01 第一章 流体流动.pptx

第1页：第一章流体流动

第一章流体流动

1.研究流体流动问题的重要性流体是气体与液体的总称。

流体流动是最普遍的化工单元操作之一;

研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。

第2页：1.1流体静力学

• 流体静力学
• 密度
• 压力
• 流体静力学平衡方程

第3页：2.连续介质假定

2.连续介质假定假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点(或微团)所组成的连续介质。

质点:由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设备尺寸、远大于分子自由程。

工程意义:利用连续函数的数学工具,从宏观研究流体。

第4页：3.流体的特征具有流动性

3.流体的特征具有流动性;

无固定形状,随容器形状而变化;

受外力作用时内部产生相对运动。

不可压缩流体:流体的体积不随压力变化而变化,如液体;

可压缩性流体:流体的体积随压力发生变化,如气体。

第5页：1.1.1密度

1.1流体静力学

1.1.1密度

一、定义单位体积流体的质量

一、定义单位体积流体的质量,称为流体的密度。

kg/m3

二、单组分密度液体密度仅随温度变化(极高压力除外),其变化关系可从手册中查得。

第6页：气体当压力不太高、温度

气体当压力不太高、温度不太低时,可按理想气体状态方程计算:注意:手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下之值,若条件不同,

则密度需进行换算。

第7页：三、混合物的密度

三、混合物的密度混合气体各组分在混合前后质量不变,则有——气体混合物中各组分的体积分率。

或——混合气体的平均摩尔质量——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分率。

第8页：混合液体假设各组分在

混合液体假设各组分在混合前后体积不变,则有——液体混合物中各组分的质量分率。

四、比容单位质量流体具有的体积,是密度的倒数。

m3/kg

第9页：1.1.2压力流体垂直作用于单位面积上

1.1.2压力流体垂直作用于单位面积上的力,称为流体的静压强,习惯上又称为压力。

一、压力的特性流体压力与作用面垂直,并指向该作用面;

任意界面两侧所受压力,大小相等、方向相反;

作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。

二、压力的单位SI制:N/m2或Pa;

第10页：或以流体柱高度表示

或以流体柱高度表示:注意:用液柱高度表示压力时,必须指明流体的种类,如600mmHg,10mH2O等。

标准大气压的换算关系:1atm=1.013×105Pa=760mmHg=10.33mH2O三、

压力的表示方法绝对压力以绝对真空为基准测得的压力。

表压或真空度以大气压为基准测得的压力。

第11页：表压=绝对压力-大气

表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力绝对压力绝对压力绝对真空表压真空度大气压

第12页：1.1.3流体静力学平衡方程

1.1.3流体静力学平衡方程

一、静力学基本方程重力场中对液柱进行受力分析:(1)上端面所受总压力

(2)下端面所受总压力

(3)液柱的重力设流体不可压缩,p0p2p1z1z2G方向向下方向向上方向向下

第13页：液柱处于静止时

液柱处于静止时,上述三项力的合力为零:——静力学基本方程压力形式能量形式

第14页：讨论:1适用于重力场中静止、连续的同种不

讨论:(1)适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体;

(2)物理意义:

(2)物理意义:——单位质量流体所具有的位能,J/kg;

——单位质量流体所具有的静压能,J/kg。

在同一静止流体中,处在不同位置流体的位能和静压能各不相同,但二者可以转换,其总和保持不变。

第15页：在静止的、连续的同种流体内

(3)在静止的、连续的同种流体内,处于同一水平面上各点的压力处处相等。

压力相等的面

压力相等的面称为等压面。

(4)压力具有传递性:液面上方压力变化时,液体内部各点的压力也将发生相应的变化。

第16页：二、静力学基本方程的应用

• 静力学基本方程的应用
• 压力及压力差的测量
• U形压差计设指示液的密度为,被测流体的密度为。
• A与A′面为等压面,即而p1p2mRAA’

第17页：所以整理得若被测流体是气体

所以整理得若被测流体是气体,,则有

第18页：讨论:1U形压差计可测系统内两点的压力差

讨论:(1)U形压差计可测系统内两点的压力差,当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时,也可测得流体的表压或真空度;

