲线的影响 116
4.4泵系统管路性能曲线 118
4.4.1 离心泵的工作点 120
4.4.2 离心泵的串联与并联 121
4.4.3 离心泵串并联工作性能比较 123
4.5离心泵的流墨调节 123
4.5.1 改变管路性能曲线 123
4.5.2 改变泵性能曲线 124
4.6离心泵吸入特性和安装高度的确定 126
4.6.1 离心泵汽蚀及其危害一126
4.6.2汽蚀余量 128
4.6.3改善离心泵汽蚀性能的途径 130
4.6.4 离心泵安装高度的确定 132
4.7离心泵轴向力平衡 135
4.7.1 轴向力计算一135
4.7.2轴向力平衡 137
4.8典型离心泵 141
4.8.1单级单吸式离心泵 141
4.8.2单级双吸式离心泵 141
4.8.3分段式多级离心泵 142
4.9离心泵的型号编制 143
4.10离心泵的选型 143
4.10.1选型原则 143
4.10.2选型步骤 143
思考题 146
分析应用题 147
第5章 其他泵 149
5.1轴流泵 149
5.1.1 轴流泵的原理和结构 149
5.1.2轴流泵的基本方程 149
5.1.3轴流泵的性能特点 150
5.2旋涡泵 151
5.2.1 旋涡泵的结构和工作原理 151
5.2.2旋涡泵的流量调节 152
5.3往复活塞泵 152
5.3.1典型结构与工作原理 152
5.3.2工作特性 153
5.3.3特点及应用场合 154
5.4螺杆泵 154
5.4.1 螺杆泵典型结构 154
5.4.2工作原理 156
5.4.3特点及应用场合 156
5.5滑片泵 156
5.5.1 典型结构与工作原理 156
5.5.2特点及应用场合 156
5.6齿轮泵 157
5.6.1典型结构 157
5.6.2工作原理 157
5.6.3特点及应用场合 158
思考题 158
第6章 离心式压缩机 159
6.1概述 159
6.1.1 离心式压缩机的特点 159
6.1.2 离心式压缩机的基本结构及工作原理 160
6.2离心式压缩机热力过程分析 163
6.2.1 离心式压缩机的基本方程及应用 163
6.2.2功率和效率 167
6.2.3级间温度、压力的计算 170
6.2.4 离心式压缩机级的性能曲线及工况 173
6.3叶轮 177
6.3.1 叶轮的分类 177
6.3.2叶轮的主要参数 182
6.4离心式压缩机的其他元件 184
6.4.1吸气室 185
6.4.2扩压器 185
6.4.3 弯道及回流器 189
6.4.4蜗壳 190
6.5离心式压缩机的密封 192
6.5.1迷宫密封 192
6.5.2机械密封 195
6.5.3浮环密封 195
6.5.4干气密封 196
思考题 197
分析应用题 198
第7章 离心机 200
7.1 离心机的工作原理与基本参量 200
7.1.1 离心机的工作原理 200
7.1.2分离因数 201
7.1.3 离心液压 202
7.1.4离心过滤速率 204
7.1.5颗粒沉降速度及沉降离心机的生产能力 205
7.2离心机的典型结构 209
7.2.1 离心机的基本结构及分类 209
7.2.2迂滤离心机 210
7.2.3沉降离心机 218
7.2.4离心分离机 222
7.3离心机的选型 230
7.3.1选型依据 230
7.3.2选型步骤 233
7.3.3 多机种联用、综合选型与离心机标准 235
思考题 236
分析应用题 237
第8章 高速回转件的强度 238
8.1 高速回转轮盘的强度 238
8.1.1轮盘的力学分析 238
8.1.2等厚度回转轮盘的应力分析 240
8.1.3锥形回转轮盘的应力分析 243
8.1.4 实际回转轮盘的应力计算 243
8.2高速转鼓壁的强度 245
8.2.1 鼓壁自身质量引起的应力 246
8.2.2 筛网质量引起的鼓壁应力 247
8.2.3物料质量引起的鼓壁应力 248
8.2.4转鼓壁的强度计算 249
思考题 254
分析应用题 255
第9章 高速转轴的临界转速 256
