本书以职业教育“五金”建设中“金教材”为导向,深度依托校企合作编写。全书内容共分两个模块。模块一为工程流体力学,主要包括流体静力学方程、连续性方程、伯努利方程、流体阻力计算方法,同时重点介绍了电磁流量计等流量测量新技术;模块二为流体输送设备,主要以离心泵、风机、压缩机为主,结合实际工程应用,重点介绍离心泵及轴封、风机选型,同时给出了离心泵典型故障及处理方法、离心式压缩机总成设计案例、离心式压缩机故障及处理方法。

本书适合作为高等职业院校(含职业本科)太阳能光热技术与应用、热能动力工程技术、城市热能应用技术、地热开发技术、工业节能技术、供热通风与空调工程技术、应用化工技术、石油化工技术、油气储运技术等专业的教材,也可作为部分中等职业学校及相关企业工程技术人员的培训教材和参考书。

工程流体力学与流体输送设备是热能动力、石油化工、化工制药、暖通、环保等专业的基础课程。随着产业数字化、智能化、绿色化发展,产业对人才的需求,特别是对技术技能人才的需求也趋向于向交叉型、复合型转变。为了让职业院校的学生更好地适应新岗位的需求,在培养学生掌握必要的“技”的同时,更应该注重“术”的积累。

本书充分考虑新时代对职业院校学生培养的需要,结合学生学习特点,主要有以下特色:

一是以工程应用为导向,按模块化专题进行教材内容编排。全书共两个模块,其中模块一为工程流体力学,主要介绍流体流动基本规律及其在简单管路设计、分析过程中的应用。核心内容包括流体静力学方程、连续性方程、伯努利方程、流体阻力计算及流量测量仪表,同时紧跟行业前沿,引入了电磁流量计、超声波流量计等新技术及钢管尺寸规格等新国家标准。为提升学习挑战度和培养学生创新能力,该模块一方面设置了很多开放性的拓展思考,另一方面尝试做了一些学科间的交叉拓展。例如,介绍雷诺数Re 时,通过知识延展,介绍了其在传热领域的应用,以及雷诺数Re、努赛尔数Nu、普朗特数Pr 三者之间的关联式。模块二为流体输送设备,主要以离心泵为主,详细介绍了离心泵工作原理、基本结构及性能参数。相比同类型教材,还新增了离心泵轴封(基于泵用轴封系统等新行业标准)、离心泵选型和使用维护等内容。同时,对风机、压缩机也做了梳理介绍,重点提供了石油化工行业离心式压缩机总成设计案例、离心式压缩机故障及处理方案等。配合案例,帮助学生奠定流体输送设备选型操作与日常维护技能基础。

二是以能力培养为本,按实际工程项目或由实际工程项目简化进行案例选取与设计。为满足教学需求,本书充分考虑了案例使用的连续性,同一案例可能在不同内容模块下反复出现。比如,选取了新能源行业太阳能供热系统作为贯穿教材始终的案例分析对象,在学习前述两个模块内容时,通过串联循环管路与循环泵的选型计算,帮助学生从整体上掌握管网设计相关知识技能。对于本书中管道规格选取、流体阻力、离心泵扬程等核心计算过程,也设计了一些典型的Excel计算表,学生完全可以参照借鉴,以提高学习兴趣及效率,这也是本书与其他同类教材的不同之处。

三是以校企协同为引领,凸显教材的实用性和可借鉴性。本书副主编李勇军是中国化学工程第四建设有限公司设计研究院高级工程师,他参与编写了流体输送设备模块的内容,提供了他作为设计院机械专业负责人常用的离心泵轴封及选型、离心泵运行中的典型故障与处理方法,以及重油催化裂化装置离心式压缩机总成设计案例、离心式压缩机组典型故障与处理方法等宝贵资料。同时,本书的编写还得到了西安陕鼓动力股份有限公司史冰乐工程师的大力支持。史冰乐工程师提供了陕鼓动力大量压缩机组图片及风机样本等资料,极大丰富了教材内容,并对压缩机的内容编写给出了详细的指导意见,在此表示感谢。

四是聚焦立德树人,积极挖掘与课程相关的思政元素。主要以“拓展阅读”等形式插入,让学生德技双修,如介绍钱学森等一批先驱科学家,以此引导学生注重积累、热爱科学、崇尚奋斗,报效祖国。

