化工原理課件2

1、J/kg,m,Pa,范寧公式 計算流體流動阻力的一般公式,流體流動阻力計算,摩擦系數(shù),摩擦因子變化規(guī)律分析 粗糙度對λ的影響： 層流時：繞過突出物，對λ無影響。 湍流時： ◆ 當(dāng)Re較小時，層流底層厚，形體阻力小，突出物對λ的 影響??；（摩擦阻力和形體阻力都不可忽略） ◆ 當(dāng)高度湍流時，層流底層薄，突出物充分暴露，形成 較大的形體阻力，突出物對λ的影響大。

2、 （形體阻力為主導(dǎo)，摩擦阻力可忽略）,流動阻力,工程上根據(jù)實驗得到公式、圖表,最常用——莫狄（Moody）摩擦系數(shù)圖。,根據(jù)實驗，得到莫狄（Moody）摩擦系數(shù)圖。,光滑管,摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對粗糙度的關(guān)系 層流區(qū) Re ≤2000 過渡區(qū) 2000＜Re≤4000,（阻力平方區(qū)）,不完全湍流區(qū),完全湍流區(qū),湍流區(qū) Re＞4000,層流時的摩擦系數(shù),—— Hangen-Poiseuille方程,

3、阻力與u線形關(guān)系,非圓直管中流動阻力,幾種常見非圓管的當(dāng)量直徑 1）矩形流道,,,,,,a,,,,b,矩形流道,,,,D,,d,環(huán)形流道,2）環(huán)形流道,（4） 局部阻力,流體流經(jīng)管件、閥門、測量接口、管進(jìn)出口段的阻力,產(chǎn)生原因：形體阻力+摩擦阻力,計算方法,1）當(dāng)量長度法,2）局部阻力系數(shù)法,式中 ： le —— 當(dāng)量長度,le及?的獲得：實驗，見有關(guān)資料。,式中 ： ?----局部阻力系數(shù),1）當(dāng)量長度法,2）局部阻力系數(shù)

4、法,突然縮小,特例：突然擴(kuò)大,① 等徑管總阻力計算,（3）系統(tǒng)的總阻力 系統(tǒng)總阻力=系統(tǒng)各直管阻力+局部阻力,② 變徑管總阻力計算,變徑管d、u、λ不同，需分段計算阻力例：,已知：管長l1=l2 =l；d1=d2=d,試求：各段壓差與阻力相對大?。縍1與R2相對大小，為什么？閥門關(guān)閉時， R1與R2如何變化？,流阻例題,再U型壓差A(yù)-A計上建立靜力學(xué)方程：,流阻例題,解： (1) R1與R2相對大小在1-1與2

5、-2面列方程,流阻例題,解： (1) R1與R2相對大小在3-3與4-4面列方程,再U型壓差計B-B上建立靜力學(xué)方程：,所以：R1=R2,各段壓差與阻力相對大??？閥門關(guān)閉時， R1與R2如何變化？,等直徑時：U壓差計只能測量阻力,流阻例題,解： (1) R1與R2相對大小推論采用U型壓差計測的壓差不含截面由于位頭不同引起的變化如果兩截面處管徑相等，測的壓力變化等于阻力變化。（2）,（3）,變管徑,流體流經(jīng)變徑管：水平放

6、置與垂直放置R有何變化?兩點壓差與阻力相對大??？改變流動方向，讀數(shù)有何變化？,流阻例題,用高位槽向用戶送水，管路中裝有一 U 型壓差計及壓力表pA、pB，如圖所示，當(dāng)閥門V關(guān)閉時，pB讀數(shù)為0.2MPa，壓差計指示液為汞，ρ=13600kg/m3，管內(nèi)徑為100mm,試求：（1）       pA、R讀數(shù)，水槽高度。（2）    

7、   當(dāng)打開閥門時，pB讀數(shù)為0.072MPa，若l1=5m，則R=10mmHg，試求pA讀數(shù)，管的流量（λ=0.0204）（3）       管路系統(tǒng)阻力及∑（l+le）,l1,l1,二、解：,（1） PA、R讀數(shù)，水槽高度。,（2）當(dāng)打開閥門時，pB讀數(shù)為0.072MPa，若l1=5m，則R=10mmHg，試求pA讀數(shù)，管的流量（λ=0.0204）,l

8、1,l1,（2）,（3）,管路系統(tǒng)阻力及∑（l+le）,1.7 管路計算,管路計算,解決兩個問題,確定了輸送任務(wù)，沒有管路，設(shè)計管路已有管路，核算能力,▲設(shè)計型計算 ▲操作型計算,▲設(shè)計型計算 ▲操作型計算（1）設(shè)計型計算 給定的生產(chǎn)任務(wù)：流量、操作條件、現(xiàn)場情況，設(shè)計管路，選用輸送設(shè)備的規(guī)格，計算外加功率。 管路設(shè)計目標(biāo)：保證穩(wěn)定安全生產(chǎn)的前提下，使總費用最低。,（2）操作型計算

