大学精品课件：第一章 流体流动.ppt

1、1,第一章 流体流动,第一章 流体流动,讲授人:黄德春 中国药科大学,2,概述,流体静力学,流体的密度,流体的静压强,流体静力学基本方程,静力学方程的应用,流体在管内的流动,流量与流速,稳态与非稳态流动,连续性方程,伯努利方程,内容纲要（一）,3,流体在管内的流动现象,牛顿黏性定律和流体的黏度,流动类型与雷诺准数,流体的流速分布,层流内层,流体在管内的流动阻力,直管阻力,局部阻力,管路系统的总能量损失,管路计算,流速与流量的测量,降低流阻的途径,边界层,内容纲要（二）,作业参考答案,4,概 述,小区供水,5,概 述,血液输送,6,一、流体气体和液体,二、流体特性,1.流动性,2.黏性:内摩擦力

2、,3.连续性,三、本章应用：,1.流体输送,2.测压强,流速或流量,3.强化生产操作性能,概 述,7,化工原理课件第一章 流体流动,一、流体的密度：,单位：,1.液体不可压缩流体,2.气体可压缩流体,第一节 流体静力学,8,化工原理课件第一章 流体流动,标准状态( )：,3.理想气体：,在 状态：,第一节 流体静力学,9,4.理想气体混合物：,平均分子量:, 组分的摩尔分率。,对于理想气体：,第一节 流体静力学,10,化工原理课件第一章 流体流动,6.液体混合物：以 混合液为基准, 组分的质量分率。,5.气体混合物：以 混合气体为基准, 组分的体积分率。,第一节 流体静力学,11,(不同方向作

3、用于某点的压强均等),1.单位：,SI制：,换算：,第一节 流体静力学,二、流体的静压强：,12,2.计量基准：,绝对压强:以绝对真空为零压强,表压强和真空度：,测量：,表压强=绝压大气压 真空度=大气压绝压,注明表压或真空度,分别用压力表和真空表,第一节 流体静力学,13,化工原理课件第一章 流体流动,例:将南京操作真空度为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

4、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,14,化工原理课件第一章 流体流动,上,下底面：,液柱重力： (不可压缩),静平衡：重力= -压力,即：,第一节 流体静力学,三、流体静力学基本方程：,15,化工原理课件第一章 流体流动,若上底面为液面:,讨论：,内部压强随 等量变化 巴斯噶原理,等压面:*静止的*连续的同一流体*同一水平面,第一节 流体静力学,16,化工原理课件第一章 流体流动,例:如图,敞口容器内盛有油和水,由于 ,故 ,试判断 , 及 是否成立？,答：,(1),(2),(3),(非同一种

5、流体),(等压面),(等压面),第一节 流体静力学,17,液柱高度可表示压强值：,（须注明液体种类）,方程亦适用气体：当容器高度不高时,可视内部气压 均等。,只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,18,化工原理课件第一章 流体流动,解：,例：试比较上例中 的大小。,第一节 流体静力学,19,化工原理课件第一章 流体流动,四、静力学方程的应用：,U管压差计：,*读数:,( 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,1.压强和压差的测量：,20,化工原理课件第一章 流体流动,a.当管道水平(=0o)时:,b.当管道垂直

6、时：,（=90o）,（=-90o）,第一节 流体静力学,21,化工原理课件第一章 流体流动,*讨论：,a.若R 较小,应减小 ；,b.U管径不宜过小以防毛细管现象；,c.U管可集中布置；,d.因 ,故气压差 ；,e.若一端与大气相通( )，则：,第一节 流体静力学,22,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 流体静力学,23,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,24,化工原理课件第一章 流体流动,倒U管压差计：,*结构

7、:A空气,B被测液;,*测量:低压端B下降,高压端上升；,*读数:,*讨论:,第一节 流体静力学,25,化工原理课件第一章 流体流动,斜管压差计：,*测量:扩张室液位近似不变;,*读数:,*结构:高压端有扩张室, ；,*讨论: a.适用于小压差的测量；,第一节 流体静力学,b. 越小,放大的倍数越大。,26,微差压差计：,*读数:,*讨论: a.适于更小压差(气流)的测量;,*测量:扩张室液位均不变,*结构:两端均有扩张室,且 ;,第一节 流体静力学,b. 愈小, 愈大。,27,第一节 流体静力学,28,化工原理课件第一章 流体流动,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

