福建大學(xué)精品課件 化工原理課件1_流體流動(dòng)

1、1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)福州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院福州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1.1 1.1 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)（Fluid Statics）基本方程基本方程1.1.1 1.1.1 密度密度 Vm kg/m3（SI制）制）),(tpf 不可壓縮流體：不可壓縮流體：壓力改變時(shí)其密度隨壓力改變很小的流體。壓力改變時(shí)其密度隨壓力改變很小的流體?？蓧嚎s流體：可壓縮流體：壓力改變時(shí)其密度隨壓力改變有顯著變化的壓力改變時(shí)其密度隨壓力改變有顯著變化的 流體。流體。液體：液體：= = f ( T ) 不可壓縮流體不可壓縮流體(Imcompressibl

2、e Fluid)氣體：氣體： = = f ( T ，p) 可壓縮流體（可壓縮流體（Compressible Fluid） 注：注：若在輸送過程中壓力改變不大，氣體也可按不可壓若在輸送過程中壓力改變不大，氣體也可按不可壓縮流體來處理?？s流體來處理。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 理想氣體的密度：理想氣體的密度：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（1atm，0 ）下每）下每kmol氣體的體積為氣體的體積為22.4 m3，則其密度為，則其密度為4 .220M 氣體的千摩爾質(zhì)量氣體的千摩爾質(zhì)量kg/kmol理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，的密度，kg/ m3TMp

3、TTpp1203. 0000 理想氣體理想氣體T，p下的密下的密度，度，kg/ m3RTpMVnMVm 或或注：注：以上以上3式只適用于理想氣體。式只適用于理想氣體。氣體混合物：氣體混合物：nn 2211體積分率，理想氣體混合物中其值與摩爾分率體積分率，理想氣體混合物中其值與摩爾分率x相等相等液體混合物：液體混合物：nnaaa 22111質(zhì)量分率質(zhì)量分率比容：單位質(zhì)量物體的體積比容：單位質(zhì)量物體的體積 1 kg/ m3記：常溫下水的密度記：常溫下水的密度1000kg/m3,標(biāo)態(tài)下空氣密度標(biāo)態(tài)下空氣密度1.293 kg/m3比重：某物質(zhì)的密度對水（標(biāo)態(tài)下空氣）的密度之比比重：某物質(zhì)的密度對水（標(biāo)

4、態(tài)下空氣）的密度之比dOCH42o 液體液體d標(biāo)標(biāo)態(tài)態(tài)空空氣氣氣氣體體 d1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1.1.2 1.1.2 壓力（壓強(qiáng)）壓力（壓強(qiáng)）(Pressure)(Pressure) 壓力的單位和定義壓力的單位和定義 流體的壓力流體的壓力（p）是流體垂直作用于單位面積上的力，嚴(yán)是流體垂直作用于單位面積上的力，嚴(yán)格地說應(yīng)該稱壓強(qiáng)。稱作用于整個(gè)面上的格地說應(yīng)該稱壓強(qiáng)。稱作用于整個(gè)面上的力力為為總壓力總壓力。 APp 壓力（小寫）壓力（小寫）力（大

5、寫）力（大寫）面積面積PamN2 p1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程1at1at（工程大氣壓）（工程大氣壓）= 1kgf/cm= 1kgf/cm2 2 =9.807 =9.80710104 4 N/N/m m2 2(Pa)(Pa) =10 mH =10 mH2 2O O =735.6 mmHg =735.6 mmHg記：記：常見的壓力單位及它們之間的換算關(guān)系常見的壓力單位及它們之間的換算關(guān)系 1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10330kgf/m =10

6、330kgf/m2 2=1.033kgf/cm=1.033kgf/cm2 2 =10.33mH =10.33mH2 2O O =760mmHg =760mmHg1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程真空度真空度壓強(qiáng)壓強(qiáng)表壓表壓大氣壓大氣壓絕對真空絕對真空絕壓絕壓絕壓絕壓圖圖1-8 壓強(qiáng)的基準(zhǔn)和度量壓強(qiáng)的基準(zhǔn)和度量 壓力的表示方法（壓強(qiáng)的基準(zhǔn)）壓力的表示方法（壓強(qiáng)的基準(zhǔn)） 壓強(qiáng)的大小常以壓強(qiáng)的大小常以兩種不同的基準(zhǔn)兩種不同的基準(zhǔn)來表示：一是來表示：一是絕對真空絕對真空，所測得的壓強(qiáng)稱為所測得的壓強(qiáng)稱為絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng)；二是大氣壓強(qiáng)，