9.1 高速回转机械的振动与临界转速 256
9.2临界转速的计算方法 258
9.2.1特征值法 258
9.2.2影响系数法 262
9.2.3 临界转速的近似法 267
9.3影响临界转速的其他因素 271
9.3.1 回转力矩的影响 271
9.3.2臂长的影响 272
9.3.3 约束支承影响 273
思考题 275
分析应用题 275
参考文献 277
附录1常用气体的主要物理性质 279
附录2汉英过程流体机械圭要技术词汇 280
附录3导学微视频索引 284
附录4主要符号表 285
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第1章 绪论
1.1 过程流体机械的作用
1.1.1 过程工业概述
过程工业是现代国民经济支柱产业之一，过程工业是指以流程性物料为主要生产对象，完成各种生产过程的工业。流程性物料一般是液体、气体或粉体。过程工业涉及石油化工、化学化工、冶金、矿业、轻工、机械、建筑、医药、电力、交通运输、食品、水利、农业、环保、航空航天、国防等行业。
过程工业生产在“软件”上是通过工艺过程实现的，在“硬件”上是通过成套过程装置实现的。
1.1.2 过程设备与过程流体机械
成套过程装置是由一系列的单元过程设备（静设备）和过程流体机械（动设备），按照一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的，再配以必要的控制仪器仪表，使流程性材料在装置内部经历必要的物理和化学过程，制造出所需产品。
单元过程设备主要包括储存设备、换热设备、反应设备、塔设备等静设备。过程流体机械主要包括泵（液体工作介质）、压缩机（气体工作介质）、离心机（气、液、固混合工作介质）等动设备。
过程流体机械指的是以流体为基本工作介质进行能量转换、处理、增压与输送的机械。过程流体机械应用场合多，发挥不同的作用，三个基本功用是：①给流体增压，或者为流体输送；②参与生产环节，满足生严工艺的需要；③提供动力气源或进行环境通风等。
如同人体的心脏与肺一样，过程流体机械是过程工业的动力和核心设备。其能量消耗约占总能量生产的1/3。相对于静设备，过程流体机械具有一定的复杂性，原因在于高速运动件的存在以及流体与固体的相互作用。
1.2 过程流体机械的分类
1.2.1 按能量转换分类
按照能量转换方式的不同，过程流体机械分为原动机和工作机。原动机是将流体的能量转换为机械能，用来输出轴功率。汽轮机、水轮机、燃气轮机就属于原动机。工作机是将机械能转变为流体的能量，用来改变流体的状态与输送流体。像活塞式压缩机、离心泵、往复泵等属于工作机。原动机与工作机的理论基础、作用原理以及结构形式相似。但是所进行的过程相反，所起的作用也相反，就像内燃机与活塞压缩机一样。本课程的内容只关注工作机。
1.2.2 按流体形态分类
按照流体介质的不同，过程流体机械分为压缩机、泵、分离机等。压缩机是将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压或输送气体的机械。压缩机内的流体介质是气体，根据排气压力（表压）大小，又可细分为压缩机(排气压力≥0.2 MPa)、鼓风机(排气压力为0.015～0.2 MPa)、通风机(排气压力<0.015 MPa)。泵内的流体介质是液体，泵是将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压或输送液体的机械。分离机是用机械能将混合介质分离开来的机械，有多种结构形式。
1.2.3 按结构特征分类
按照工作原理及结构特征的不同，过程流体机械主要有动力式和容积式两大类，不属于上述两类机型的所占比例较小，归为其他形式（表1.1）。
动力式流体机械细分为叶片式和流体作用式。叶片式顾名思义以叶片为核心元件，有许多种具体的形式，如离心泵、旋涡泵、离心式压缩机、轴流压缩机等，在流体机械中占有重要的地位。流体作用式没有叶轮那样的做功元件，采用的是流体动力学原理，如蒸汽喷射器、水力射流泵等。
