《食品工程原理》第一章流體流動(dòng)[章節(jié)講課]

1、第第 一一 章章 Fluid Flow 第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)原理流體靜力學(xué)原理 第二節(jié)第二節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的基本規(guī)律管內(nèi)流體流動(dòng)的基本規(guī)律 第三節(jié)第三節(jié) 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象 第四節(jié)第四節(jié) 流體流動(dòng)的阻力流體流動(dòng)的阻力 第六節(jié)第六節(jié) 流量測(cè)定流量測(cè)定 1-1 1-1 流體密度和壓力流體密度和壓力 1.1A 1.1A 密度密度 1.1B 1.1B 壓力壓力 1-21-2 流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式 1.2A 1.2A 靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)和討論靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)和討論 1.2B 1.2B 靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 2章節(jié)課件 1-1 1-1 流體密度和壓力

2、流體密度和壓力 1.1A 密度（density) 密度密度定義定義 V m 單位為單位為: kg / m3 氣體的密度氣體的密度 由由 RT M m pV RT pM V m R摩爾氣體常量，摩爾氣體常量，R = 8.314J/(molK) 3 章節(jié)課件 氣體混合物密度氣體混合物密度 n i iim y 1 液體混合物密度液體混合物密度 n i i i m w 1 1 比容比容（specific volume） /V/mv1 4章節(jié)課件 1.1B 壓力 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的 壓強(qiáng)，習(xí)慣上稱為壓強(qiáng)，習(xí)慣上稱為壓力壓力（pressure)

3、, 符號(hào)為符號(hào)為 p, 法定計(jì)量單位法定計(jì)量單位: Pa。 流體的壓力有三種表示方法：流體的壓力有三種表示方法： 1.絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 pab (absolute pressure) 2.表壓表壓 pg (gauge pressure) pg= pab - pa 3.真空度真空度 pvm (vacuum) pvm= pa - pab pab = 0 pa大氣壓大氣壓 pa pab pab pg pvm 5章節(jié)課件 1-21-2 流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式 1.2A 靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)和討論 z1 z2 p1 p2 Ap2A - p1A -gA(z1 - z2) = 0 則：則：

4、p2= p1+g(z1 - z2) 設(shè)液面上方壓力為設(shè)液面上方壓力為p0 ,深深 h處處 p = p0 + gh p1+gz z1 = p2+gz z2 (Pa) p1 /+ gz z1 = p2 /+ gz z2 (J/kg) 2 2 1 1 z z g p g p z z( m) 6章節(jié)課件 說(shuō)說(shuō) 明明 和和 討討 論論 (1) 只適用于重力場(chǎng)中靜止的不可壓縮的連續(xù)的只適用于重力場(chǎng)中靜止的不可壓縮的連續(xù)的 單一流體。單一流體。 （2) 靜止的連續(xù)的同一液體中，靜止的連續(xù)的同一液體中， 處在同一水平位置上的各點(diǎn)處在同一水平位置上的各點(diǎn) 的壓力都相等。的壓力都相等。 （3） p/稱為稱為靜壓能

5、靜壓能，gz z 稱為稱為位能位能,單位為單位為J/kg。 在靜止流體中這兩種機(jī)械能之和是守恒的。在靜止流體中這兩種機(jī)械能之和是守恒的。 (4) 工程上將工程上將 稱為稱為靜壓頭靜壓頭，z z 稱為稱為位壓頭位壓頭。 g p 兩種壓頭之和在靜止兩種壓頭之和在靜止 流體中處處相等。流體中處處相等。 壓頭的單位是壓頭的單位是 m。 p p1 /+ gz z1 = p2 /+ gz z2 2 2 1 1 z zz z g p g p 7章節(jié)課件 1.2B 靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 1. 壓力的測(cè)量壓力的測(cè)量 (1) U型管壓差計(jì)型管壓差計(jì) pb= p2+B gz+A gR 因因 pa = pb pa =