7、所測得的壓強(qiáng)稱；二是大氣壓強(qiáng)，所測得的壓強(qiáng)稱為為表壓表壓或或真空度真空度。一般的測壓表均是以大氣壓強(qiáng)為測量基準(zhǔn)。一般的測壓表均是以大氣壓強(qiáng)為測量基準(zhǔn)。（1 1）被測流體的壓力）被測流體的壓力 大氣壓大氣壓表壓表壓 = 絕壓大氣壓絕壓大氣壓pm = pabpa即即（2 2）被測流體的壓力）被測流體的壓力 流體真正得到的功率流體真正得到的功率即即 軸功率軸功率N 有效功率有效功率Ne效率效率1e NN eNN 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程 衡算基準(zhǔn)不同時(shí)的柏努利方程衡算基準(zhǔn)不同時(shí)的柏努利方程) 以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)以單位重量流體為衡算基準(zhǔn) fewug

8、zpwugzp222221112121 J/kggwguzgpgwguzgpfe 2222222111 mNJm/skgJ2 令令gwhgwhff ,ee流體輸送機(jī)械對每牛頓流體所做的功流體輸送機(jī)械對每牛頓流體所做的功 fehguzgphguzgp2222222111 位頭位頭（位壓頭）（位壓頭）壓力頭壓力頭（靜壓頭）（靜壓頭）速度頭速度頭（動(dòng)壓頭）（動(dòng)壓頭）泵的揚(yáng)程泵的揚(yáng)程壓頭損失壓頭損失總壓頭總壓頭1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程) 以單位體積流體為衡算基準(zhǔn)以單位體積流體為衡算基準(zhǔn) ftpugzppugzp2222222111 33mJmkgkgJ

9、全風(fēng)壓全風(fēng)壓壓力降（阻力損失）壓力降（阻力損失） 注注：柏努利方程是針對理想流體而又無外功加入時(shí)的以柏努利方程是針對理想流體而又無外功加入時(shí)的以單位質(zhì)量為衡算基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式，實(shí)際流體的以單位質(zhì)單位質(zhì)量為衡算基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式，實(shí)際流體的以單位質(zhì)量為衡算基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式我們稱為量為衡算基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式我們稱為實(shí)際流體的柏努利方實(shí)際流體的柏努利方程程。 fewugzpwugzp222221112121 J/kg1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng) 在工程實(shí)際中有時(shí)會(huì)遇到不穩(wěn)定流動(dòng)的狀態(tài)，如開工在工程實(shí)際中有時(shí)會(huì)遇到不穩(wěn)定流動(dòng)的狀態(tài)，如

10、開工階段，此時(shí)可根據(jù)某個(gè)流動(dòng)的瞬間列出物料衡算式（微分階段，此時(shí)可根據(jù)某個(gè)流動(dòng)的瞬間列出物料衡算式（微分方程），然后進(jìn)行積分。方程），然后進(jìn)行積分。 對可壓縮流體（如氣體）對可壓縮流體（如氣體） 對可壓縮流體，其對可壓縮流體，其是隨壓力的變化而變化的，在流體是隨壓力的變化而變化的，在流體輸送過程中，輸送過程中，p是變化的，因此是變化的，因此也是變化的，但是對于也是變化的，但是對于短距短距離輸送離輸送，可把，可把看作常數(shù)，或者當(dāng)看作常數(shù)，或者當(dāng)2%2021m121 時(shí)時(shí)ppp1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程（2 2）柏努利方程的應(yīng)用）柏努利方程的應(yīng)用 例例

11、1 如圖所示的一牛奶輸如圖所示的一牛奶輸送系統(tǒng)，牛奶用泵由真空鍋爐送系統(tǒng)，牛奶用泵由真空鍋爐被抽送經(jīng)冷卻器至位于高被抽送經(jīng)冷卻器至位于高9m的的牛奶貯罐，真空鍋爐內(nèi)的真空牛奶貯罐，真空鍋爐內(nèi)的真空度為度為660mmHg，貯罐通大氣，貯罐通大氣，牛奶輸送量為牛奶輸送量為4.35t/h，整個(gè)管，整個(gè)管路的阻力損失為路的阻力損失為20J/kg，冷卻，冷卻器的壓力損失為器的壓力損失為0.4kgf/cm2，牛，牛奶的比重可近似取為奶的比重可近似取為1，計(jì)算泵，計(jì)算泵的有效功率，若泵的效率為的有效功率，若泵的效率為0.6，計(jì)算泵的實(shí)際輸入功率（軸，計(jì)算泵的實(shí)際輸入功率（軸功率）。功率）。 11229m1.