表压真空度p1pap1pa

第19页：指示液的选取

(2)指示液的选取:指示液与被测流体不互溶,不发生化学反应;

其密度要大于被测流体密度。

应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。

第20页：思考:若U形压差计安装在倾斜管路中

思考:若U形压差计安装在倾斜管路中,此时读数R反映了什么?p1p2z2RAA’z1

第21页：双液体U管压差计扩大室内径

(2)双液体U管压差计扩大室内径与U管内径之比应大于10。

密度接近但不互溶的两种指示液A和C;

适用于压差较小的场合。

第22页：倒U形压差计指示剂密度小于被测流体

(3)倒U形压差计指示剂密度小于被测流体密度,如空气作为指示剂

(5)复式压差计

(4)倾斜式压差计适用于压差较小的情况。

适用于压差较大的情况。

第23页：例1-1如附图所示

例1-1如附图所示,水在水平管道内流动。

为测量流体在某截面处的压力,直接在该处连接一U形压差计,指示液为水银,读数R=250mm,h=900mm。

已知当地大气压为101.3kPa,水的密度1000kg/m3,水银的密度13600kg/m3。

试计算该截面处的压力。

第24页：例1-2如附图所示

例1-2如附图所示,蒸汽锅炉上装一复式压力计,指示液为水银,两U形压差计间充满水。

相对于某一基准面,各指示液界面高度分别为Z0=2.1m,Z2=0.9m,Z4=2.0m,Z6=0.7m,Z7=2.5m。

试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。

第25页：2.液位测量

2.液位测量

(1)近距离液位测量装置压差计读数R反映出容器内的液面高度。

液面越高,h越小,压差计读数R越小;

当液面达到最高时,h为零,R亦为零。

第26页：远距离液位测量装置管道中充满氮气

(2)远距离液位测量装置管道中充满氮气,其密度较小,近似认为而所以AB

第27页：3.液封高度的计算

3.液封高度的计算液封作用:确保设备安全:当设备内压力超过规定值时,气体从液封管排出;

防止气柜内气体泄漏。

液封高度:

第28页：1.2流体动力学

• 流体动力学
• 流体的流量与流速
• 定态流动与非定态流动
• 定态流动系统的质量守恒——连续性方程
• 定态流动系统的能量守恒——柏努利方程

第29页：1.2流体动力学

1.2流体动力学

1.体积流量单位时间内流经管道任意截面的流体体积。

VS——m3/s或m3/h2.质量流量单位时间内流经管道任意截面的流体质量。

mS——kg/s或kg/h。

二者关系:一、流量

1.2.1流体的流量与流速

第30页：二、流速

二、流速

2.质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。

1.流速(平均流速)单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。

kg/(m2·s)流量与流速的关系:m/s

第31页：对于圆形管道

对于圆形管道:流量VS一般由生产任务决定。

流速选择:三、管径的估算↑→d↓→设备费用↓流动阻力↑→动力消耗↑→操作费↑均衡考虑uu适宜费用总费用设备费操作费

第32页：常用流体适宜流速范围

第33页：1.2.2定态流动与非

1.2.2定态流动与非定态流动定态流动:各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化,而不随时间变化;