容积式流体机械的结构特征足可形成封闭的空间，其容积可以变化。具体有往复式和回转式两类。往复式的代表形式有活塞泵、活塞压缩机等，回转式的代表形式有齿轮泵、螺杆压缩机等。
1.3 气体性质与热力过程
1.3.1 气体种类及状态方程
流体机械内部被压缩与输送的介质主要是液体和气体。要学好过程流体机械，必须熟悉流体的行为。液体几乎不可压缩（压力不是很高时），研究起来相对简单。气体是可压缩介质，压强、比容、温度等可能随时变化，研究起来相对复杂，因此必须对气体有基本的认识。
1．气体分类
《瓶装气体分类》(GBIT 16163 -2012)将气体分为以下四类：
(1)压缩气体（亦称**气体）。临界温度≤-50℃的气体，如空气、氩、氧、氢、一氧化氮、一氧化碳、甲烷等。
(2)高压液化气体。-50℃<临界温度≤65。c的气体，如二氧化碳、氯化氢、六氟化硫、乙烷、乙烯等。
(3)低压液化气体。临界温度>650C的气体，如氯、二氧化硫、氨、硫化氢、丙烷、丙烯、液化石油气等。
(4)溶解气体。如乙炔。
2．理想气体与实际气体
(1)理想气体。现实中并没有理想气体，是为了简化问题分析而假定的气体。假设分子是不占有体积的弹性质点；分子之间没有作用力；分子碰撞完全弹性，无动能损失。这样，状态参数的关系可用简单的表达式描述。
实际气体压力p一0，比容v—o。，温度丁不太低时，即处于远离液态的稀薄状态时，可认力接近于理想气体。一些气体，在一定条件下，产生误差不大时可近似按理想气体处理。
(2)实际气体。实际气体分子间有复杂的作用力，分子本身占有体积。分子间的作用力有范德瓦耳斯力、氢键、相斥力、偏心力等。热力性质复杂，状态参数的关系描述不再简单，工程计算中经常用图表来表示。
3．气体的状态方程
1)理想气体状态方程
理想气体在任一平衡状态时m v、T之间关系的方程式即理想气体状态方程式，或称克拉佩龙(Clapeyron)方程。
pv= RT(1.1)
式中，R为气体常数，单位为J/(kg．K)，其数值取决于气体的种类，与气体状态无关，如干空气，287 J/(kg-K)；压强p的国际标准单位是Pa，即N/tr12；比容v的单位是m3/kg；热力学温度丁的单位是K。
克拉佩龙方程可看作是描述lkg气体的状态方程。如果是m kg，气体的状态方程可表达为
pV=rriRT(1.2)
式中，V表示气体的体积，单位是m3。
对于lkmol气体，气体的状态方程可表达为
pVM=MRT= RMT(1.3)
式中，V为千摩尔体积，单位是m3/kmol;M是摩尔质量，单位为g/mol，即kg/kmol;MR=RM，RM=8314 J/(kmol．K)，RM被称为通用气体常数（也叫摩尔气体常数），由阿伏伽德罗(Avogadro)定律可知，在同温、同压下不同气体的摩尔体积是相同的，因此通用气体常数不仅与气体状态无关，与气体的种类也无关。
如果是船kmol，气体的状态方程可表达为pV= YiRMT(1.4)
2)实际气体状态方程
实际气体状态方程要比理想气体复杂，有许多不同的表述方法。下面介绍*典型的两种方法。
一种方法是对理想气体的两个基本假定（分子不占有体积、除碰撞外分子间没有相互作用力）进行修正，如范德瓦耳斯(van der Waals)方程，引入物性常数以、6，分别修正压力项与体积项。
另外一种方法是采用总修正系数修正理想气体状态方程，这种方洼压缩机较多采用。
pv= ZRT(1.6)
式中，Z称为气体压缩因子(compressibility factor)，也叫做气体压缩性系数。
气体压缩因子Z基于对比参数通过通用气体压缩因子图（图1.1）查取。通用气体压缩因子图的横坐标是对比压力p，，即压力与临界压力的比值；不同的对比温度Tr用曲线簇表示，对比温度是温度与临界温度的比值。对比压力p，与对比温度Tr的交点所落纵坐标即为压缩因子Z。
1.3.2 气体热力过程
依次了解理想气体的四个基本热力过程：等容过程、等压过程、等温过程和等熵过程以及工程中较多出现的多变过程。
(1)等容过程。等容过程即比容不变，过程方程式：
V= const
由状态方程可导出状态参数关系式：