12、5m00572.5mm 322mm1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程方法：方法： （1）選取基準(zhǔn)面；）選取基準(zhǔn)面； （2）確定上下游截面，即衡算范圍；（選擇已知條件）確定上下游截面，即衡算范圍；（選擇已知條件最多、或待求量在選取的截面上或在選取的截面內(nèi)，所取截最多、或待求量在選取的截面上或在選取的截面內(nèi)，所取截面應(yīng)與流體流動(dòng)方向垂直）面應(yīng)與流體流動(dòng)方向垂直） （3）列柏努利方程求解。）列柏努利方程求解。 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程 0.2m,BA R等壓面等壓面 例例2 水以水以60m3/h的流量在一傾的流量在

13、一傾斜 管 中 流 過 ， 此 管 的 內(nèi) 徑 由斜 管 中 流 過 ， 此 管 的 內(nèi) 徑 由100mm突然擴(kuò)大到突然擴(kuò)大到200mm，見附，見附圖。圖。A、B兩點(diǎn)的垂直距離為兩點(diǎn)的垂直距離為0.2m。在此兩點(diǎn)間連接一。在此兩點(diǎn)間連接一U形壓差計(jì)，形壓差計(jì)，指示液為四氯化碳，其密度為指示液為四氯化碳，其密度為1630kg/m3。若忽略阻力損失，試。若忽略阻力損失，試求：（求：（1）U形管兩側(cè)的指示液液形管兩側(cè)的指示液液面哪側(cè)高，相差多少面哪側(cè)高，相差多少mm？ （2）若將上述擴(kuò)大管道改為）若將上述擴(kuò)大管道改為水平放置，壓差計(jì)的讀數(shù)有何變水平放置，壓差計(jì)的讀數(shù)有何變化？化？ 1 流體流動(dòng)流體流

14、動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程Hgu2/22gp/2)2/()/(222gugpgp/3gu2/23)2/()/(233gugp3z12 例例1-3 1-3 如圖所示，一高位槽液面高度保持為如圖所示，一高位槽液面高度保持為H H，高位槽，高位槽下接一管路。在管路上下接一管路。在管路上2 2、3 3處各接兩個(gè)垂直玻璃管，一個(gè)是處各接兩個(gè)垂直玻璃管，一個(gè)是直的，用來測靜壓；一個(gè)有彎頭，用來測動(dòng)壓頭與靜壓頭之直的，用來測靜壓；一個(gè)有彎頭，用來測動(dòng)壓頭與靜壓頭之和。和。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.2 1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的求解方法：流體流動(dòng)的求解方法

15、： 畫出示意圖；畫出示意圖； 上、下游截面以及基準(zhǔn)水平面要在圖中標(biāo)出；上、下游截面以及基準(zhǔn)水平面要在圖中標(biāo)出；截面應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，兩截面間流體應(yīng)該是連續(xù)不斷的；截面應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，兩截面間流體應(yīng)該是連續(xù)不斷的； 各個(gè)物理量的單位要各個(gè)物理量的單位要 一致；一致； 壓強(qiáng)要注意其基準(zhǔn)，等式兩邊要用同一基準(zhǔn)；壓強(qiáng)要注意其基準(zhǔn)，等式兩邊要用同一基準(zhǔn)； 所取截面應(yīng)該是已知條件最多的，或待求物理量應(yīng)取在兩所取截面應(yīng)該是已知條件最多的，或待求物理量應(yīng)取在兩 截面之間，或在其中一個(gè)截面上；截面之間，或在其中一個(gè)截面上； 等號左邊是上游截面，右邊是下游截面，阻力是加在下游等號左邊是上游截面，右邊是下游截面，