非定态流动:流体在各截面上的有关物理量既随位置变化,也随时间变化。

第34页：1.2.3定态流动系统的质量守恒

1.2.3定态流动系统的质量守恒——连续性方程对于定态流动系统,在管路中流体没有增加和漏失的情况下:推广至任意截面——连续性方程11′2′2

第35页：不可压缩性流体

不可压缩性流体,圆形管道:即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比。

第36页：例1-3如附图所示

例1-3如附图所示,管路由一段φ89×4mm的管

1、一段φ108×4mm的管2和两段φ57×3.5mm的分支管3a及3b连接而成。

若水以9×10-3m/s的体积流量流动,且在两段分支管内的流量相等,试求水在各段管内的速度。

3a123b

第37页：1.2.4定态流动系统的能量守恒

1.2.4定态流动系统的能量守恒——柏努利方程

一、总能量衡算

第38页：内能贮存于物质内部的能量

(1)内能贮存于物质内部的能量。

1kg流体具有的内能为U(J/kg)。

衡算范围:1-1′、2-2′截面以及管内壁所围成的空间衡算基准:1kg流体基准面:0-0′水平面

(2)位能流体受重力作用在不同高度所具有的能量。

1kg的流体所具有的位能为zg(J/kg)。

第39页：动能1kg的流体所具有

• 动能1kg的流体所具有的动能为(J/kg)
• 静压能静压能=1kg的流体所具有的静压能为(J/kg)
• 热设换热器向1kg流体提供的热量为(J/kg)。lAV

第40页：外功(有效功)1kg流体从

(6)外功(有效功)1kg流体从流体输送机械所获得的能量为We(J/kg)。

以上能量形式可分为两类:机械能:位能、动能、静压能及外功,可用于输送流体;

内能与热:不能直接转变为输送流体的能量。

第41页：2.实际流体的机械能衡算假设

2.实际流体的机械能衡算假设流体不可压缩,则流动系统无热交换,则流体温度不变,则

(1)以单位质量流体为基准设1kg流体损失的能量为ΣWf(J/kg),有:(1)式中各项单位为J/kg。

并且实际流体流动时有能量损失。

第42页：以单位重量流体为基准将

• 以单位重量流体为基准将
• 式各项同除重力加速度g:令则
• 式中各项单位为

第43页：z——位压头

z——位压头——动压头He——外加压头或有效压头。

——静压头总压头Σhf

——静压头总压头Σhf——压头损失

第44页：以单位体积流体为基准将

• 以单位体积流体为基准将
• 式各项同乘以:式中各项单位为
• ——压力损失

第45页：3.理想流体的机械能衡算

3.理想流体的机械能衡算理想流体是指流动中没有摩擦阻力的流体。

(4)

(5)——柏努利方程式

第46页：4.柏努利方程的讨论

4.柏努利方程的讨论

(1)若流体处于静止,u=0,ΣWf=0,We=0,则柏努利方程变为说明柏努利方程即表示流体的运动规律,也表示流体静止状态的规律。

(2)理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数,即

第47页：4.柏努利方程的讨论（附图）

Hz2210

第48页：zg、、——某截面上单位质量流体所具有

We、ΣWf——在两截面间单位质量流体获得或消耗的能量。

(3)zg、、——某截面上单位质量流体所具有的位能、动能和静压能;

有效功率:轴功率:

第49页：柏努利方程式适用于不可压缩性流体

(4)柏努利方程式适用于不可压缩性流体。

对于可压缩性流体,当时,仍可用该方程计算,但式中的密度ρ应以两截面的平均密度ρm代替。

第50页：4.柏努利方程的应用管内流体的流量

4.柏努利方程的应用管内流体的流量;

输送设备的功率;

管路中流体的压力;

容器间的相对位置等。

利用柏努利方程与连续性方程,可以确定:

第51页：根据题意画出流动系统的示意图

(1)根据题意画出流动系统的示意图,标明流体的流动方向,定出上、下游截面,明确流动系统的衡算范围;

(2)位能基准面的选取必须与地面平行;

宜于选取两截面中位置较低的截面;

若截面不是水平面,而是垂直于地面,则基准面应选过管中心线的水平面。

第52页：各物理量的单位应保持一致

(4)各物理量的单位应保持一致,压力表示方法也应一致,即同为绝压或同为表压。

(3)截面的选取与流体的流动方向相垂直;

两截面间流体应是定态连续流动;

截面宜选在已知量多、计算方便处。

第53页：例1-4如附图所示

例1-4如附图所示,从高位槽向塔内进料,高位槽中液位恒定,高位槽和塔内的压力均为大气压。

送液hpa管为φ45×2.5mm的钢管,要求送液量为3.6m3/h。

设料液在管内的压头损失为1.2m(不包括出口能量损失),试问高位槽的液位要高出进料口多少米?

