大学精品课件：1 流体流动.ppt

1、1,第一章 流体流动 fluid flow,讲授人：史益强,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,2,流体气体及液体,流体三特性,流动性,粘性:产生内摩擦力,连续性,学习目的：,流体输送,测压、测速,强化操作性能,第一节 流体静力学基本方程 概述,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,3,一、流体的密度density ：,液体不可压缩流体,气体可压缩流体,第一节 流体静力学基本方程 流体的密度,流体静力学:研究流体在外力作用下达到平衡的规律，流体没有流动下的规律。,密度是流体的重要物性数据之一 。物性数据是反映物质性质的数据，与过程参数无关。,（，x）,流体

2、,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,4,标准状态( )：,1.理想气体：,在 状态：,第一节 流体静力学基本方程 流体的密度,气体密度与压力成正比，与温度成反比。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,5,2.液体混合物：以 混合液为基准,3.气体混合物：以 混合气体为基准,第一节 流体静力学基本方程 流体的密度,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,常用流体密度见p382。TL,l g , g 10 kg/m3,6,4.理想气体混合物：,平均分子量:, 组分的摩尔分率。,第一节 流体静力学基本方程 流体的密度,相对密度s（比重）：流体

3、的密度与水的密度之比，无单位。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,7,二、静压强pressure：,(不同方向作用于某点的压强均等),1.SI制单位：,2.换算：,第一节 流体静力学基本方程 压强pressure,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,8,3.计量基准：,绝对压强:以绝对真空为零压强,表压强gauge pressure,表示法：,第一节 流体静力学基本方程 压强pressure,表压强p表ppa 真空度p真 =大气压绝压p 真空度= -表压,真空度vacuum,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,9,例:将南京操作真空

4、度为740 mmHg的技术转让至兰州操作,其真空表读数应控制多少？,大气压 真空度 绝压 南京 761mmHg 740mmHg 21mmHg 兰州 640mmHg 619mmHg 21mmHg,解：,例:海平面处测得的密封容器内表压为5Pa,另一容器的真空度为5Pa。若将二容器连同压力表和真空表一起移至高山,其测出的表压强和真空度会变化吗？,答：变化；压力表的读数增大,真空表的读数减小。,第一节 流体静力学基本方程 静压强pressure,化工原理课件第一章 流体流动,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,10,下底面：,上底面：,液柱重力：,力平衡：重力= 压力,第一节 流

5、体静力学基本方程 静力学基本方程,化工原理课件第一章 流体流动,三、静力学方程：,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,11,若上底面为液面,讨论：,第一节 流体静力学基本方程 静力学基本方程,1.等压面:静止的连续的同一种流体同一水平面.,2.静止液体中,下部压强总是大于上部的压强。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,12,3.液柱高度：,（须注明液体种类）,4.方程适用于液体和气体。 气体柱引起的压差很小，与液柱相比可忽略。,5.适用静止的同一连续流体； 对于静止的非同一流体，可分段使用。,第一节 流体静力学基本方程 静力学基本方程,制药工程原理与设

6、备第一章 流体流动fluid flow,13,解：,第一节 流体静力学基本方程 静力学基本方程,例：试比较的 大小。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,14,一、压强和压强差的测量：,U管压差计：,计算:,( 等压面),结构:,测量:高压端A下降、低压端上升；,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,15,当管道水平(=0o)时:工业上最常用。,当管道垂直时：,（=90o）,（=-90o）,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,16,讨论：,1.若

7、R 较小,应减小 ；,2.U管径不宜过小以防毛细管现象；,3.U管可集中布置；,4.因 ,故气压差 ；,5.若一端与大气相通( )，则：,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,17,例:常温水在管道流过。为测a、b两点压力差,安装U型压差计,R=0.1m,试计算a、b两点压力差为若干？已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。,解：,( 和 等压面),第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,18,倒U管压差计：,结构:A空气,B被测液, ;,测量:

8、低压端被测液下降、高压端上升；,计算:,讨论:,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,19,微差压差计：,计算:,讨论:适于更小压差(气流)的测量； 愈小, 愈大。,测量:扩张室液位均不变,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,结构:两端均有扩张室,且 ;,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,20,例:常温水在水平等径管内以一定的流量流过1-1和2-2截面的压差为2.472kPa,问采用普通U管水银压差计,斜管压差计及倒U管压差计测量,三者读数R各为多少？已知水与汞密度各为1000kg/m3及13600