6、 p1 + B g(z + R) p1+B g (z+R)= p2+B gz+A gR p1- p2=(A-B)gR R p1p2 ab A B z 8章節(jié)課件 (2)微差壓差計(jì)微差壓差計(jì) 將將U型管的兩側(cè)管頂端各增設(shè)一個(gè)擴(kuò)大室型管的兩側(cè)管頂端各增設(shè)一個(gè)擴(kuò)大室, 由于擴(kuò)大室的截面積比由于擴(kuò)大室的截面積比U型管截面積大得多，型管截面積大得多， 指示液指示液C的液面變化也極小，的液面變化也極小， 可以認(rèn)為是等高可以認(rèn)為是等高 p1 - p2= (A-C)gR 只要選擇兩種指示液的只要選擇兩種指示液的 密度差密度差(A-C)值相當(dāng)小，值相當(dāng)小， 讀數(shù)讀數(shù)R值可放大到普通值可放大到普通U 型管壓差計(jì)讀

7、數(shù)的數(shù)倍。型管壓差計(jì)讀數(shù)的數(shù)倍。 9章節(jié)課件 z z p0 AB R i 2.液位的測(cè)量液位的測(cè)量 pA= p0+ z zg pB= p0+ Ri g pA= pB z zg= Ri g Rz i 10章節(jié)課件 3.液封高度的確定液封高度的確定 例例1-2 罐頭廠為連續(xù)化高溫殺菌，采用圖罐頭廠為連續(xù)化高溫殺菌，采用圖 所示的靜水壓密封連續(xù)殺菌裝置，殺菌室通入所示的靜水壓密封連續(xù)殺菌裝置，殺菌室通入 壓力為壓力為0.2MPa（絕對(duì)）的蒸汽，求水封室高度。（絕對(duì)）的蒸汽，求水封室高度。 解：解： /pg/pg 2211 z zz z g pp H 21 12 z zz z 10.1m 9.8110

8、00 101.01100.2 56 H 生產(chǎn)上為了把握，生產(chǎn)上為了把握， 一般采用一般采用1516m。 1 2 11章節(jié)課件 1-3 1-3 管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程 1.3A 1.3A 流量和流速流量和流速 1.3B 1.3B 穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng) 1.3C 1.3C 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 1-4 1-4 柏努利方程柏努利方程 1.4A 1.4A 柏努利方程的表達(dá)式柏努利方程的表達(dá)式 1.4B 1.4B 實(shí)際流體機(jī)械能衡算實(shí)際流體機(jī)械能衡算 12章節(jié)課件 1-3 1-3 管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程 1.3A 流量和流速流量和流速 1.流量流量

9、 (1)體積流量體積流量（volumetric flow rate） 以符號(hào)以符號(hào)qv表示，其單位為表示，其單位為 m3/s t V qv (2)質(zhì)量流量質(zhì)量流量（mass flow rate） 符號(hào)符號(hào)qm ， ，單位為 單位為 kg/s t V t m qm vm qq 13章節(jié)課件 2 . 流速流速 平均速度平均速度（average velocity） 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱流速流速 ， 符號(hào)符號(hào)u ，單位為，單位為m/s A q u v (kg/s)Auqq vm 3.管徑的估算管徑的估算 2 v 2 v d q /4)d( q u 0.785 u q d v 0.785 生產(chǎn)任務(wù)決定生產(chǎn)任務(wù)決定q

10、v,，由常用流速，由常用流速u(如水如水 u =2m/s), 可估算所需管徑可估算所需管徑u , 選相近規(guī)格尺寸。選相近規(guī)格尺寸。 本應(yīng)按總費(fèi)用最低原則本應(yīng)按總費(fèi)用最低原則 14章節(jié)課件 1.3B 穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng) 1.穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)（steady flow） 任意截面上流體的流速、壓力和密度等有關(guān)任意截面上流體的流速、壓力和密度等有關(guān) 物理量都不隨時(shí)間變化的流動(dòng)物理量都不隨時(shí)間變化的流動(dòng) 2.不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng)（unsteady flow） 任意截面上流體的性質(zhì)和流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變?nèi)我饨孛嫔狭黧w的性質(zhì)和流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變 化的流動(dòng)化的流動(dòng) 1 1 qm(in) qm(