8、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13600kg/m3。,解：,U管 (水银-水),斜管 (水银-水),倒U管 (水-空气),第一节 流体静力学,作业：P41中习题(2)，3。,29,测大压差压差计：,第一节 流体静力学,30,2.液位的测量：,结构:平衡室液位等于容器最大液位。,第一节 流体静力学,测量:由R 转换而得。,31,第一节 流体静力学,32,化工原理课件第一章 流体流动,解：,例：容器内存有密度为800kg/m3的油品,液面允许最大高度h1=5m。若U形水银压差计的读数R=20

9、0mm,试求油品液位h2 。,第一节 流体静力学,为等压面,33,化工原理课件第一章 流体流动,解：,例：远距离液位测量。自管口通入压缩氮气,用阀控制气速很小(通过吹气管的流阻可忽略)。U管压差计的读数R,可反映贮罐内液位。已知指示液为水银, R=lOOmm,罐内液体密度125Okg/m3,贮罐上方与大气相通,求h为若干。,第一节 流体静力学,（均为表压）,34,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 流体静力学,35,化工原理课件第一章 流体流动,3.液封高度的计算：,第一节 流体静力学,b.防爆,a.防泄漏,液封的用途：,36,化工原理课件第一章 流体流动,解：按最大压强考虑,例:为使乙炔发

10、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,37,化工原理课件第一章 流体流动,第一节 流体静力学,38,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,39,化工原理课件第一章 流体流动,一、流量与流速：,2.流速：,第二节 流体在管内的流动,1.流量：,关系：,40,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,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：,由PVT

11、 方程,41,化工原理课件第一章 流体流动,例:列管换热器的管束由121根76mm3mm的钢管组成。空气以9m/s的速度在列管内流动,空气在管内的平均温度为50、压强为196103Pa(表压)；当地大气压为98.7103Pa。试求(1)空气的质量流量；(2)操作条件下空气的体积流量；(3)将(2)的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量 。,解:(1),第二节 流体在管内的流动,42,化工原理课件第一章 流体流动,(2),(3),m/s,第二节 流体在管内的流动,作业：P42中习题7。,43,化工原理课件第一章 流体流动,3.管径的估算：,第二节 流体在管内的流动,4.流速的选择：,液体u可取

12、0.5-3m/s 气体u可取10-30m/s,u,投资费,操作费,总费用,u大,则di小,投资费低,操作费高,流体密度和黏度大, u应小；流体含固体, u应高,44,化工原理课件第一章 流体流动,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:,查附录20,取u=l.8m/s,故:,核算流速, 即：,第二节 流体在管内的流动,45,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,46,化工原理课件第一章 流体流动,各点参数仅随位置而不随时间变化,1.稳(定)态：,稳 态,第二节

13、流体在管内的流动,二、稳态与非稳态流动：,2.非稳态：,非 稳 态,47,化工原理课件第一章 流体流动,三、连续性方程：,稳态流动：,第二节 流体在管内的流动,不可压缩流体,圆管,48,化工原理课件第一章 流体流动,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：,(1),同理：,(2),流量增至2倍，则各段流速亦增至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,49,化工原理课件第一章 流体流动,例:某压缩机的吸入

14、管路直径为200mm，压出管路直径为80mm，吸入管内气体压强为9.73104Pa，温度为30，压出管路内气体压强为5.886105Pa(表压),温度为80,已测得吸入管内气体平均流速为20m/s，试求压出管的流速、质量流速和压缩机的排气量（以质量流量表示）。,解：,吸入管,第二节 流体在管内的流动,50,化工原理课件第一章 流体流动,压出管,排气量：,第二节 流体在管内的流动,51,四、伯努利方程:,内能(U):基准为1kg流体时，J/kg；,m kg： 位能 = mgZ， J 1 kg： 位能 = gZ， J/kg,位能:,m kg： 动能 = mu2/2， J 1 kg： 动能 = u2