9、kg/m3。,解：,U管压差计 (水银-水),斜管压差计 (水银-水),倒U管压差计 (水-空气),第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,21,二、液位的测量：,结构:平衡室液位不变,且等于容器最大液位。,测量:由R 转换而得。,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,22,作业：P42中习题3。R1=20mm,R2=0.252mm,解：按最大压强考虑,三、液封高度的计算：,例:为使乙炔发生炉内的压强不超过lO.7lO3Pa(表压),需安装安全液封装置,以当炉压超过规定

10、值时, 气体就从液封管排出,求液封管口距水面高度h。,第一节 流体静力学基本方程 静力学方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,23,一、流量flow rate ：,流速flow velocity ：,相互关系：,第二节 流体在管内的流动 流量与流速,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,24,二、管径diameter的估算：,流速的选择：,u大, 则di小,基建费小,操作费用大；,液体流速=0.5-3m/s，气体流速=10-30m/s。,由计算管径,查标准管径p406。1084,第二节 流体在管内的流动 流量与流速,密度大、粘度大的流体,流速应小

11、； 含固体的流体，流速应高。,管内径d i =10824=100 mm,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,25,26,27,例:某精馏塔进料量为50000kg/h，料液性质和水相近,密度为960kg/m3，试选择进料管径。,解：,查附录19,选用1O84mm的无缝钢管,其内径为:,参考表1-1,选取u=l.8m/s,可得:,核算流速, 即：,第二节 流体在管内的流动 流量与流速,化工原理课件第一章 流体流动fluid flow,28,例:以内径105mm钢管输送压力2atm、温度120的空气。已知空气在标态下的体积流量为630m3/h，求此空气在管内的流速和质量流速。,解

12、：,第二节 流体在管内的流动 流量与流速,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,29,1 uA1uB1 2 uA2uB2 uA1=uA2，uB1=uB2,定态流动(稳态流动) 任一点上流速、压力等参数均不随时间而变,仅随位置而变。,第二节 流体在管内的流动 定态与非定态流动steady flow,对于稳态流动：,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,30,非定态流动： (非稳态流动),对于非稳态流动：,第二节 流体在管内的流动 定态与非定态流动,1 uA1uA2uA3，uB1uB2uB3,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,31,连续性方

13、程equation of continuity ：,对于定态流动： 输入量=输出量,连续性方程：,第二节 流体在管内的流动 连续性方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,32,讨论：,圆形管道：,适用条件：稳态流动。,不可压缩流体，=常数，故,第二节 流体在管内的流动 连续性方程,液体在圆管中流动，流量一定时，流速与管内径的平方成反比。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,33,例:输水管道内径为:d1=2.5cm;d2=10cm; d3=5cm。 (1)当流量为4L/s时，各管段的平均流速为若干？(2)当流量增至8L/s时，平均流速如何变化？,解：,

14、（1）,同理：,（2）,流量增为原来的2倍，则各段流速亦增加至2倍， 即u116.3m/s，u2=1.02m/s，u3=4.08m/s,第二节 流体在管内的流动 连续性方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,34,一、流动过程中的能量 :,1.内能(U):基准为1kg流体时，J/kg；,1 kg： 位能 = gZ， J/kg,2.位能: gZ,1 kg： 动能 = u2/2 ， J/kg,3.动能: u2/2,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,35,流动过程,36,4.静压能(压强能),m kg V m3：,1

15、kg V/m m3：, J, J/kg,流体的比容， ,m3/kg,5.机械能E之间可相互转化 位能+动能+静压能=总机械能(E),第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,37,6.热量( )J/kg； 当外界向流体供热时, 取正值,吸热时为负;,二、总能量衡算式(定态流动),流动方向：1-1至2-2截面 衡算基准：1kg流体 基准水平面：0-0平面,7.外功( )净功或有效功，J/kg；,依据: 输入总能量=输出总能量,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,38,三、机械能衡算式

16、：,因 和 为非机械能,热力学第一定律:,流体受热而引起体积膨胀所作的功,J/kg,流体在流动过程中所获得的热量,J/kg,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,39,故：,因流阻而损失的能量，J/kg,代入总衡式( ),得：,又因：,所以：,适用可压缩和不可压缩流体,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,40,四、柏努利方程式Bernoulli equation 对不可压缩流体(比容 或密度 恒定),将机械能衡算式( )改成：,或：,J/kg,第二节 流体在管内的流动 能量衡算

17、方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,41,讨论：,2）理想流体( ),若 ,则：,1）适用不可压缩的定态流动流体；,流体流动时,理想流体的总机械能不变。,流动其实为机械能间的相互转换；,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,42,例:理想流体流经异径的水平管从1-1截面流至2-2截面。对于水平管,位能相等,即 ,则：,即部分静压能转化为动能,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,43,例:理想流体在如图所示的等径管中作稳定流动时,机械能将如何转换？,解：