11、out) qm(in) qm(out) 穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng) qm(in)0(屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力), 流體始相對(duì)運(yùn)動(dòng)流體始相對(duì)運(yùn)動(dòng) 牛頓流體牛頓流體 (對(duì)照對(duì)照) 0 29章節(jié)課件 Herschel-Bulkley公式公式 n ) dy du K( 0 剪稀流體剪稀流體,0=0， n1 賓哈姆流體賓哈姆流體,0 0， n=1 塑性流體塑性流體,00 ，n1 牛頓流體牛頓流體,0=0 ，n=1 而常數(shù)而常數(shù)K就相應(yīng)于黏度就相應(yīng)于黏度 30章節(jié)課件 1-6 1-6 流體流動(dòng)型態(tài)流體流動(dòng)型態(tài) 1.6A 雷諾實(shí)驗(yàn)和雷諾數(shù)雷諾實(shí)驗(yàn)和雷諾數(shù) 1雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn) (1)層流層流（laminar flow） 流體平

12、行流動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)流體平行流動(dòng)，質(zhì)點(diǎn) 間互不混雜的流動(dòng)型態(tài)間互不混雜的流動(dòng)型態(tài) (2)湍流湍流（turbulent flow） 質(zhì)點(diǎn)間彼此碰撞、互質(zhì)點(diǎn)間彼此碰撞、互 相混合，質(zhì)點(diǎn)的速度大相混合，質(zhì)點(diǎn)的速度大 小和運(yùn)動(dòng)方向隨時(shí)發(fā)生小和運(yùn)動(dòng)方向隨時(shí)發(fā)生 變化的流動(dòng)型態(tài)變化的流動(dòng)型態(tài) 31章節(jié)課件 2.雷諾數(shù)雷諾數(shù)（Reynolds Number） du Re 長(zhǎng)度長(zhǎng)度的量綱的量綱 L 時(shí)間時(shí)間的量綱的量綱 T 質(zhì)量質(zhì)量的量綱的量綱 M 雷諾數(shù)的量綱為雷諾數(shù)的量綱為 1TML TML MLLTL dim 000 11 31 Re 雷諾數(shù)雷諾數(shù)Re是個(gè)是個(gè)量綱一的量綱一的特征數(shù)特征數(shù)。 雷諾實(shí)驗(yàn)表明：雷諾實(shí)

13、驗(yàn)表明： 當(dāng)當(dāng)Re 4000 , 湍流湍流 當(dāng)當(dāng)2000 Re 4000 ，過(guò)渡流過(guò)渡流 32章節(jié)課件 1.6B 流體邊界層流體邊界層 1.邊界層的形成邊界層的形成 邊界層邊界層 平板壁面平板壁面 附近速度梯度較大附近速度梯度較大 的區(qū)域的區(qū)域 主流區(qū)主流區(qū) 邊界層外邊界層外 速度梯度可忽略的區(qū)域速度梯度可忽略的區(qū)域 xc某臨界距離某臨界距離 x xc 湍流邊界層湍流邊界層 (靠近壁面存在層流內(nèi)層靠近壁面存在層流內(nèi)層) 2.邊界層的分離邊界層的分離 流體流經(jīng)曲面，或其他形狀物體的表面時(shí)，流體流經(jīng)曲面，或其他形狀物體的表面時(shí)， 產(chǎn)生邊界層與固體表面分離并形成旋渦的現(xiàn)象產(chǎn)生邊界層與固體表面分離并形

14、成旋渦的現(xiàn)象. 33章節(jié)課件 1-7 流體在圓管內(nèi)的速度分布流體在圓管內(nèi)的速度分布 1.7A 層流的速度分布層流的速度分布 1.速度分布公式速度分布公式 流體柱上的推動(dòng)力流體柱上的推動(dòng)力 作用于流體柱側(cè)表面作用于流體柱側(cè)表面 (A = 2rl )上的內(nèi)摩擦力上的內(nèi)摩擦力 dr du rl)(AF r r 2 推動(dòng)力與阻力大小相等，方向相反推動(dòng)力與阻力大小相等，方向相反 dr du rl)(rp r 2 2 22 21 rprpp 34章節(jié)課件 r u rl)(rp r d d 2 2 rr l p urd 2 d r R r u 0 rr l p u r d 2 d )r(R l p u 22