15、/2 ， J/kg,动能:,第二节 流体在管内的流动,1.相关能量:,52,化工原理课件第一章 流体流动,m kg V m3：,1 kg V/m m3：, J,，J/kg,机械能(E)：E = 位能+动能+静压能,比容,第二节 流体在管内的流动,静压能(压强能)区别于固体运动,53,热量( )J/kg； 当外界向流体供热时, 为正值,吸热时为负;,外功( )净功或有效功，J/kg；,第二节 流体在管内的流动,有效功率：,泵效率：,泵的轴功率, W或kW, W或kW,54,第二节 流体在管内的流动,55,2.总能量衡算式：,考察对象：稳态流动 流动方向：1-1至2-2截面 衡算基准：1kg流体

16、基准水平面：0-0平面,第二节 流体在管内的流动,56,3.机械能衡算式：,（ 和 为非机械能）,（热力学第一定律）,式中 因受热而引起体积膨胀所作的功,J/kg,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,因流阻而损失的能量,J/kg,57,化工原理课件第一章 流体流动,代入总衡式( ),得：,又,适用可压缩或不可压缩流体,第二节 流体在管内的流动,58,化工原理课件第一章 流体流动,4.伯努利方程式:,将机械能衡算式( )改为：,或：,J/kg,第二节 流体在管内的流动,不可压缩流体：,59,化工原理课件第一章 流体流动,5.伯方程讨论：,若为理想流体(即 ),且 ,则：

17、,适用不可压缩流体的稳态流动；,*理想流体的总机械能不变；,*流动实为机械能间的相互转换。,第二节 流体在管内的流动,无外功,60,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,61,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,62,化工原理课件第一章 流体流动,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：,因此，部分静压能转化为位能,第二节 流体在管内的流动,63,化工原理课件第一章 流体流动,静止时：,(静力学方程）,对于可压缩流体：,若 ,则,非稳态流动的任

18、一瞬间，伯方程仍成立。,第二节 流体在管内的流动,64,不同基准的伯方程：,*以单位重量为基准,第二节 流体在管内的流动,65,化工原理课件第一章 流体流动,*以单位体积为基准,第二节 流体在管内的流动 2-4 能量衡算方程,66,*基准间的转换（一）：,第二节 流体在管内的流动,67,化工原理课件第一章 流体流动,*基准间的转换（二）：,第二节 流体在管内的流动,68,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,6.伯方程解题步骤：,绘制流程图，标出流向；,确定上下游截面；,选择基准水平面；,列伯方程求解。,69,化工原理课件第一章 流体流动,确定流量：,解：,考察1-1和2-2

19、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,7.伯方程应用：,70,化工原理课件第一章 流体流动,伯方程( ),其中 ，另有,第二节 流体在管内的流动,71,确定相对高度：,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。管382.5mm,能量损失为30J/kg(不包括出口的能量损失)

20、,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,72,其中,另有,注:*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,73,化工原理课件第一章 流体流动,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,74,化工原理课件第一章 流体流

21、动,其中,另有,由于,第二节 流体在管内的流动,75,化工原理课件第一章 流体流动,确定管路压强：,例:水在等径虹吸管作稳态流动,能损不计,求截面2-2,3-3,4-4和5-5处压强。标准大气压,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,76,化工原理课件第一章 流体流动,考察1-1和n-n两截面,取2-2截面为基准水平面：,由于等径且稳态流动,故：,因是理想流体,且无外功,故：,第二节 流体在管内的流动,77,化工原理课件第一章 流体流动,选取计算截面: *连续流体; *垂直流动方向； *已知量较多；,两截面压强的表示法(表压或绝压,不

22、用真空度) 需一致；,*注意对应,8.伯方程的解题要点：,大截面流速视为0;出口管道宜取管内侧截面。,作业：P43中习题9。,截面间 不参与计算；,第二节 流体在管内的流动, 是泵自身产能与耗能的总和表现；,78,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,79,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,80,化工原理课件第一章 流体流动,第二节 流体在管内的流动,81,化工原理课件第一章 流体流动,一、牛顿黏性定律与流体黏度：,第三节 流体在管内的流动现象,82,化工原理课件第一章 流体流动,剪应力(内摩擦应力)：,第三节 流体在管内的流动现象,内摩擦力(黏滞力;黏