18、,从而：,因此，部分静压能转化为位能,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,44,有效功率：,（ 为流体的质量流量）,3）静止时,即 、 若 ,则：,(静力学方程）,4）对于可压缩流体：,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,若 ,则,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,45,5.不同基准的柏氏方程：,以单位重量为基准,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,46,以单位体积为基准,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fl

19、uid flow,47,基准间的转换（一）：,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,48,基准间的转换（二）：,第二节 流体在管内的流动 能量衡算方程,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,49,一、确定流体流量：,解：,考察1-1和2-2两截面,例:20oC空气在直径8Omm水平管流过,上游水银U形管压差计R=25mm,直径2Omm喉颈处接一细管,h=O.5m,能损不计,求空气流量m3/h。大气压为101.331O3Pa。,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid fl

20、ow,50,柏努利方程( ),其中 ，另有,由连续性方程(,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,51,二、确定容器间相对位置：,解：,以高位液面为上游截面1-1, 以连接管出口内侧为截面2-2, 取后者的中心线为基准水平面,例: =85Okg/m3,高位槽内液面恒定。塔内表压为9.8llO3Pa,进料量为5m3/h。382.5mm,能量损失为30J/kg(不包括出口的能量损失),求高位槽内液面应比塔的进料口高出多少?,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,52,对于柏努

21、利方程：,其中,另有,注意:1-1截面上流速为零; 2-2截面取管内侧。,第二节 流体在管内的流动 2-5 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,53,三、计算有效功率：,例:用泵2将槽1中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器3,槽内液面维持恒定,上方压强为101.331O3Pa。,解：,蒸发器上部的蒸发室内操作压强为2OOmmHg(真空度)。蒸发器进料口高于槽内液面15m,输送管直径为684mm,料量为2Om3/h, 全部能损为12OJ/kg。求泵的有效功率,取截面1-1为基准水平面,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章

22、 流体流动fluid flow,54,由柏努利方程：,其中,另有,由于,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,55,四、确定管路压强：,例:水在等径虹吸管作定态流动,能损不计,求截面2-2,3-3,4-4和5-5处压强。Pa=76OmmHg,尺寸以mm计,解：,考察1-1和6-6截面间,取6-6截面为基准水平面,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,56,考察1-1和n-n两截面,取2-2截面为基准水平面：,由于等径且定态流动,故：,因是理想流体,且无外功,故：,第二节

23、流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,57,输送流体的四种方法 (1) P1 加压缩空气，可以达很高 (2) P2 抽真空 (3) Z1 高位槽（水塔） (4) 外加能量 We：流体输送机械,第二节 流体在管内的流动 柏努利方程的应用,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,58,选取计算截面: *垂直于流动方向 *连续流体 *已知量较多,基准水平面的选取:*与地面平行 *取计算截面 *Z值为垂直距离,统一单位：*宜用SI制 *注意计算基准(1kg,1m3,1N) *可用绝压或表压,但两截面须一致,第二节 流体在管内的流动

24、柏努利方程的应用,*注意对应,解题要点：,大液面的流速认为0;出口管道的截面宜取管内侧,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,59,作业：P43中习题9,10。 9.u=1.55m/s, Z=2.85m 10. p1=0.265MPa,60,1牛顿粘性定律：,剪应力(内摩擦应力)：,(牛顿粘性定律),第三节 流体流动现象 一、粘度viscosity,内摩擦力(粘滞力;粘性摩擦力)导致机械能损失,流动 阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,61,2.粘度( ) ：,物理性质参数,单位：,速度梯度，速度在y方向上的变化率。,SI制：,CGS制：,第三节 流

25、体流动现象 一、粘度viscosity,剪应力,1 mPas =10 -2 P =-3,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,62,影响因素：粘度是流体的重要物理性质数据,液体粘度 一般大于气体粘度 ；,与压力无关，Lg , TL; g,随温度升高而减小， 随温度升高而增大。,粘度的查取 ： (附录10,11),第三节 流体流动现象 一、粘度viscosity,实际流体的粘度都大于零，其大小与流体是否流动无关。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,63,流 体 流 动 现 象 粘 度,液体粘度,附录p388391 苯,制药工程原理与设备第一章 流体流动fl