15、 r 4 在管軸線上，在管軸線上，r = 0 2 max R l p u 4 )(uu R r maxr 2 2 1 在管壁處，在管壁處，r = R, ur = 0 0 r R umax 35章節(jié)課件 本本 次次 習(xí)習(xí) 題題 p.46 7 8 36章節(jié)課件 2. 2.平均流速平均流速 半徑為半徑為r 處，環(huán)形截面面積：處，環(huán)形截面面積： dA=2rdr r)r(uAuq rrv d2dd r dr R r) R r (ruq maxv d12d 2 2 r) R r r(uq R maxv d12 0 2 2 max 2u R 2 1 平均流速平均流速 max max v u R uR A q

16、 u 2 1 2 1 2 2 2 8 R l p u 泊稷葉（泊稷葉（Poiseuille）方程）方程 2 32lu/dp 2 4 R l p u max )(uu R r maxr 2 2 1 37章節(jié)課件 1.7B 湍流的速度分布 不能理論推導(dǎo)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不能理論推導(dǎo)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定 u/umax與與Remax或或Re值的關(guān)系見圖值的關(guān)系見圖 通常近似取湍流的平均速度通常近似取湍流的平均速度 u=0.82umax 38章節(jié)課件 1-8 1-8 管內(nèi)流體流動(dòng)的直管阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的直管阻力 1.8A 1.8A 直管阻力公式直管阻力公式 1.8B 1.8B 層流的摩擦因數(shù)層流的摩擦因數(shù) 1.8C

17、1.8C 湍流的摩擦因數(shù)湍流的摩擦因數(shù) 1-9 1-9 管內(nèi)流體流動(dòng)的局部阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的局部阻力 1.9A 1.9A 阻力因數(shù)法阻力因數(shù)法 1.9B 1.9B 當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度法 流體流動(dòng)的阻力，流體流動(dòng)的阻力， 分為直管阻力和局部阻力分為直管阻力和局部阻力 。 39章節(jié)課件 1-8 1-8 管內(nèi)流體流動(dòng)的直管阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的直管阻力 1.8A 直管阻力公式直管阻力公式 f h u p gz u p gz 22 2 22 2 2 11 1 不變徑水平管不變徑水平管 z1=z2 u1=u2=u p p p h f 21 穩(wěn)定流動(dòng)，推動(dòng)力和摩擦阻力平衡：穩(wěn)定流動(dòng)，推動(dòng)力和摩擦阻力平衡： d

18、ld p 2 4 l/dp4 40章節(jié)課件 2 8 2 2 u d l u h f l/dp4 p h f d l h f 4 2 u 8 令 2 2 u d l hf 摩擦因數(shù)（摩擦因數(shù)（friction coefficient）是是量綱一量綱一的常數(shù)的常數(shù) 范寧（范寧（Fanning）公式）公式 另兩種直管阻力表示式另兩種直管阻力表示式 壓頭損失壓頭損失 g u d l g h H f f 2 2 (m) 壓力損失壓力損失 (Pa) 2 2 u d l hp ff 41章節(jié)課件 1.8B 層流的摩擦因數(shù)層流的摩擦因數(shù) 壓力損失壓力損失 2 f d lu p 32 2 f f d lu p

19、h 32 2 64 2 u d l du 2 64 2 f u d l Re h 與范寧公式對(duì)照與范寧公式對(duì)照 2 2 f u d l h Re 64 層流摩擦因數(shù)的層流摩擦因數(shù)的 理論公式理論公式 (Pa) (J/kg) 42章節(jié)課件 1.8C 湍流的摩擦因數(shù)湍流的摩擦因數(shù) 湍流復(fù)雜，影響摩擦因數(shù)的變量較多。工程研究湍流復(fù)雜，影響摩擦因數(shù)的變量較多。工程研究 中，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。中，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 研究此類工程問(wèn)題，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)研究此類工程問(wèn)題，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)工作，經(jīng)常用量綱分析法（關(guān)聯(lián)工作，經(jīng)常用量綱分析法（dimensional an