第54页：例1-5在φ45×3mm的管路上装一文丘

例1-5在φ45×3mm的管路上装一文丘里管,文丘里管的上游接一压力表,其读数为5kPa,压力表轴心与管中心的垂直距离为0.3m,

管内水的流速为1.5m/s,文丘里管的喉径为10mm。

文丘里喉部接一内径为15mm的玻璃管,玻璃管的下端插入水池中,池内水面到管中心的垂直距离为3m。

若将水视为理想流体,试判断池中水能否被吸入管中。

若能吸入,再求每小时吸入的水量为多少m3/h。

第55页：例1-5在φ45×3mm的管路上装一文丘

3.0m1120.3m200u

第56页：例1-6某化工厂用泵将敞口碱液池中

例1-6某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液(密度为1100kg/m3)输送至吸收塔顶,经喷嘴喷出,如附图所示。

泵的入口管为φ108×4mm的钢管,管中的流速为1.2m/s,出口管为φ76×3mm的钢管。

贮液池中碱液的深度为1.5m,池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。

碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg(不包括喷嘴),在喷嘴入口处的压力为29.4kPa(表压)。

设泵的效率为60%,试求泵所需的功率。

第57页：例1-6某化工厂用泵将敞口碱液池中（附图

20m1.5m

第58页：1.3管内流体流动现象

• 管内流体流动现象
• 流体的粘度
• 流体的流动型态
• 流体在圆管内的速度分布
• 流体流动边界层

第59页：1.3.1流体的粘度或Fuu+dudy式

1.3管内流体流动现象

一、牛顿粘性定律

1.3.1流体的粘度或Fuu+dudy式中:F——内摩擦力,N;

τ——剪应力,Pa;

——法向速度梯度,1/s;

μ——比例系数,称为流体的粘度,Pa·s。

第60页：牛顿型流体

牛顿型流体:剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体;

非牛顿型流体:不符合牛顿粘性定律的流体。

二、流体的粘度(动力粘度)

1.粘度的物理意义流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。

第61页：液体:T↑→μ↓气

液体:T↑→μ↓气体:一般T↑→μ↑超高压p↑→μ↑粘度的物理本质:分子间的引力和分子的运动与碰撞。

2.粘度的单位SI制:Pa·s或kg/(m·s)物理制:cP(厘泊)换算关系1cP=10-3Pa·s

第62页：3.运动粘度

3.运动粘度粘度μ与密度ρ的之比。m2/s

第63页：1.3.2流体的流动型态

1.3.2流体的流动型态

一、雷诺实验

第64页：层流或滞流

层流(或滞流):流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动,质点无径向脉动,质点之间互不混合;

湍流(或紊流):流体质点除了沿管轴方向向前流动外,还有径向脉动,各质点的速度在大小和方向上都随时变化,质点互相碰撞和混合。

二、流型判据

二、流型判据——雷诺准数无因次数群

第65页：1.判断流型Re≤2000时

1.判断流型Re≤2000时,流动为层流,此区称为层流区;

Re≥4000时,一般出现湍流,此区称为湍流区;

2000<Re<4000时,流动可能是层流,也可能是湍流,该区称为不稳定的过渡区。

2.物理意义Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系,标志着流体流动的湍动程度。

第66页：1.3.3流体在圆管内的速度分布

1.3.3流体在圆管内的速度分布速度分布:流体在圆管内流动时,管截面上质点的速度随半径的变化关系。

一、层流时的速度分布

第67页：由压力差产生的推力流体层间内摩擦力管壁处

由压力差产生的推力流体层间内摩擦力管壁处r=R时,=0,可得速度分布方程

第68页：管中心流速为最大

管中心流速为最大,即r=0时,=umax管截面上的平均速度:即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。

即流体在圆形直管内层流流动时,其速度呈抛物线分布。

第69页：二、湍流时的速度分布剪应力

二、湍流时的速度分布剪应力:e为湍流粘度,与流体的流动状况有关。

湍流速度分布的经验式:

第70页：n与Re有关

n与Re有关,取值如下:1/7次方定律当时,流体的平均速度:

第71页：1.3.4流体流动边界层

1.3.4流体流动边界层

一、边界层的形成与发展流动边界层:存在着较大速度梯度的流体层区域,即流速降为主体流速的99%以内的区域。

边界层厚度:边界层外缘与壁面间的垂直距离。

第72页：流体在平板上流动时的边界层

流体在平板上流动时的边界层:

第73页：边界层区边界层内

边界层区(边界层内):沿板面法向的速度梯度很大,需考虑粘度的影响,剪应力不可忽略。

主流区(边界层外):速度梯度很小,剪应力可以忽略,可视为理想流体。

第74页：边界层流型

边界层流型:层流边界层和湍流边界层。

层流边界层:在平板的前段,边界层内的流型为层流。

湍流边界层:离平板前沿一段距离后,边界层内的流型转为湍流。

第75页：流体在圆管内流动时的边界层

流体在圆管内流动时的边界层

第76页：充分发展的边界层厚度为圆管的半径

充分发展的边界层厚度为圆管的半径;

进口段内有边界层内外之分。

也分为层流边界层与湍流边界层。

进口段长度:层流:湍流:

第77页：湍流流动时

湍流流动时:

第78页：湍流主体:速度脉动较大

湍流主体:速度脉动较大,以湍流粘度为主,径向传递因速度的脉动而大大强化;

过渡层:分子粘度与湍流粘度相当;

层流内层:速度脉动较小,以分子粘度为主,径向传递只能依赖分子运动。

——层流内层为传递过程的主要阻力Re越大,湍动程度越高,层流内层厚度越薄。

第79页：2.边界层的分离ABS′

2.边界层的分离ABS′

第80页：A→C:流道截面积逐渐减小

A→C:流道截面积逐渐减小,流速逐渐增加,压力逐渐减小(顺压梯度);

C→S:流道截面积逐渐增加,流速逐渐减小,压力逐渐增加(逆压梯度);

S点:物体表面的流体质点在逆压梯度和粘性剪应力的作用下,速度降为0。

SS’以下:边界层脱离固体壁面,而后倒流回来,形成涡流,出现边界层分离。

第81页：边界层分离的后果:产生大量旋涡

边界层分离的后果:产生大量旋涡;

造成较大的能量损失。

边界层分离的必要条件:流体具有粘性;

流动过程中存在逆压梯度。

第82页：1.4流体流动阻力

• 流体流动阻力
• 直管阻力
• 局部阻力

第83页：1.4.1直管阻力

1.4流体流动阻力直管阻力:流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力;

局部阻力:流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。

1.4.1直管阻力

一、阻力的表现形式

第84页：流体在水平等径直管中作定态流动

流体在水平等径直管中作定态流动。

第85页：若管道为倾斜管

若管道为倾斜管,则流体的流动阻力表现为静压能的减少;

水平安装时,流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。

第86页：二、直管阻力的通式由于压力差而产生的推动

二、直管阻力的通式由于压力差而产生的推动力:流体的摩擦力:令定态流动时

第87页：——直管阻力通式范宁

——直管阻力通式(范宁Fanning

公式)其它形式:

公式)其它形式:——摩擦系数(摩擦因数)则J/kg

压头损失m

压力损失Pa

该公式层流与湍流均适用;

注意与的区别。

第88页：三、层流时的摩擦系数速度分布方程又

三、层流时的摩擦系数速度分布方程又——哈根-泊谡叶(Hagen-Poiseuille)方程

第89页：能量损失层流时阻力与速度的一次方成正比

能量损失层流时阻力与速度的一次方成正比。

变形:比较得

第90页：四、湍流时的摩擦系数

四、湍流时的摩擦系数

1.因次分析法目的:(1)减少实验工作量;

(2)结果具有普遍性,便于推广。

基础:因次一致性即每一个物理方程式的两边不仅数值相等,而且每一项都应具有相同的因次。

第91页：基本定理:白金汉Buckinghanπ

基本定理:白金汉(Buckinghan)π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个,这些变量的基本因次数为m个,

则该物理现象可用N=(n-m)个独立的无因次数群表示。

湍流时压力损失的影响因素:(1)流体性质:ρ,μ(2)流动的几何尺寸:d,l,ε(管壁粗糙度)