16、阻力是加在下游 截面?zhèn)?；截面?zhèn)龋?算出的結(jié)果的壓強(qiáng)后面應(yīng)加上真空度、表壓或絕壓。算出的結(jié)果的壓強(qiáng)后面應(yīng)加上真空度、表壓或絕壓。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象（流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）流體流動(dòng)現(xiàn)象（流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）1.3.1 1.3.1 牛頓粘性定律與流體的粘度牛頓粘性定律與流體的粘度（1 1）牛頓粘性定律）牛頓粘性定律 影響流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦大小的因素很多，其中屬于物理影響流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦大小的因素很多，其中屬于物理性質(zhì)方面的是流體的粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為性質(zhì)方面的是流體的粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度粘度。A u=0

17、B u=0B uA u=0 x yyudd（1-28）動(dòng)力粘度簡稱粘度，動(dòng)力粘度簡稱粘度，Pas 速度梯度速度梯度1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象 牛頓粘性定律適用于牛頓粘性定律適用于牛頓型流體牛頓型流體（Newtonian fluids），），即速度梯度與剪應(yīng)力成線性關(guān)系；不符合牛頓粘性定律的流即速度梯度與剪應(yīng)力成線性關(guān)系；不符合牛頓粘性定律的流體稱為體稱為非牛頓型流體非牛頓型流體（Non-newtonian fluids）。）。 sPamsNmm/sN/mdd22 yu 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度(Viscosity) )1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象流

18、體流動(dòng)現(xiàn)象 sPamsNmm/sN/mdd22 yu SI制制sPa10cP005. 13C20o 記：記： （泊泊）Pscmgcmsdyncmcm/sdyn/cmdd22 yu cgs制制cP1000P10sPa1P0.01)cP( ，厘泊工程制工程制 1kgf s/m2 = 9810cP（2 2）粘度的單位）粘度的單位 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象1.3.2 1.3.2 流體流動(dòng)型態(tài)流體流動(dòng)型態(tài)（1 1）雷諾實(shí)驗(yàn)）雷諾實(shí)驗(yàn)水水水平玻璃管水平玻璃管水箱水箱細(xì)管細(xì)管水水溢流堰溢流堰小瓶（密度與水相近）小瓶（密度與水相近）閥閥雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)圖（圖（a a）層流）

19、層流圖（圖（b b）湍流）湍流1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象（2 2）流型的判據(jù)）流型的判據(jù) du Re 0002233smkgsmm/skgkg/mm/smsPakg/mm/smRe ud層流（層流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 1000）常認(rèn)為三通局部阻）常認(rèn)為三通局部阻力相對于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨過力相對于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨過O點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算。C2CB2BA2Aududud sCsBsAVVV 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算3333,dlu，2222,dlu，111

20、1,dluABC分支管路示意圖分支管路示意圖OBOf,2BBB2OOOO22 wupgzupgzE COf,2CCC2 wupgz OAf,2OOO2AAA22 wupgzwupgze OAf,Oe2AAA2 wEwupgz BOf,OAf,2BBB2 wwupgz COf,OAf,2CCC2 wwupgz 對于分支或匯合管路，無論對于分支或匯合管路，無論各支管內(nèi)的流量是否相等，在分各支管內(nèi)的流量是否相等，在分支點(diǎn)支點(diǎn)O處的總機(jī)械能為定值。處的總機(jī)械能為定值。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 對于匯合管路，同樣可以根據(jù)匯合點(diǎn)處的總機(jī)械能為對于匯合管路，同樣可以根據(jù)匯合點(diǎn)

21、處的總機(jī)械能為定值進(jìn)行分析。定值進(jìn)行分析。l1d1u11l2d2u22l3d3u33BCAO匯合管匯合管路路OAf,2AAAO2 wupgzwEe OBf,O2BBB2 wEwupgze COf,O2CCC2 wEwupgze 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 例例10-13 如下圖所示，高位水箱下面接一如下圖所示，高位水箱下面接一32mm2.5mm的水管，將水引向一樓某車間，其中，的水管，將水引向一樓某車間，其中，ABC段短管長為段短管長為15m。假設(shè)摩擦因數(shù)假設(shè)摩擦因數(shù)約為約為0.025，球心閥全開及半開時(shí)的阻力系數(shù)分，球心閥全開及半開時(shí)的阻力系數(shù)分別為別為6.4和