20、alysis) ， 建立特征數(shù)方程。建立特征數(shù)方程。 1.量綱分析法量綱分析法 因次一致性原則因次一致性原則 物理方程各量代以量綱式，物理方程各量代以量綱式， 方程兩邊相同基本量的量綱指數(shù)（因次）相等。方程兩邊相同基本量的量綱指數(shù)（因次）相等。 定理定理 特征數(shù)數(shù)目特征數(shù)數(shù)目=物理量數(shù)目基本量數(shù)目物理量數(shù)目基本量數(shù)目 ),u,l,(d,p f f 管子的絕對(duì)粗糙度，管子的絕對(duì)粗糙度，m。 fedcba f ulkdp 43章節(jié)課件 各物理量的量綱為：各物理量的量綱為： dimp = ML-1T-2 dimd = L diml = L dimu = LT-1 dim=ML-3 dim =ML-1

21、T-1 dim= L fedcba f ulkdp 各量的量綱代入下式：各量的量綱代入下式： 得得 ML-1T-2=kLaLb(LT-1)c(ML-3)d(ML-1T-1)eLf ML-1T-2=kMd+eLa+b+c-3d-e+f T-c-e 按因次一致性原則：按因次一致性原則： 對(duì)對(duì)M 1 = d+e 對(duì)對(duì)L -1 = a+b+c-3d-e+f 對(duì)對(duì)T -2 = -c-e a,c,d可表示為可表示為b,e,f 的函數(shù)的函數(shù) d=1-e c=2-e a=-b-e-f 44章節(jié)課件 fedcba f ulkdp d=1-e c=2-e a=-b-e-f fee1e2bfeb f ulkdp 將

22、指數(shù)相同的物理量并在一起：將指數(shù)相同的物理量并在一起： bfe 2 f ) d l () d () du k( u p 式中包含式中包含4個(gè)量綱一的特征數(shù)（符合個(gè)量綱一的特征數(shù)（符合定理）：定理）： 歐拉數(shù)歐拉數(shù) 2 f u p Eu 壓力損失壓力損失/慣性力慣性力 雷諾數(shù)雷諾數(shù) Re = du/ 慣性力慣性力/粘性力粘性力 相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度 /d 長(zhǎng)徑比長(zhǎng)徑比 l/d 實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明lp f 即即 b=1 2 2 2 fe f u d l ) d (kRep 45章節(jié)課件 2 2 2 fe f u d l ) d (kRep 與下式比較：與下式比較： 2 2 f u d l p 可得可

23、得 fe ) d (kRe 2 /d)(Re,f 即即 對(duì)對(duì)光滑管光滑管, 0, 即即只與只與Re有關(guān)有關(guān) 常用光滑管摩擦因數(shù)的公式：常用光滑管摩擦因數(shù)的公式： 0.25 0.3164 Re 對(duì)對(duì)粗糙管粗糙管，根據(jù)已知，根據(jù)已知Re和和/d值，由值，由摩擦因數(shù)圖摩擦因數(shù)圖 求求最為適用。最為適用。 適用范圍：適用范圍：Re=2500105 46章節(jié)課件 2.摩擦因數(shù)圖摩擦因數(shù)圖1944年年Moody按式按式 /d)(Re,f據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制 47章節(jié)課件 摩擦因數(shù)圖的分區(qū)摩擦因數(shù)圖的分區(qū) A.層流區(qū)層流區(qū) （Re2000） 此區(qū)域流體作層流此區(qū)域流體作層流 流動(dòng)，流動(dòng)， 與管壁面的