(3)流动条件:u

第92页：物理变量n=7基本因次m=3无

物理变量n=7基本因次m=3无因次数群N=n-m=4无因次化处理式中:——欧拉(Euler)准数即该过程可用4个无因次数群表示。

第93页：——相对粗糙度

——相对粗糙度

——相对粗糙度——管道的几何尺寸——雷诺数根据实验可知,流体流动阻力与管长成正比,即或

第94页：莫狄Moody摩擦因数图

莫狄(Moody)摩擦因数图:

第95页：层流区(Re≤2000)λ与无关

(1)层流区(Re≤2000)λ与无关,与Re为直线关系,即,即与u的一次方成正比。

(2)过渡区(2000<Re<4000)将湍流时的曲线延伸查取λ值。

(3)湍流区(Re≥4000以及虚线以下的区域)

第96页：完全湍流区

(4)完全湍流区(虚线以上的区域)λ与Re无关,只与有关。

该区又

该区又称为阻力平方区。

一定时,经验公式:(1)柏拉修斯(Blasius)式:适用光滑管Re=5×103~105

(2)考莱布鲁克(Colebrook)式

第97页：2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响光滑管

2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响光滑管:玻璃管、铜管、铅管及塑料管等;

粗糙管:钢管、铸铁管等。

绝对粗糙度:管道壁面凸出部分的平均高度。

相对粗糙度:绝对粗糙度与管内径的比值。

层流流动时:流速较慢,与管壁无碰撞,阻力与无关,只与Re有关。

第98页：湍流流动时

湍流流动时:水力光滑管λ只与Re有关,与无关。

完全湍流粗糙管λ只与有关,与Re无关。

第99页：例1-7分别计算下列情况下

例1-7分别计算下列情况下,流体流过φ76×3mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。

(1)密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品,流速为1.1m/s;

(2)20℃的水,流速为2.2m/s。

第100页：五、非圆形管内的流动阻力当量直径

五、非圆形管内的流动阻力当量直径:套管环隙,内管的外径为d1,外管的内径为d2:边长分别为a、b的矩形管:

第101页：说明:1Re与Wf中的直径用de计算

说明:(1)Re与Wf中的直径用de计算;

(2)层流时:正方形C=57套管环隙C=96

(3)流速用实际流通面积计算。

第102页：1.4.2局部阻力

1.4.2局部阻力

一、阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数。

或ζ——局部阻力系数J/kgJ/N=m

第103页：1.突然扩大

1.突然扩大

第104页：2.突然缩小

2.突然缩小

第105页：3.管进口及出口

3.管进口及出口进口:流体自容器进入管内。

ζ进口=0.5进口阻力系数出口:流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间。

ζ出口=1出口阻力系数

4.管件与阀门

第106页：二、当量长度法将流体流过管件或阀门的局部

二、当量长度法将流体流过管件或阀门的局部阻力,折合成直径相同、长度为Le的直管所产生的阻力。

Le——管件或阀门的当量长度,m。

第107页：总阻力:减少流动

总阻力:减少流动阻力的途径:管路尽可能短,尽量走直线,少拐弯;

尽量不安装不必要的管件和阀门等;

管径适当大些。

第108页：例1-8如图所示

例1-8如图所示,料液由常压高位槽流入精馏塔中。

进料处塔中的压力为0.2at(表压),送液管道为φ45×2.5mm、长8m的钢管。

管路中装有180°回弯头一个,全开标准截止阀一个,90°标准弯头一个。

塔的进料量要维持在5m3/h,试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米?hpa

第109页：1.5管路计算

• 管路计算
• 简单管路
• 复杂管路

第110页：1.5.1简单管路

1.5管路计算

1.5.1简单管路

一、特点

(1)流体通过各管段的质量流量不变,对于不可压缩流体,则体积流量也不变。

(2)整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和。

Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可压缩流体

第111页：二、管路计算基本方程

二、管路计算基本方程:连续性方程:柏努利方程:阻力计算(摩擦系数):物性ρ、μ一定时,需给定独立的9个参数,方可求解其它3个未知量。

第112页：设计型计算

(1)设计型计算设计要求:规定输液量Vs,确定一经济的管径及供液点提供的位能z1(或静压能p1)。

给定条件:(1)供液与需液点的距离,即管长l;