22、和9.5，其他局部阻力可忽略。試問：，其他局部阻力可忽略。試問： 12m113mAB2m2mCDE33221層樓層樓2層樓層樓 （1）當(dāng)球心閥全開時(shí)，一樓水當(dāng)球心閥全開時(shí)，一樓水管內(nèi)水的流量為多少？管內(nèi)水的流量為多少？ （2）今若在今若在C處接一相同直徑的處接一相同直徑的管子（如圖中虛線所示），也裝有管子（如圖中虛線所示），也裝有同樣的球心閥且全開，以便將水引同樣的球心閥且全開，以便將水引向離底層向離底層3m處的二樓。計(jì)算當(dāng)一樓處的二樓。計(jì)算當(dāng)一樓水管上閥門全開或半開時(shí)，一、二水管上閥門全開或半開時(shí)，一、二樓水管及總管內(nèi)水的流量各為多少？樓水管及總管內(nèi)水的流量各為多少？1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體

23、輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 例例10-14 如圖所示，一高位槽通過一總管及兩支管如圖所示，一高位槽通過一總管及兩支管A、B分別向水槽分別向水槽C、D供水。假設(shè)總管和支管上的閥門供水。假設(shè)總管和支管上的閥門KO、KA、KB均處在全開狀態(tài)，三個(gè)水槽液面保持恒定。試分析，當(dāng)將均處在全開狀態(tài)，三個(gè)水槽液面保持恒定。試分析，當(dāng)將閥門閥門KA關(guān)小時(shí)，總管和支管的流量及分支點(diǎn)前關(guān)小時(shí)，總管和支管的流量及分支點(diǎn)前O處的壓力如處的壓力如何變化？何變化？112233K0OKBKAABDC1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算(2) (2) 并聯(lián)管路并聯(lián)管路Vs1并聯(lián)管路并聯(lián)管路VsVs2A

24、OQB 各支管的阻力損失各支管的阻力損失相等相等。對總管（對總管（O到到Q）QOf,2QQQ2OOO22 wupgzupgz 對支管對支管1（O1Q）1f2QQQ2OOO22wupgzupgz 對支管對支管2（O2Q）2f2QQQ2OOO22wupgzupgz 2s1ssVVV 2221212ududud 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 主管的流量等于并聯(lián)的各支管主管的流量等于并聯(lián)的各支管流量之和流量之和1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 22Q2OQOQO2f1ffOuuppzzgwww 如果如果O、Q點(diǎn)在同一水平面上，點(diǎn)在同一水平面上，O、Q處管徑相等，有：處管徑相等，有： QO2f1

25、fppww 如在圖中由如在圖中由A截面到截面到B截面列柏截面列柏努利方程，方程中總阻力為努利方程，方程中總阻力為BQf,QOf,OAf,BAf, wwwwBQf,f,1OAf, wwwBQf,2f,OAf, wwwBQf,2f,1f,OAf, wwww Vs1并聯(lián)管路并聯(lián)管路VsVs2AOQB1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算如果并聯(lián)管路中有如果并聯(lián)管路中有n個(gè)支路，用角碼個(gè)支路，用角碼i表示任一分支路，則阻表示任一分支路，則阻力損失可以寫作：力損失可以寫作：22fiiiiiudlw (li包括局部阻力的當(dāng)量長度包括局部阻力的當(dāng)量長度)流體在各支管中的流量是如何分配呢？流

26、體在各支管中的流量是如何分配呢？iiiiiiilwdlwdVii f5f5s11. 142 nnnnldldldVVV 522521151s2s1s: nVVVVs2s1ss 同時(shí)應(yīng)有同時(shí)應(yīng)有1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算復(fù)雜管路計(jì)算的注意事項(xiàng)復(fù)雜管路計(jì)算的注意事項(xiàng): 在設(shè)計(jì)計(jì)算分支管路所需的能量時(shí)，為了保證將流在設(shè)計(jì)計(jì)算分支管路所需的能量時(shí)，為了保證將流體輸送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的體輸送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的那支管路計(jì)算。通常是由最遠(yuǎn)的支管開始，由遠(yuǎn)及近，依次那支管路計(jì)算。通常是由最遠(yuǎn)的支管開始，由遠(yuǎn)及近，依次進(jìn)行各支