24、與管壁面的 粗糙度無(wú)關(guān)，而與粗糙度無(wú)關(guān)，而與Re成直線關(guān)系，成直線關(guān)系，=64/Re A B.過(guò)渡區(qū)（過(guò)渡區(qū)（2000 Re4000） 摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)是是Re和管壁面相對(duì)粗糙度和管壁面相對(duì)粗糙度/d 的函數(shù)。的函數(shù)。 C D.完全湍流區(qū)完全湍流區(qū) （圖中虛線以上的區(qū)域）（圖中虛線以上的區(qū)域） 曲線近乎水平直線，曲線近乎水平直線，值基本上不隨值基本上不隨Re而變化。而變化。 D 48章節(jié)課件 p.46 3 4 p.7 3 49章節(jié)課件 1-9 管內(nèi)流體流動(dòng)的局部阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的局部阻力 流體流經(jīng)各類管件、閥門、進(jìn)口、出口及管流體流經(jīng)各類管件、閥門、進(jìn)口、出口及管 道突擴(kuò)或突縮等造成的能量損失

25、，稱局部阻力。道突擴(kuò)或突縮等造成的能量損失，稱局部阻力。 局部阻力的計(jì)算有兩種方法：局部阻力的計(jì)算有兩種方法： 即即阻力因數(shù)法阻力因數(shù)法和和當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度法 1.9A 阻力因數(shù)法阻力因數(shù)法 2 2 f u h 局部阻力因數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，可查表局部阻力因數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，可查表 管中流體流動(dòng)的總阻力管中流體流動(dòng)的總阻力 f h 即為直管阻力即為直管阻力hf及各局部阻力及各局部阻力hf之和：之和： 2 2 fff u ) d l (hhh 50章節(jié)課件 例例 鮮牛奶以流量鮮牛奶以流量5000kg/h從貯奶罐輸送至殺菌器，從貯奶罐輸送至殺菌器， 管子為管子為38mm1.5mm的不銹鋼管，管

26、子長(zhǎng)度的不銹鋼管，管子長(zhǎng)度12m, 中間有一只搖板式單向閥，三只中間有一只搖板式單向閥，三只90彎頭，計(jì)算管路彎頭，計(jì)算管路 摩擦阻力。已知黏度為摩擦阻力。已知黏度為3mPas,密度為密度為1040kg/m3。 解解 1.算出流速算出流速： 1.39m/s (0.035)/4)( )/3600(5000/1040 2 /Aqu v 2.算出算出Re: 4 101.69 3/1000 10401.390.035 du Re 3.查出查出： 由表由表2-3查出：查出：0.25mm 0.0715 35 0.25 d 51章節(jié)課件 再由再由/d 和和Re兩值，在摩擦因數(shù)圖上查得：兩值，在摩擦因數(shù)圖上查

27、得： = 0.041 4.由阻力因數(shù)表查阻力因數(shù)由阻力因數(shù)表查阻力因數(shù)： 1只搖板式單向閥只搖板式單向閥 2.0 3只只90彎頭彎頭 30.75 管子入口管子入口 (突縮突縮) 0.5 管子出口管子出口(突擴(kuò)突擴(kuò)) 1.0 5.75 5.求摩擦損失求摩擦損失： 2 )( 2 u d l hf 19.2J/kg 2 1.39 5.75 0.035 12 0.041 2 52章節(jié)課件 1.9B 當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度法 將局部阻力折合成相當(dāng)于某個(gè)長(zhǎng)度的圓直管的將局部阻力折合成相當(dāng)于某個(gè)長(zhǎng)度的圓直管的 直管阻力直管阻力,此長(zhǎng)度則稱為當(dāng)量長(zhǎng)度此長(zhǎng)度則稱為當(dāng)量長(zhǎng)度 le 。 則局部阻力可按直管阻力的計(jì)算方法

28、求之：則局部阻力可按直管阻力的計(jì)算方法求之： 2 2 u d l h e f 求求總阻力總阻力時(shí)，時(shí)，直管阻力直管阻力和和局部阻力局部阻力可合并計(jì)算：可合并計(jì)算： 2 2 u d ll hhh e fff e l各局部當(dāng)量長(zhǎng)度之和各局部當(dāng)量長(zhǎng)度之和 53章節(jié)課件 例例 敞口貯水槽盛敞口貯水槽盛80熱水，用泵將熱水以熱水，用泵將熱水以22.7m3/h的流量的流量 打到距水槽液面打到距水槽液面6.1m的高位，管出口通大氣。水管皆的高位，管出口通大氣。水管皆 為為573.0mm光滑管。泵前管長(zhǎng)光滑管。泵前管長(zhǎng)6.1m，有三個(gè)，有三個(gè)90彎頭；彎頭； 泵后管長(zhǎng)泵后管長(zhǎng)61m，有兩個(gè)，有兩個(gè)90彎頭。假