26、uid flow,64,相关概念 ：,牛顿型流体符合牛顿粘性定律； 非牛顿型流体其他流体。 如高分子溶液、胶体溶液、发酵液、泥浆等,动力粘度 (粘度) 运动粘度,第三节 流体流动现象 一、粘度viscosity,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,65,雷诺准数(雷诺数reynolds number )：,第三节 流体流动现象 二、流动类型与雷诺准数,laminer flow,turbulent flow,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,66,无因次数群,不同单位制中 等值；,反映惯性力与粘性力间的对比关系；,数的大小反映流体的湍动程度；数越大，则湍

27、动程度越大，流体的阻力损失也越大。,第三节 流体流动现象 二、流动类型与雷诺准数,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,67,例:20oC的水在内径为50mm的管内流动,流速为2m/s。试分别用SI和物理单位制计算Re准数值。,解：,SI制：,由附录六查得水在20 oC时,=998.2 kg/m3,=l.005 mPas,CGS制：,=998.2 kg/m3=0.9982 g/cm3,u=2 m/s=200 cm/s,d=5 cm,第三节 流体流动现象 二、流动类型与雷诺准数,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,68,质点的运动：,层流:沿管轴作规则的平行

28、运动,湍流存在脉动现象 质点作杂乱运动,质点间相互碰撞,产生旋涡,脉动流速 时均流速,若时均流速一定,可按 定态流动处理。,湍流本身是非定态流动,第三节 流体流动现象 二、流动类型与雷诺准数,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,69,层流呈抛物线状分布,且,湍流与 有关。,圆管内的速度分布：,第三节 流体流动现象 三、圆管内的速度分布,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,70,说明：,湍流曲线由各点时均速度标绘；,湍流质点间还存有湍流应力。,层流内层,( 为涡流粘度非物性参数),第三节 流体流动现象 四、层流内层,层流内层,湍流主体,制药工程原理与设备第

29、一章 流体流动fluid flow,71,流动阻力粘性所致,压强差和压强降：,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,72,范宁公式,friction coefficient,摩擦系数,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,流体流经一定管径的直管时所产生的直管阻力可表示为,直管阻力的通式,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,73,管壁粗糙度roughness对 的影响：,光滑管:玻璃管、黄铜管、塑料管,粗糙管:钢管、铸铁管,绝对粗糙度,相对粗糙管,层流：,湍流：,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制

30、药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,74,的计算：,湍流时：,因次法：,Moody图为双对数坐标图；,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,75,Moody图,摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度之间的关系,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,76,层流区( )：,四个区域：,阻力损失f 与流速的一次方成正比。,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,Hagon-Poiseuille,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,77,湍流区:

31、,光滑管：,流动阻力与速度u的1.75次方成正比。,粗糙管查图,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,78,查图得=0.024,完全湍流区:,=f(/d),当/d(),有()；,故称为阻力平方区,过渡区( ),可按湍流处理。,与Re无关，与 有关。流动阻力与速度的平方成正比,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,79,非圆直管流阻：,当量直径( )：equivalent diameter,例:外管内径为Di、内管外径为do的同心套管环隙:,同样截面积时,圆管de最大,流阻

32、最小,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,80,若矩形管,截面长宽比应不大于3；,计算湍流较可靠,若环形截面,可靠性较差。,层流时,应修正为,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,81,例:套管换热器内外管均为光滑管,直径各为302.5 mm与563mm。平均温度为40oC的水以10m3/h流过套管环隙,试估算水通过环隙每米管长的压强降。,解：,查附 录6,查Moody图：,作业：P43中习题10。,第四节 流体在管内的流动阻力 一、直管阻力,制药工程原理与设备第一章

33、流体流动fluid flow,82,1.涡流的形成：,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,83,2.局部阻力的计算：,阻力系数法：,突然扩大与突然缩小：, 以小管流速计；,扩大时为 ,缩小时为 ；,查 图,横坐标取为 。,local resistance coefficient,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,84,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,85,管进口与管出口：,管件与阀门 可查手册,注意

34、：,管内侧：动能为u2/2，而hf出口=0；,管外侧：动能为0，而hf出口= u2/2。,弯头、三通以及活接头等,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,86,某些管件和阀门的局部阻力系数,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,87,当量长度( )法:,总阻力损失：,equivalent length,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,88,某些管件和阀门的当量长度,第四节 流体在管内的流动阻力 二、局部阻力