23、性摩擦力)导致能损,流动 阻力,1.牛顿黏性定律：,83,2.流体黏度( ) ：,物理意义：,单位：,黏度物性参数。,SI制：,CGS制：,第三节 流体在管内的流动现象,84,影响因素：,*液体黏度 一般大于气体黏度 ；,* 与 受压力影响较小；,* 随温度而, 随温度而。,黏度的查取 ： (附录10,11),第三节 流体在管内的流动现象,85,3.相关概念 ：,牛顿型流体符合牛顿黏性定律； 非牛顿型流体:高分子溶液,胶体溶液,发酵液,泥浆等,动力黏度 (黏度) 运动黏度,第三节 流体在管内的流动现象,86,化工原理课件第一章 流体流动,4.非牛顿型流体特性：,第三节 流体在管内的流动现象,令

24、,剪切速率,流变方程,黏度(牛顿),定义,表观黏度 (非牛顿),牛顿型,87,化工原理课件第一章 流体流动,与时间无关的非牛型流体：,第三节 流体在管内的流动现象,*假塑性(B线)：,聚合物溶液,熔融体,油脂,油漆, 淀粉溶液,蛋黄浆等,*涨塑性(C线)：,玉米粉,糖溶液,湿砂,高浓度细粉悬浮液等,*宾汉塑性(D线)：有屈服极限,纸浆,牙膏,肥皂,污泥浆等,88,化工原理课件第一章 流体流动,与时间有关的非牛型流体：,第三节 流体在管内的流动现象,*触变性：,部分高聚物溶液、食品和油漆等,*流凝性：,部分溶胶和石膏悬浮液等,黏弹性流体：有一定弹性,面粉团,凝固汽油,沥青等,5.非牛型流体流阻,

25、层流：,部分流体符合乘方规律,湍流：,稠度系数,89,二、流动类型与雷诺准数：,第三节 流体在管内的流动现象,90,第三节 流体在管内的流动现象,91,第三节 流体在管内的流动现象,92,说明：, 无因次数群,不同单位制中 等值；, 反映惯性力与黏性力间的对比关系：,第三节 流体在管内的流动现象,93,例:10oC水以2m/s的速度在内径为50mm的管内流动。计算(1)Re及流型；(2)水保持层流的最大流速。,解：,查附录2得10oC水：=999.7kg/m3,=l.306mPas,(湍流),第三节 流体在管内的流动现象,(1),(2),层流：,94,1.质点运动：,层流:沿管轴作规则的平行运

26、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,* 一定,可视为稳态流动,*湍流本身是非稳态流动,第三节 流体在管内的流动现象,三、流体的流速分布：,95,化工原理课件第一章 流体流动,层流呈抛物线状,且,湍流与 有关。,2.圆管内流速分布：,第三节 流体在管内的流动现象,96,化工原理课件第一章 流体流动,返回,第三节 流体在管内的流动现象,97,说明：,*湍流时曲线由各点 标绘；,*湍流时质点间还存有湍流应力。,四、层流内层：,( 为涡流黏度非物性参数),第三节 流体在管内的流动现象,越大,则 层流内层越薄,98,1.边界层形成和发展：,*,*,

27、*,*,*,第三节 流体在管内的流动现象,五、边界层：,99,第三节 流体在管内的流动现象,100,2.圆管内边界层：,稳定后,层流或湍流流型不变,且=di/2；,湍流仍存在滞流内层。,第三节 流体在管内的流动现象,101,第三节 流体在管内的流动现象,102,3.边界层分离：,局部阻力：形体阻力+摩擦阻力,阀门、管件、三通、弯头、管进口和出口等,第三节 流体在管内的流动现象,103,第三节 流体在管内的流动现象,104,1.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( )：,105,化工原理课件第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,2.范宁公式,106,化工原理课