29、設(shè)水溫不變，（彎頭。假設(shè)水溫不變，（1）計(jì)算）計(jì)算 阻力損失；（阻力損失；（2）若泵效率為）若泵效率為75，求泵功率。，求泵功率。 3.09m/s 0.0510.785 22.7/3600 0.785 22 d q u V sPa103.55/kg,972m80C 43 水：查 5 4 104.31 103.55 9723.090.051 du Re 0.012 )10(4.31 0.31640.3164 0.2550.25 Re 解解 54章節(jié)課件 2 2 u ) d l (hf 100J/kg 2 3.09 1.50)50.75 0.051 67.1 (0.012 2 W101.31981

30、/0.75 3 /PP e 160W1006.19.81 f hzgw wqwqP Vme 981W972 3600 22.7 160 55章節(jié)課件 例例 將密度為將密度為940kg/m3,粘度為粘度為40 mPas的豆油用泵的豆油用泵 由貯罐打到高位罐，兩罐皆常壓，液面位差為由貯罐打到高位罐，兩罐皆常壓，液面位差為6m， 流量為流量為12L/min。管道為長(zhǎng)。管道為長(zhǎng)25m，內(nèi)徑，內(nèi)徑10mm的新鋼的新鋼 管管,局部阻力之和為局部阻力之和為4u2。求；（。求；（1）泵的有效功率；）泵的有效功率； （2）輸送）輸送20kg豆油，泵作有效功多少？豆油，泵作有效功多少？ 解解 qv= 1210-3

31、/60 = 2.010-4 m3/s u = qv/A = 2.010-4/(0.7850.012) = 2.55 m/s Re = du/ = 0.012.55940/0.040 = 599 2000 = 64/Re = 64/599 = 0.107 56章節(jié)課件 9.816+896 = 955 J/kg f h 2 2 4 2 u u d l hf 8962.554) 2 1 0.01 25 (0.107 2 J/kg w = gz + Pe = wqm = wqv = 9552.010-4940 = 180 W We = mw = 20955/1000 = 19.1 kJ 57章節(jié)課件

32、例：用泵將濃縮脫脂牛奶由蒸發(fā)器送至樓上的常壓（例：用泵將濃縮脫脂牛奶由蒸發(fā)器送至樓上的常壓（p=100kPa) 貯槽內(nèi)。蒸發(fā)器內(nèi)液面，泵和貯槽入口的高度分別為貯槽內(nèi)。蒸發(fā)器內(nèi)液面，泵和貯槽入口的高度分別為3.0，0.5和和 11.0米，蒸發(fā)器內(nèi)真空度米，蒸發(fā)器內(nèi)真空度96kPa,蒸發(fā)器到泵管長(zhǎng)蒸發(fā)器到泵管長(zhǎng)4.0米，有一個(gè)米，有一個(gè) 90彎頭，泵到貯槽管長(zhǎng)彎頭，泵到貯槽管長(zhǎng)30米，有三個(gè)米，有三個(gè)90彎頭和一個(gè)閥門，管彎頭和一個(gè)閥門，管 路都是路都是382.5mm的光滑不銹鋼管。若牛奶密度的光滑不銹鋼管。若牛奶密度1200kg/m3,黏度黏度 2.0mPas，輸送流量為，輸送流量為8.00m3

33、/h,流經(jīng)閥門的壓力降為流經(jīng)閥門的壓力降為80kPa,求泵求泵 排出口絕對(duì)壓力。若泵排出口絕對(duì)壓力。若泵-電機(jī)組總效率為電機(jī)組總效率為55%，求所需電機(jī)功率。，求所需電機(jī)功率。 1 3 3m 0.5m 11m Pvm=96kPa 2 58章節(jié)課件 解解 qv=8/3600 = 2.2210-3m3/s 2.60m/s 0.0330.785 102.22 0.785 2 3 2 d q u v 4 105.15 0.002 12002.600.033 du Re (1) 在在32間能量衡算間能量衡算 0.021 )10(5.15 0.31640.3164 0.2540.25 Re p u ) d