35、,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,89,例:20oC苯的流量为300l/min。高位液面比贮罐液面高10m。吸入管为894mm无缝钢管,直管长15m,一个底阀(可按旋启式止回阀全开计)、一个标准弯头;排出管为57 3.5mm无缝钢管,直管长50m,有一个全开闸阀、一个全开截止阀和三个标准弯头。液面恒定且与大气相通。求泵的轴 功率,效率为70%。,第四节 流体在管内的流动阻力 三、管路系统的总能量损失,解：,Z1=0,Z2=10m,u10,u20,p1=p2=0(表),故：,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,90,(1)吸入段：,式中 ；,查附录15

36、：,查表1-2:取,查Moody图,第四节 流体在管内的流动阻力 三、管路系统的总能量损失,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,91,(2)排出段：,同理可得,(3)总能量损失：,所以：,查共线图：底阀6.3m，标准弯头2.7m，故,进口阻力系数：,已知,第四节 流体在管内的流动阻力 三、管路系统的总能量损失,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,92,降低管路系统流动阻力的途径 1) 缩短管路长度，减少不必要的管件和阀门。 2),流量一定时，流动阻力与管内径的5次方成反比。,3)提高液体的温度，降低其粘度降低流动阻力。,第四节 流体在管内的流动阻力 四、

37、降低管路系统流动阻力的途径,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,93,管路计算基础：,连续性方程式:,柏努利方程式:,能量损失方程式:,计算内容：,由 等求,由 等求,由 等求,第五节 管路计算,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,94,解：,Z1=10m,Z2=0,u10,u2u,p1=p2,We=0,2-2截面取管内侧,例:水从水塔引至车间,管路1144mm,长150m (包括管件及阀门的当最长度,但不包括进、出口损失)。水塔内水面维持恒定,并高于排水口12m,问水温为12 oC时,此管路的输水量为若干m3/h。,第五节 管路计算,制药工程原理与设备

38、第一章 流体流动fluid flow,95,故：,而：,粘度不大的流体多为湍流,设=0.02,由式(a)求出u=2.81m/s；,试差：,(a),(b),查附录7：,查表1-2:取,查Moody图,第五节 管路计算,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,96,设=0.024,由式(a)求出u=2.58m/s；,重试：,故：,说明：,亦可先假设 值试差；, 通常取值0.020.03。,第五节 管路计算,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,97,结构节流式流量计,一、孔板流量计orifice meter ：,第六节 流量测量,制药工程原理与设备第一章 流体流动

39、fluid flow,98,测量原理：,第六节 流量测量,暂不考虑能量损失,考虑能量损失,角接取压法标准孔板,校正系数,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,99,第六节 流量测量,flow coefficient,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,100,第六节 流量测量,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,101,讨论：,第六节 流量测量,以d1和u1计算Re;,C0应取值0.60.7；,气体或蒸汽(pa-pb)/pa20%时,应添密度校正系数;,会导致永久能量损失。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,102

40、,孔板安装：,第六节 流量测量,上游直管长宜50d1；,下游直管长宜10d1。,优缺点：,阻力损失正比于压差计读数，水平安装。 结构简单，制造、安装和使用方便。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,103,第六节 流量测量,例:密度1600kg/m3,粘度1.510-3Pas的溶液流经80 2.5mm钢管。管路中装有标准孔板流量计测流量,U形管水银压差计测量孔板前、后的压强差。溶液的最大流量为6001/min,且需在最大流量下压差计的读数不超过6OOmm,采用角接取压法,试求孔板的孔径。,解：,设ReRec,并设C0=0.65,则：,C0=0.65(）,制药工程原理与设备第

41、一章 流体流动fluid flow,104,结构利于减小流阻,文丘里流量计：,第六节 流量测量,测量原理同孔板流量计,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,105,结构变截面流量计,二、转子流量计rotameter,第六节 流量测量,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,106,测量原理：,第六节 流量测量,转子平衡时： 压力差= 静重力=重力- 浮力,仿孔板流量计：,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,107,转子流量计的特点: 1)恒流速和恒压差,第六节 流量测量,2)环形面积AR的大小与锥体的高度成正比 3)转子流量计必须垂直安装，

42、流体必须下进上出。 4)转子的最大截面所对应的刻度即为流量计的读数。 5)阻力损失较小，读数方便，测量范围广，能用于腐蚀性流体的测量。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,108,第六节 流量测量,流量校正：,若,标定流体：液体常用20oC的水； 气体用20oC及1.013105Pa的空气。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,109,第六节 流量测量,例:按20oC水(比重1.00)标定的转子流量计,用于测量20oC的苯(比重0.879),转子材料为不锈钢(比重7.90),问读出的体积流量应如何校正？,解：,可认为,故应将读数乘以1.076倍。,制药工程原理与设备第一章 流体流动fluid flow,