28、件第一章 流体流动,层流和湍流均适用,第四节 流体在管内的流动阻力,107,化工原理课件第一章 流体流动,3.管壁粗糙度与 ：,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,相对粗糙度,层流：,湍流：,*,*,第四节 流体在管内的流动阻力,108,化工原理课件第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,109,化工原理课件第一章 流体流动,4.层流 计算:,第四节 流体在管内的流动阻力,110,第四节 流体在管内的流动阻力,111,化工原理课件第一章 流体流动,5.湍流 计算：,湍流时：,因次分析法：,Moody图,Moody图为双对数坐标图；,第四节 流体在管内的流动

29、阻力,112,化工原理课件第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,完全湍流区,过 渡 区,湍流区,滞流区,113,化工原理课件第一章 流体流动,*层流区( )：,四个区域：,*湍流区( 及虚线以下 ):,a.光滑管：,b.粗糙管:查图,( ,得=0.028),第四节 流体在管内的流动阻力,114,第四节 流体在管内的流动阻力,115,化工原理课件第一章 流体流动,*完全湍流区（虚线以上）:,阻力平方区；,*过渡区( ),多按湍流处理。,=f(/d ),与Re无关；,/d 越大, 达到阻力平方区的Re值越小,/d 一定, 为常数,第四节 流体在管内的流动阻力,116,化工原理课件第一章

30、流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,四、 区域阻力系数比较,117,化工原理课件第一章 流体流动,6.非圆直管流阻：,当量直径( )：,说明：,例:外管内径为Di、内管外径为do的同心套管环隙:,*,*截面积相同时,圆管de最大,流阻最小,第四节 流体在管内的流动阻力,118,化工原理课件第一章 流体流动,a.若矩形管,截面长宽比应不大于3；,*计算湍流较可靠,b.若环形截面,可靠性较差。,*层流时,应修正,第四节 流体在管内的流动阻力,119,化工原理课件第一章 流体流动,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

31、隙,试估算水通过环隙每米管长的压强降。,解：,查Moody图,第四节 流体在管内的流动阻力,120,二、局部阻力：,1.涡流的形成：,第四节 流体在管内的流动阻力,121,化工原理课件第一章 流体流动,2.局部阻力计算：,阻力系数法：,a. 以小管流速计；,b.查 图,横坐标取为 。,*突然扩大或缩小：,第四节 流体在管内的流动阻力,122,化工原理课件第一章 流体流动,第四节 流体在管内的流动阻力,123,化工原理课件第一章 流体流动,*管进口与管出口：,*管件与阀门 可查手册,注意：,a.管内侧：动能为u2/2，而hf 出口=0；,b.管外侧：动能为0，而hf 出口= u2/2。,弯头、三

32、通以及活接头等,第四节 流体在管内的流动阻力,124,化工原理课件第一章 流体流动,当量长度( )法:,三、总能量损失：,第四节 流体在管内的流动阻力,125,化工原理课件第一章 流体流动,四、降低流阻的途径：,1.尽量缩短管路，减少管件和阀门；,一定时，适当增大管径；,2.,降低流体黏度。,3.,第四节 流体在管内的流动阻力,126,化工原理课件第一章 流体流动,一、管路计算方程：,1.连续性:,2.伯努利:,3.能量损失:,二、计算任务：,1.由 、 等求,2.由 、 等求 或,第五节 管路计算,3.由 、 等求,127,例:用泵输送20oC水,流量20m3/h。高位液面比贮槽液面高10m

33、。吸入管和排出管分别为894mm和57 3.5mm的轻度腐蚀无缝钢管,吸收段直管长5m,一个底阀(带滤水器)、一个90o标准弯头;排出段直管长20m,有一个全开闸阀、一个全开截止阀和两个90o标准弯头。两液面恒定且均与大气相通,求泵的轴功率,设效率70%。,解：,Z1=0,Z2=10m,u1=0,u2=0,p1=p2,故：,第五节 管路计算,128,化工原理课件第一章 流体流动,(1)吸入段：,式中 ；,附录2：,表1-1:取,查Moody图,表1-3：90o标准弯头=0.75, 进口=0.5,表1-4: le底阀(带滤水器)=4200.081=34.02m,第五节 管路计算,129,化工原理