27、管的計(jì)算。如在按已知的流量和管路計(jì)算出的能量進(jìn)行各支管的計(jì)算。如在按已知的流量和管路計(jì)算出的能量不等時(shí)，應(yīng)取能量最大的為依據(jù)。這樣確定的能量對需要能不等時(shí)，應(yīng)取能量最大的為依據(jù)。這樣確定的能量對需要能量較小的支路而言太大，此時(shí)可通過該支路上的閥門進(jìn)行調(diào)量較小的支路而言太大，此時(shí)可通過該支路上的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓多余的能量消耗在閥門上。節(jié)，讓多余的能量消耗在閥門上。 在計(jì)算管路的總阻力時(shí)，如果管路上有并聯(lián)管段存在計(jì)算管路的總阻力時(shí)，如果管路上有并聯(lián)管段存在，則總阻力損失應(yīng)為主管部分與并聯(lián)部分的阻力損失和。在，則總阻力損失應(yīng)為主管部分與并聯(lián)部分的阻力損失和。在計(jì)算并聯(lián)管段的阻力時(shí)，只需考慮其中任一管

28、段的阻力即在計(jì)算并聯(lián)管段的阻力時(shí)，只需考慮其中任一管段的阻力即可，可，絕不能將并聯(lián)的各段阻力全部加在一起作為并聯(lián)管段的絕不能將并聯(lián)的各段阻力全部加在一起作為并聯(lián)管段的阻力。阻力。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量1.6 1.6 流速和流量測量流速和流量測量1.6.1 1.6.1 皮托管皮托管 測速管測速管（1 1）結(jié)構(gòu)原理）結(jié)構(gòu)原理ABRuri圖圖1-37 測速管測速管內(nèi)管相當(dāng)于一個(gè)沖壓管，內(nèi)管內(nèi)管相當(dāng)于一個(gè)沖壓管，內(nèi)管傳遞的是傳遞的是A點(diǎn)的沖壓頭，即點(diǎn)的沖壓頭，即gpgugphr 22AA通過側(cè)壁小孔從外管傳遞出的是通過側(cè)壁小孔從外管傳遞出的是B點(diǎn)的靜壓頭點(diǎn)的靜壓頭 gRuir

29、 2gRpp)(iBA gpgph BBgugpphhr22BABA / )(2)(2BABApphhgur 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量（2） 平均速度平均速度 u 的測定的測定 測速管所測的是管道截面上某一點(diǎn)的軸向速度測速管所測的是管道截面上某一點(diǎn)的軸向速度ur。若要。若要測定截面上的平均速度，應(yīng)測定管中心至管壁若干點(diǎn)的速測定截面上的平均速度，應(yīng)測定管中心至管壁若干點(diǎn)的速度，然后用積分法求其平均值。若已知管截面上的速度分度，然后用積分法求其平均值。若已知管截面上的速度分布規(guī)律，也可根據(jù)管中心的速度與平均速度的關(guān)系求出平布規(guī)律，也可根據(jù)管中心的速度與平均速度的關(guān)系求出平均

30、速度。均速度。u/uc與管內(nèi)與管內(nèi)Re的大小有關(guān)，如圖的大小有關(guān)，如圖1-38所示。若要求所示。若要求平均速度，可將皮托管放在管道中心線上（平均速度，可將皮托管放在管道中心線上（r = 0），測出），測出最大流速最大流速uc ，求出，求出Remax =duc/，查圖查圖1-38，求出，求出u/uc再求再求出出u。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量（3）皮托管的安裝）皮托管的安裝 測量點(diǎn)應(yīng)取在充分發(fā)展了的流動(dòng)管段，保證位于均勻流段，即測測量點(diǎn)應(yīng)取在充分發(fā)展了的流動(dòng)管段，保證位于均勻流段，即測量點(diǎn)距管口或轉(zhuǎn)彎處量點(diǎn)距管口或轉(zhuǎn)彎處l /L0 50d。 應(yīng)與流動(dòng)方向平行安置，保證管口截面

31、應(yīng)與流動(dòng)方向平行安置，保證管口截面嚴(yán)格垂直嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。于流動(dòng)方向。 測速管外徑測速管外徑d0 d/50。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量（4）皮托管的優(yōu)、缺點(diǎn)）皮托管的優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：誤差小，與實(shí)際值的誤差一般可在：誤差小，與實(shí)際值的誤差一般可在1%以內(nèi)；阻力以內(nèi)；阻力小，適于測量大直徑氣體管道內(nèi)的流速。小，適于測量大直徑氣體管道內(nèi)的流速。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不能直接測出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大：不能直接測出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大才讀得準(zhǔn)確。才讀得準(zhǔn)確。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量1.6.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)（1）測量原理）測量原理 在