(2)管道材料与管件的配置,即ε及;

(3)需液点的位置z2及压力p2;

(4)输送机械We。

选择适宜流速确定经济管径

第113页：操作型计算已知

(2)操作型计算已知:管子d、ε、l,管件和阀门,供液点z1、p1,需液点的z2、p2,输送机械We;

求:流体的流速u及供液量VS。

已知:管子d、εl、管件和阀门、流量Vs等,求:供液点的位置z1;

或供液点的压力p1;

或输送机械有效功We。

第114页：试差法计算流速的步骤

试差法计算流速的步骤:(1)根据柏努利方程列出试差等式;

(2)试差:符合?可初设阻力平方区之值注意:若已知流动处于阻力平方区或层流,则无需试差,可直接解析求解。

第115页：三、阻力对管内流动的影响pApBpaF1

三、阻力对管内流动的影响pApBpaF11′22′AB阀门F开度减小时:(1)阀关小,阀门局部阻力系数ζ↑→Wf,

A-B↑→流速u↓→即流量↓;

第116页：在1-A之间

(2)在1-A之间,由于流速u↓→Wf,1-A↓→pA↑;

(3)在B-2之间,由于流速u↓→Wf,B-2↓→pB↓。

结论:(1)当阀门关小时,其局部阻力增大,将使管路中流量下降;

(2)下游阻力的增大使上游压力上升;

(3)上游阻力的增大使下游压力下降。

可见,管路中任一处的变化,必将带来总体的变化,因此必须将管路系统当作整体考虑。

第117页：例1-9粘度为30cP、密

例1-9粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。

两容器均为敞口,液面视为不变。

管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括所有局部阻力的当量长度)。

当p1p2ABpapa

第118页：阀门全关时

阀门全关时,阀前后的压力表读数分别为8.83kPa和4.42kPa。

现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m。

试求:(1)管路中油品的流量;

(2)定性分析阀前、阀后的压力表的读数有何变化?例1-1010℃水流过一根水平钢管,管长为300m,要求达到的流量为500l/min,

有6m的压头可供克服流动的摩擦损失,试求管径。

第119页：例1-11如附图所示的循环系统

例1-11如附图所示的循环系统,液体由密闭容器A进入离心泵,又由泵送回容器A。

循环量为1.8m3/h,输送管路为内径等于25mm的碳钢管,容器内液面至泵入口的压头损失为0.55m,

离心泵出口至容器A液面的压头损失为1.6m,泵入口处静压zA头比容器液面静压头高出2m。

试求:(1)管路系统需要离心泵提供的压头;

(2)容器液面至泵入口的垂直距离z。

第120页：1.5.2复杂管路

1.5.2复杂管路

一、并联管路AVSVS1VS2VS3B1、特点:(1)主管中的流量为并联的各支路流量之和;

第121页：并联管路中各支路的能量损失均相等

(2)并联管路中各支路的能量损失均相等。

不可压缩流体注意:计算并联管路阻力时,仅取其中一支路即可,不能重复计算。

第122页：2.并联管路的流量分配而支管越长、管径越

2.并联管路的流量分配而支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小;

反之

反之——流量越大。

第123页：COAB分支管路COAB汇合管路

COAB分支管路COAB汇合管路

二、分支管路与汇合管路

第124页：1、特点:1主管中的流量为各支路

1、特点:(1)主管中的流量为各支路流量之和;

不可压缩流体

(2)流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。

第125页：例1-12如图所示

例1-12如图所示,从自来水总管接一管段AB向实验楼供水,在B处分成两路各通向一楼和二楼。

两支路各安装一球形阀,出口分别为C和D。

已知管段AB、BC和BD的长度分别为100m、10m和20m(仅包括管件的当量长度),管内径皆为30mm。

假定总管在A处的表压为0.343MPa,不考虑分支点B处的动能交换和能量损失,且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区,摩擦系数皆为0.03,