34、课件第一章 流体流动,(3)总能量损失：,所以：,作业：P43中习题11。,(2)同理：,第五节 管路计算,130,化工原理课件第一章 流体流动,解：,Z1=12m,Z2=0,u1=0,u2=u,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量长度,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,131,化工原理课件第一章 流体流动,故：,而：,黏度不大的流体多为湍流,设=0.02,由式(a)得u=2.81m/s,试差：,(a),(b),查

35、附录2：,查表1-1:取,查Moody图,第五节 管路计算,132,设=0.024,由式(a)得u=2.58m/s；,重试：,故：,说明：,b.亦可先假设 值试差。,a. 通常取值0.020.04；,第五节 管路计算,133,化工原理课件第一章 流体流动,解：,Z1=3m,Z2=0,u1=0,u2=u,p1=p2,We=0,2-2截面取管内侧,例:生产氯霉素时乙苯由高位槽引至反应器,管路为322.5mm,长50m (包括管件及阀门的当量长度,但不包括进、出口损失)。高位槽液面恒定并高于出料口3m,求管路输液量。( ),第五节 管路计算,134,化工原理课件第一章 流体流动,故：,而：,黏度不大

36、的流体多为湍流,设u=1.14m/s,试差：,(a),(b),查表1-1:取,查Moody图,由式(a)得=0.024,第五节 管路计算,135,重试：,故：,设u=0.92m/s,由式(a)得=0.0368,作业：P43中习题(12)。,第五节 管路计算,136,化工原理课件第一章 流体流动,例：从贮槽输送某高黏度料液至车间高位槽，高度为20m，流量为40000kg/h, 输液管总长度(包括直管长度和所有局部阻力的当量长度)为450m，管径为1084mm,试问输送20的冷液或用蒸汽预热至50再输送, 哪一种方案更加经济(泵效率为0.6)? 已知冷液相对密度为0.96，黏度3430cP;热液相

37、对密度为0.89,黏度187cP。假设l kW/h电能价为0.12元,每吨1.2atm(绝压)蒸汽价5.0元, 料液比热1.675kJ/(kgoC), 蒸汽的汽化潜热为2247.163kJ/kg。,解：,Z1=0，Z2=20m，u10，u20，p1=p2=0(表),第五节 管路计算,137,化工原理课件第一章 流体流动,化工原理课件第一章 流体流动,故：,(1)计算流速u,20时 ：,50时 ：,第五节 管路计算,138,化工原理课件第一章 流体流动,(2)计算,20时:,20时:,层流,50时:,层流,层流时：,50时:,第五节 管路计算,139,化工原理课件第一章 流体流动,(3)计算,2

38、0时:,50时:,(4)计算,20时:,50时:,第五节 管路计算,140,化工原理课件第一章 流体流动,(5)计算费用F,20时:,50时:,所以,将料液从20加热至50，所需蒸汽费用为,元/h,元/h,元/h,第五节 管路计算,141,三、复杂管路：,第五节 管路计算,142,化工原理课件第一章 流体流动,1.并联：,2.分支(+)和汇合(-)：,第五节 管路计算,143,一、测速管(皮托管)：,第六节 流速与流量的测量,144,1.结构：,第六节 流速与流量的测量,2. 测量原理：,外管:,内管:,冲压能,145,故：,第六节 流速与流量的测量,U管：,3.讨论：,可测点流速 流速分布；

39、,测,查图,须在稳定段测速,且皮托管外径要小；,146,若接微差压差计 ；,若测气速 。,4.优缺点：,结构简单,流阻小；,多用于气速测量；,测压孔易堵塞。,第六节 流速与流量的测量,147,例:用测速管测量内径300mm管道中空气流量。测量点温度为20oC,真空度为490Pa,大气压为98.66103 Pa。测速管插在管道中心处,测压使用微差压差计,指示液是油和水,密度分别为835kg/m3和998 kg/m3, 测得读数80mm,试求空气质量流量(以每小时计)。,解：,查附录9得,第六节 流速与流量的测量,148,二孔板流量计,第六节 流速与流量的测量,149,第六节 流速与流量的测量,150,1.结构节流式流量计,第六节 流速与流量的测量,151,2.测量原理：,暂不考虑能损,考虑能损,角接取压法标准孔板,校正系数,第六节 流速与流量的测量,152,第六节 流速与流量的测量,153,3.讨论：,以d1和u