34、 l (h f f 2 2 23 139J/kg 1200 80000 2 2.60 3)0.75 0.033 30 (0.021 2 32 f h 59章節(jié)課件 2332 23 f hzzg pp =9.81(11.0-0.5)+139 =242J/kg P3 = 2421200+100103 =3.90105Pa (2) 在在12間能量衡算間能量衡算 21 2 2 2 1 1 2 f h u gz p wgz p 21 2 12 2 f vm h u p zzgw 305J/kg 2 2.60 0.5)(0.75139 2 2.60 1200 96000 3.011.09.81 22 81

35、3W1200102.22305 3 wqwqP vme W101.48813/0.55 3 /PP e (1.48kW) 60章節(jié)課件 p.46 9 10 12 61章節(jié)課件 1-12 測(cè)速管與流量計(jì)測(cè)速管與流量計(jì) 1.12A 測(cè)速管測(cè)速管 1.12B 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 1.12C 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 62章節(jié)課件 1-12 測(cè)速管與流量計(jì)測(cè)速管與流量計(jì) 1.12A 測(cè)速管測(cè)速管 測(cè)速管又稱皮托管（pitot tube） 內(nèi)管A沖壓能： 2 2 /u/p 轉(zhuǎn)化為靜壓能 外管B靜壓能 p/ 反映到U形管壓差計(jì)上： 22 22 up ) up ( p / )(gR p i 63章節(jié)課件 )g

36、/R(u i 2 測(cè)速管所測(cè)的速度是點(diǎn)速度測(cè)速管所測(cè)的速度是點(diǎn)速度 要測(cè)平均速度，則測(cè)管道中心的最大流速要測(cè)平均速度，則測(cè)管道中心的最大流速umax 由由umax算出算出Remax 查下圖找出查下圖找出u/umax值，從而計(jì)算平均流速值，從而計(jì)算平均流速 u。 64章節(jié)課件 1.12B 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 孔板流量計(jì)（孔板流量計(jì)（orifice meter）為中央開圓孔的金）為中央開圓孔的金 屬板輔以屬板輔以U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì) 管管1-1和孔口和孔口0-0 截面間列柏努利方程：截面間列柏努利方程： 22 2 00 2 11 u pu p 按連續(xù)性方程：按連續(xù)性方程： 2 1 0 2 00

37、1 1 2A Au pp )p(p A A u 01 2 1 0 0 2 1 1 65章節(jié)課件 引入校正因數(shù)引入校正因數(shù)C修正修正 以以 pa-pb代代 p1-p0 經(jīng)孔板阻力損失經(jīng)孔板阻力損失 )p(p A A C u ba 2 1 2 1 0 0 令令 2 1 0 0 1 A A C C 則則 )gR( C )p(p Cu i ba 2 2 000 )gR( ACq i v 2 00 66章節(jié)課件 流量因數(shù)流量因數(shù) C0 = f (Re, m =A0/A1) 對(duì)給定對(duì)給定m,Re超過(guò)某限度時(shí)，超過(guò)某限度時(shí)， C0趨于定值趨于定值 測(cè)定一般測(cè)定一般C0在定值區(qū)在定值區(qū) 孔板流量計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，但阻孔板流量計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，但阻 力大，可代以文丘里流量計(jì)力大，可代以文丘里流量計(jì) (Venturi tube meter) 67章節(jié)課件 1.12C 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 由一由一根垂直安裝在流體輸送管路上的錐形玻璃根垂直安裝在流體輸送管路上的錐形玻璃 管以及管內(nèi)的一個(gè)可上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成管以及管內(nèi)的一個(gè)可上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的高低，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的高低， 可以測(cè)量管道中流體的可以測(cè)量管道中流體的 流量大小。流量大小。 分析轉(zhuǎn)子受力平衡：分析轉(zhuǎn)子受力平衡： )g(VAp