本书配套有PPT电子课件、微课、课程标准、教案和线上课程等数字化资源,适合作为高等职业院校(含职业本科)能源动力、石油化工类专业的教材或参考书,也可供相关领域工程技术人员学习。

全书由湖南理工职业技术学院刘阳平、向钠、唐芳任主编;由中国化学工程第四建设有限公司设计研究院李勇军,湖南理工职业技术学院陈思超、吕爽任副主编。其中模块一由向钠、唐芳编写;模块二由刘阳平、李勇军编写;陈思超、吕爽共同负责了两个模块的CAD绘图及习题编写。最后全书由刘阳平、向钠统稿定稿。

本书内容丰富,涉及面广,但由于编者水平有限,加之时间仓促,书中难免存在疏漏,恳请广大读者、同仁批评指正! 诚挚欢迎读者朋友与团队交流反馈,邮箱:498414390@qq.com。

编 者

2025年1月

绪 论  001
模块一 工程流体力学  006
专题一 流体物性参数 006
一、流体的密度  007
二、流体的黏度  009
专题二 流体静力学 013
一、流体的压强  013
二、流体静力学基本方程  016
三、静力学方程的基本应用  018
专题三 流体流动的基本方程 022
一、流量与流速  023
二、流体流动时的连续性方程  026
三、伯努利方程及基本讨论  028
四、伯努利方程式的典型应用  036
专题四 流体流动现象(流动类型) 040
一、流体的两种流动类型  040
二、非圆形截面管道内的雷诺数计算  045
三、流体在圆形管道内的质点运动及速度分布  046
四、流体边界层  047
专题五 流体在管内的流动阻力 051
一、常见管道材料类别  051
二、管路的连接方式与布置原则  057
三、流体在管内的流动阻力  061
四、管路总能量损失的计算  069
五、减小流动阻力的基本途径  071
六、流体阻力计算的应用  072
专题六 复杂管路计算 074
专题七 流量测量 076
一、测速管  076
二、孔板流量计  078
三、文丘里流量计  079
四、转子流量计  080
五、电磁流量计  081
六、其他典型流量计量仪表  084
专题八 管路设计案例(以太阳能供热系统为例) 086
一、项目简介及基本方案设计  086
二、集热子系统管路设计计算内容  088
三、计算示例  088
习 题 089
模块二 流体输送设备  094
专题一 离心泵 096
一、离心泵的工作原理和主要部件  096
二、离心泵的主要性能参数  108
三、离心泵的特性曲线及性能影响因素  110
四、离心泵的汽蚀现象和安装高度  114
五、离心泵的工作点与流量调节  122
六、离心泵的类型与选择  127
七、离心泵常见故障的原因及处理  139
专题二 其他类型液体输送机械 140
一、往复泵  140
二、计量泵  143
三、旋转泵  144
四、旋涡泵  145
专题三 气体输送和压缩机械 147
一、认识气体输送机械  147
二、通风机  151
三、鼓风机  155
四、压缩机  156
五、真空泵  166
六、压缩机典型应用案例  168
七、压缩机常见故障及处理  177
习 题 178
附录  181
附录A 干空气的物理性质(101.33 kPa) 181
附录B 水的物理性质 182
附录C 饱和蒸汽表(按温度顺序排列) 183
附录D 饱和蒸汽表(按压力顺序排列) 185
附录E 常用无缝钢管尺寸规格(摘自GB/T17395—2024) 187
附录F 冷热水用PPR塑料管尺寸规格(摘自GB/T18742.2—2017) 189
附录G 泵规格 190
附录H 典型风机规格  196
参考文献  199

刘阳平，湖南理工职业技术学院

本书以职业教育“五金”建设中“金教材”为导向,深度依托校企合作编写。全书内容共分两个模块。模块一为工程流体力学,主要包括流体静力学方程、连续性方程、伯努利方程、流体阻力计算方法,同时重点介绍了电磁流量计等流量测量新技术;模块二为流体输送设备,主要以离心泵、风机、压缩机为主,结合实际工程应用,重点介绍离心泵及轴封、风机选型,同时给出了离心泵典型故障及处理方法、离心式压缩机总成设计案例、离心式压缩机故障及处理方法。