试求:

第126页：阀关闭,C

(1)D

阀关闭,C

阀全开()时,BC

管的流量为多少?(2)D

阀全开,C

阀关小至流量减半时,BD

管的流量为多少?总管流量又为多少?5mACDB

自来水总管

第127页：1.6流速与流量的测量

• 流速与流量的测量
• 测速管
• 孔板流量计
• 文丘里流量计
• 转子流量计

第128页：1.6流速与流量的测量

• 流速与流量的测量
• 测速管(皮托管)
• 结构
• 原理内管A处外管B处

第129页：点速度:即讨论

点速度:即讨论:(1)皮托管测量流体的点速度,可测速度分布曲线;

第130页：三、安装

三、安装

(1)测量点位于均匀流段,上、下游各有50d直管距离;

(2)皮托管管口截面严格垂直于流动方向;

(3)皮托管外径d0不应超过管内径d的1/50,即d<d/50。

(2)流量的求取:由速度分布曲线积分测管中心最大流速,由求平均流速,再计算流量。

第131页：1.6.2孔板流量计孔板流量计

1.6.2孔板流量计孔板流量计

第132页：一、结构与原理

一、结构与原理

第133页：在1-1′截面和2-2

在1-1′截面和2-2′截面间列柏努利方程,暂不计能量损失变形得

二、流量方程问题:(1)实际有能量损失;

(2)缩脉处A2未知。

第134页：由连续性方程令

解决方法:用孔口速度u0替代缩脉处速度u2,引入校正系数C。

由连续性方程令

第135页：体积流量质量

体积流量质量流量则C0

体积流量质量流量则C0——流量系数(孔流系数)A0——孔面积。

第136页：讨论:1特点

讨论:(1)特点:恒截面、变压差——差压式流量计

(2)流量系数C0对于取压方式、结构尺寸、加工状况均已规定的标准孔板Re是以管道的内径d1计算的雷诺数

第137页：临界时,3测量范围一般C0=0.6~

当Re>Re

临界时,(3)测量范围一般C0=0.6~0.7孔板流量计的测量范围受U

形压差计量程决定。Re临界值

第138页：三、安装及优缺点

• 安装及优缺点
• 安装在稳定流段,上游l>10d,下游l>5d;
• 结构简单,制造与安装方便;
• 能量损失较大。

第139页：1.6.3文丘里Venturi流量计属差

1.6.3文丘里(Venturi)流量计属差压式流量计;

能量损失小,造价高。

第140页：CV——流量系数0.98~

CV——流量系数(0.98~0.99)A0——喉管处截面积

第141页：1.6.4转子流量计

1.6.4转子流量计

一、结构与原理从转子的悬浮高度直接读取流量数值。

第142页：二、流量方程转子受力平衡在1-1′和0-

二、流量方程转子受力平衡在1-1′和0-0′截面间列柏努利方程0′1′10

第143页：流体的浮力动能差由连续性方程CR

流体的浮力动能差由连续性方程CR——流量系数

第144页：体积流量

体积流量

(1)特点:恒压差、恒流速、变截面——截面式流量计。

讨论:(2)刻度换算标定流体:20℃水(ρ=1000kg/m3)20℃、101.3kPa下空气(ρ=1.2kg/m3)

第145页：CR相同,同刻度时式中

CR相同,同刻度时式中:1

CR相同,同刻度时式中:1——标定流体;

2——被测流体。

气体转子流量计

第146页：三、安装及优缺点

三、安装及优缺点

(1)永远垂直安装,且下进、上出,安装支路,以便于检修。

(2)读数方便,流动阻力很小,测量范围宽,测量精度较高;

(3)玻璃管不能经受高温和高压,在安装使用过程中玻璃容易破碎。

第147页：例1-13某气体转子流量计的量程范围为4

例1-13某气体转子流量计的量程范围为4~60m3/h。

现用来测量压力为60kPa(表压)、温度为50℃的氨气,转子流量计的读数应如何校正?此时流量量程的范围又为多少?(设流量系数CR为常数,

当地大气压为101.3kPa)