9、 已知管路情況和操作條件，核算流量或外加功率是否夠用,已知：,待確定：,已知：,待確定：,1.7.1 簡單管路特點：無分支或匯合的管路， 穩(wěn)態(tài)，流速恒定、流量恒定。,簡單管路系統(tǒng)特性分析：,阻力損失：,質(zhì)量流量：,體積流量：(不可壓縮流體),已知：,簡單管路設(shè)計型計算,選定：,空間位置,選定流速和材料，確定管徑根據(jù)空間位置和工藝要求確定：直管長度、管件,計算出：,費,用,,,,,,,,,,,,,,,,,流速,u,適

10、宜,,,設(shè)備費用影響 操作費用影響,管路優(yōu)化目標(biāo)：保證輸送任務(wù)，總費用最低。,流速對總費用的影響,粘度較大的，u小一點含有固體顆粒， u大一點密度較大， u小一點,真空管路， u小一點注意安全速度,簡單管路操作型計算,已知管路情況和操作條件，核算流量或外加功率是否夠用,已知：,待確定：,試差法,1.7.2 復(fù)雜管路,(1) 分支管路,機(jī)械能衡算式（a）總管→支管,質(zhì)量流量,（b）各支管間關(guān)系,(3) 并聯(lián)管路

11、 特點：具有分支點和匯合點，是各分支的公共點。,1）質(zhì)量流量,2）總機(jī)械能衡算,問題：∑RA-B用一個分支，還是各分支加和。結(jié)論：并聯(lián)管路，各支路阻力相等。并聯(lián)段，只能計入一個支路的阻力損失。,并聯(lián)管路特點：,3）流量分配 問題：各支管，流量是否相同 ，,阻力 ：,流量：,● 以機(jī)械能衡算方程為基礎(chǔ)的測定方法，應(yīng)用公式：,1.8 流速和流量測定,● 流

12、體的速度和流量測定是一個重要的測量參數(shù)；● 測量用的方法和流量計的種類很多。,1.8.1 測速管（畢托管 Pitot ） (1) 結(jié)構(gòu) 同心套管、壓差計 。,,,,,,,,,A,B,,,u,外管：開口平行于流向 pB內(nèi)管：開口垂直于流向 pA,,,,,,,,,A,B,,,u,B點處靜壓與A截面上游靜壓一致B點處流速與A截面上游流速一致A處動能全部轉(zhuǎn)換為靜壓能，無損失,u,CP：校正系數(shù)

13、，一般取0.98～1.00 (實測) (3) 使用方法,1) 測量點速度 問題：如何測平均流速、流量、速度分布 平均流速：放于管中心處，測出 umax， 層流： 湍流：,a）管口截面： 嚴(yán)格垂直于流體的流動方向；,b）測量點選擇： 在穩(wěn)定流動段（直管段）， 且前后直管

14、各50d , 至少 8 ~ 12 d；,c）畢托管直徑： 外徑不超過管徑的1/50；,d）測量氣體時： 壓力變化不超過15%； 要求氣體流速 > 5 m/s；,e）壓差較小時： 可配合微差壓差計使用。,3) 適用條件,2) 安裝,大直徑管路較多用于氣體流體含固體雜質(zhì)時不宜采用,4）畢托管的優(yōu)點：◇　結(jié)構(gòu)簡單；◇　使用方便；◇　流體的機(jī)械能損失很少

15、。5）畢托管的局限性：◇　測速管較多地用于測量氣體流場中某點的速度；◇　測壓孔易堵塞。,1.8.2 孔板流量計1 結(jié)構(gòu)及特點,,,,壓差計兩種取壓方式： 縮脈取壓：孔板前1d 孔板后0.5d處。 角接取壓：孔板前后，并盡量靠近孔板。 工業(yè)上，常用角接取壓。,特點：節(jié)流式流量計 (恒截面，變壓差),孔板：測量元件； 縮脈：孔板后1/3～2/3 d 處。,(2) 測量原理在上

16、圖所示的1-1、0-0面間列機(jī)械能衡算方程：,若不考慮阻力損失，有：,或,考慮阻力損失，則有：,又,— 流量系數(shù)或孔流系數(shù),式中：,,,,,,,R,,,,1,2,1,0,0,2,d1S1u1,d0S0u0,d2S2u2,,,,,,,(3) 安裝要求 1) 穩(wěn)定段長度：上游15~40 d，下游5 d處； 2) 不宜安裝在要求阻力很小處(如泵入口)。(4) 主要優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單牢固，制造、使用方便，性