32、管道內(nèi)插入一片與管軸線垂直且中央開圓孔的金屬板，在管道內(nèi)插入一片與管軸線垂直且中央開圓孔的金屬板，就構(gòu)成了孔板流量計(jì)，如圖所示。就構(gòu)成了孔板流量計(jì)，如圖所示。注注：板上的孔要精細(xì)加工，：板上的孔要精細(xì)加工，安裝時(shí)從前到后逐漸擴(kuò)大，孔的中心位于管道中心線上，其側(cè)安裝時(shí)從前到后逐漸擴(kuò)大，孔的中心位于管道中心線上，其側(cè)邊與管軸成邊與管軸成45o角，稱為角，稱為銳孔銳孔。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量由由1 2，u, p由由2 3， u, p 流體通過孔板后，流速可流體通過孔板后，流速可回到原來的值，即流經(jīng)孔板前回到原來的值，即流經(jīng)孔板前后流速不變，但靜壓卻沒有恢后流速不變，但靜壓卻

33、沒有恢復(fù)到孔板前（截面復(fù)到孔板前（截面1處）的數(shù)處）的數(shù)值，流體在流經(jīng)孔板克服流動(dòng)值，流體在流經(jīng)孔板克服流動(dòng)阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)生阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)生的壓降無法復(fù)原，這部分壓降的壓降無法復(fù)原，這部分壓降稱為稱為永久壓力降永久壓力降。u01102233縮脈縮脈 R孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量 孔板流量計(jì)正是利用流體通過孔板時(shí)流股截面變化引起孔板流量計(jì)正是利用流體通過孔板時(shí)流股截面變化引起動(dòng)能與靜壓能的轉(zhuǎn)化，由測量靜壓能的變化來確定流量。那動(dòng)能與靜壓能的轉(zhuǎn)化，由測量靜壓能的變化來確定流量。那么靜壓能變化如何測量？主要有兩種方法。么靜壓能變化如何測量

34、？主要有兩種方法。 角接法：測壓口在孔板兩側(cè)，盡可能接近孔板，通常在角接法：測壓口在孔板兩側(cè)，盡可能接近孔板，通常在法蘭上。法蘭上。 徑接法：兩測壓口分別在孔板上游徑接法：兩測壓口分別在孔板上游1倍管徑處和下游倍管徑處和下游0.5倍管徑處。倍管徑處。 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量 忽略流體從截面忽略流體從截面1-1流動(dòng)至孔口流動(dòng)至孔口0-0的阻力損失，根據(jù)柏的阻力損失，根據(jù)柏努利方程有：努利方程有： gugpgugp22200211 guAAguugpp21220210212001 0011AuAu 0121002)(11ppAAu 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和

35、流量測量 考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正系數(shù)系數(shù)CD孔流系數(shù)孔流系數(shù) 01001210D0221ppCppAACu 01002ppCu 01000002ppACAuVVss 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量若采用正若采用正U型管壓差計(jì)測量壓型管壓差計(jì)測量壓差，則：差，則： gRCui 200 gRACVis 200u01102233縮脈縮脈 R孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量 C0與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？ C0主要取決于管道流動(dòng)的主要取決于管道流動(dòng)的Re1和和面積比面積

36、比m 、測壓方式、孔口形狀、測壓方式、孔口形狀、加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙度也對度也對C0有影響。對以上情況都規(guī)有影響。對以上情況都規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，定的標(biāo)準(zhǔn)孔板， C0 = f(Re1 , m)，其，其關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測定。關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測定。 000111udReudRe 不不是是 如圖所示為標(biāo)準(zhǔn)孔板（角如圖所示為標(biāo)準(zhǔn)孔板（角接法）的接法）的C0曲線，此圖為曲線，此圖為單對單對數(shù)坐標(biāo)圖。數(shù)坐標(biāo)圖。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量在圖中在圖中Re極限允許極限允許線右端，線右端， C0不不再隨再隨Re1而變，成為一個(gè)僅決定而變，成為一個(gè)僅決定于于m的常數(shù)。