17、能穩(wěn)定可靠,造價低, 使用壽命長；,缺點:　　(1)測量精度普遍偏低;　　(2)范圍度窄;　　(3)現(xiàn)場安裝條件要求高;　　(4)壓損大,約占流量計全部用量的1/4~1/3,1.8.3 文丘里流量計(1) 結(jié)構(gòu)及特點 1) 結(jié)構(gòu),2) 特點 節(jié)流式流量計 (恒截面，變壓差),(2) 測量原理 列1-1及2-2面間的機(jī)械能方程式：,(3) 安裝要求

18、 穩(wěn)定段長度：上游50 d，下游10 d。 (4) 主要優(yōu)缺點 優(yōu)點：永久阻力損失小(實測壓差Δp1-3的10%)； 缺點：造價較高，本身尺寸較長。,1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計 (1) 結(jié)構(gòu)與特點 1）結(jié)構(gòu) 錐形體（錐角約40）； 轉(zhuǎn)子（密度大于流體密度）。,2) 特點： 變截面，恒壓差。,列1-1及2-2間的機(jī)械能衡算

19、方程：,(2) 測量原理 原理：轉(zhuǎn)子在流體中受力平衡 對控制體(含轉(zhuǎn)子的圓柱體)作力衡算：,與流量無關(guān),考慮阻力影響,恒流速，變截面,(5) 使用 1) 用于清潔或腐蝕性流體測量； 2) 玻璃管不耐高溫、高壓，易碎； 3) 開啟時，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)流量閥。,必須垂直安裝（只能測垂直管中流量）；,(4) 安裝,(6) 轉(zhuǎn)子流量計的優(yōu)缺點,玻璃錐管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單,使用方便；缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的

20、較大風(fēng)險；適用于小管徑和低流速；壓力損失較低；阻力損失小，測量范圍寬；流量計前后不需穩(wěn)定管段。,流量計,差壓式流量計容積式流量計浮子流量計渦輪流量計電磁流量計流體振蕩流量計中的渦街流量計質(zhì)量流量計插入式流量計,差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓,差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成,容積式流量計, 精度高,橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、

21、往復(fù)活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計,渦輪流量計：速度式流量計,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。,電磁流量計：根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。　　電磁流量計有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。,超聲流量計：通過檢測流體流動對超聲束的作用以測量流量。,科里奧利質(zhì)量流量計：利用流體在振動管中流動時,產(chǎn)生與

22、質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的。,流量計發(fā)展到今天雖然已日趨成熟,但其種類仍然極其繁多,至今尚無一種對于任何場合都適用的流量計。每種流量計都有其適用范圍,也都有局限性。,減少儀表測量誤差引起的損失,重視經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)代則普遍為（0.5%～1%）R，,降低運行費用無壓損或低壓損儀表特別是大管徑水量輸送，采用無壓損的電磁流量計和超聲流量計1m管徑文丘利管差壓流量計一年泵送能耗費足夠購置一臺中等價格的電磁流量計。,發(fā)展方向,,

23、,,,,,,,,1,p1,p2,3,0,qV2,2,閥門A由全開變半開，,,,,,,,,,,,,p3,qV3,p0,qV0,A,B,c）流量分配 與各支管的阻力有關(guān)，并相互影響， 應(yīng)用連續(xù)性方程計算。,,,,,,,,,,1,p1,p2,3,0,qV2,2,,,,,,,,,,,,p3,qV3,p0,qV0,A,B,,10m,d1=25mm,d2=10mm,總管：l=50m,支管很短，除閥門外阻力不計,10個支管，全開時

24、,求：總流量,,總流量,,,,,,,,,,1,p1,p2,3,0,qV2,2,,,,,,,,,,,,p3,qV3,p0,qV0,A,B,,10m,d1=25mm,d2=10mm,總管：l=50m,支管很短，除閥門外阻力不計,20個支管，全開時,求：總流量,總管阻力：支管阻力=10.4：1,當(dāng)總管阻力為主導(dǎo)，總管流量不隨支管而變。（供水管路）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,當(dāng)支管阻力為主導(dǎo)，情況會如何？,任何支管閥門的開關(guān)，只影響

25、本身流量，不影響其他支路的流量,匯合管路,,,,,求：改變閥門開度，流量、壓力如何變化？,,,,,,,,,A,B,pa,pa,pa,C,D,由高位槽向水槽B供水，閥門1，2，3全開；現(xiàn)關(guān)小1開度，則各管流量如何變化？,Δz =∑hf,CF段阻力恒定,假設(shè)Q1不變，1管路阻力增大，Q2 Q3必相應(yīng)增大，CD EF 段阻力不變,CF段阻力增加,假設(shè)錯誤,Q1必定減小,精品課件！,精品課件！,Q減少，pD升高， pE降低， ED管路阻力