37、選用孔板流量計(jì)時(shí)的常數(shù)。選用孔板流量計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使常用流量時(shí)的應(yīng)盡量使常用流量時(shí)的Re1數(shù)在數(shù)在該范圍內(nèi)，此時(shí)該范圍內(nèi)，此時(shí)VSR0.5。由圖。由圖查出查出C0代入代入VS計(jì)算式求計(jì)算式求VS 。 若若C0與與VS即與即與Re1有關(guān)，必有關(guān)，必須用試差法求須用試差法求VS 。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量（2 2）孔板流量計(jì)的安裝和阻力損失）孔板流量計(jì)的安裝和阻力損失 孔板流量計(jì)安裝時(shí)，在上游和下游必須分別有（孔板流量計(jì)安裝時(shí)，在上游和下游必須分別有（1540）d和和5d的直管距離。的直管距離。 孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)是阻力損失大。這一阻力損失是由孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)是阻力損失大。這一阻

38、力損失是由于流體與孔板的摩擦阻力，尤其是縮脈后流道突然擴(kuò)大形成于流體與孔板的摩擦阻力，尤其是縮脈后流道突然擴(kuò)大形成大量旋渦造成的。大量旋渦造成的。pf,0可寫成可寫成gRddppddpi）（ )(1 )()(1 210012100f,d0/ d1及（及（ p1 p0）時(shí)，時(shí)， pf,0 愈大愈大。d0/ d1 即即m，則，則C0，R,讀數(shù)準(zhǔn)確，但讀數(shù)準(zhǔn)確，但u0，pf,0 ；d0/ d1，m ，C0，R，讀數(shù)不準(zhǔn)確，讀數(shù)不準(zhǔn)確，u0，pf,0 。 選用孔板的中心問題是選擇適當(dāng)面積比選用孔板的中心問題是選擇適當(dāng)面積比m，兼顧適宜讀數(shù)，兼顧適宜讀數(shù)和和pf,0 。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量

39、流速和流量測量1.6.3 1.6.3 文丘里管文丘里管 將測量管段制成如圖所示的將測量管段制成如圖所示的漸縮漸擴(kuò)管漸縮漸擴(kuò)管，避免了突然縮，避免了突然縮小和突然擴(kuò)大，阻力損失大大降低。這種管稱為小和突然擴(kuò)大，阻力損失大大降低。這種管稱為文丘里管文丘里管。在距文丘里管開始收縮處之前至少在距文丘里管開始收縮處之前至少1/2管徑處設(shè)為上游取壓口，管徑處設(shè)為上游取壓口，下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連接接U壓差計(jì)，就構(gòu)成壓差計(jì)，就構(gòu)成文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量 文丘里管收縮角通常為文

40、丘里管收縮角通常為15o25o，擴(kuò)大角一般為，擴(kuò)大角一般為5o7o 。由于它的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)使流體流速改變時(shí)不形成旋渦由于它的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)使流體流速改變時(shí)不形成旋渦,故阻力故阻力小，永久壓力降僅占壓差讀數(shù)的小，永久壓力降僅占壓差讀數(shù)的10%左右。將孔板流量計(jì)的左右。將孔板流量計(jì)的流量計(jì)算式中流量計(jì)算式中Co改為文丘里管的流量系數(shù)改為文丘里管的流量系數(shù)CV，即可用于文丘，即可用于文丘里管的流量計(jì)算：里管的流量計(jì)算： isgRACAuV2oVoo式中式中CV為文丘里管的流量系數(shù)，為文丘里管的流量系數(shù)， CV約為約為0.980.99；Ao為文丘為文丘里管喉部面積，里管喉部面積，m2；uo為喉孔流速，為

41、喉孔流速，m/s。 由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔板大，它對測量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。其缺點(diǎn)板大，它對測量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。其缺點(diǎn)是加工較難、精度要求高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去一定是加工較難、精度要求高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去一定管長位置。管長位置。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量 孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)均是孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)均是恒截面變壓差恒截面變壓差（變阻（變阻力）流量計(jì)。變阻力流量計(jì)是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔力）流量計(jì)。變阻力流量計(jì)是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關(guān)系。下面介紹另一性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關(guān)系。下面介紹另一種種恒壓差變截面恒壓差變截面的流量計(jì)的流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測量流速和流量測量1.6.4 1.6.4 變截面流量計(jì)變截面流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)（1 1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理主體是一倒錐形玻璃管，錐角約主體是一倒錐形玻璃管，錐角約4o左右。左右。1 流體流動(dòng)流