流體流動(dòng)管路計(jì)算課件

1、管路計(jì)算是第六節(jié) 管路計(jì)算摩擦阻力計(jì)算式：柏努利方程:連續(xù)性方程：的具體應(yīng)用。一、管路的分類及特點(diǎn)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單管路流體的能量損失具有加和性。1、簡(jiǎn)單管路：由等徑或異徑管段串聯(lián)而成的無(wú)分支管路系統(tǒng)。 后兩種情況流速u或管徑d為未知，因此不能計(jì)算Re，無(wú)法判斷流體的流型，故不能確定摩擦系數(shù)。在工程計(jì)算中常采用試差法或其它方法來(lái)求解。已知管徑d、管長(zhǎng)l、流量qV，求管路系統(tǒng)的能量損失和輸送功率。已知管徑d、管長(zhǎng)l、管路系統(tǒng)的能量損失hf，求流量qV或流速u。已知管長(zhǎng)l、流量qV、管路系統(tǒng)的能量損失hf，求管徑d。2、簡(jiǎn)單管路計(jì)算例 已知某水平輸水管路的管子規(guī)格為管長(zhǎng)為 ，管子相對(duì)粗糙度 ，若該管路能量

2、損失 ,求水的流量為若干？水的密度為 ，粘度為1厘泊。 解：1 第一章 流體流動(dòng) 第一節(jié) 流體流動(dòng)的主要任務(wù) 1、流體具有流動(dòng)性的物體（液體和氣體）。2、流體力學(xué)研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)（靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)）。3、學(xué)習(xí)流體流動(dòng)目的（1）根據(jù)生產(chǎn)工藝流程的要求，確定管路和設(shè)備的直徑。（2）估算輸送流體所需要的能量。（3）壓力、流量及流速等參數(shù)的測(cè)量和控制。此外，流體流動(dòng)也是傳熱、傳質(zhì)過(guò)程的重要基礎(chǔ)。 第二節(jié) 靜止流體規(guī)律與應(yīng)用 流體的靜止是流體運(yùn)動(dòng)的一種特殊方式。流體靜力學(xué)是研究靜止流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律。一、流體的壓縮性流體的體積隨壓強(qiáng)和溫度而變的這個(gè)性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。 液體：工程上可按

3、不可壓縮性流體考慮。氣體：屬于可壓縮性流體。 2二、流體的主要物理性質(zhì) 1密度、相對(duì)密度和比體積（1） 密度單位體積的流體所具有的質(zhì)量， 符號(hào)： ； 單位 ： kg/m3 則： m流體的質(zhì)量， ；V流體的體積，m3。 氣體的密度氣體：具有可壓縮性， t ; V ; ；p V 當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算： 由理想氣體方程求得操作條件（T, P）下的密度： 純氣體 所以 或： 混合氣體密度的計(jì)算： M均= M1y 1+M2y2 + + Mnyn y1 、y2、y3 yn氣體混合物中各組分的摩爾（體積）分?jǐn)?shù) 【例題1-4】、【例題1-5】液體密度的計(jì)算液體的密度一般用實(shí)驗(yàn)方

4、法測(cè)定。 純液體密度，練習(xí)查（附錄二、三、四、五）混合液體的密度的準(zhǔn)確值要用實(shí)驗(yàn)方法求得?；旌弦后w密度的近似值可由下式計(jì)算:取1kg液體為基準(zhǔn)，假設(shè)各組分在混合前后體積不變， 則： 混合液中各純組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 混合液中各純組分的密度；kg/m3【例題1-1】、【例題1-2】、【例題1-3】 3(2)相對(duì)密度定義流體密度與4時(shí)水的密度之比 , 習(xí)慣稱為比重 。 符號(hào)： 即： 沒用單位，僅僅是一個(gè)比值。4 時(shí)， 1000kg/m3【例題1-6】 （3）比體積 定義單位質(zhì)量流體所具有的體積。習(xí)慣稱為比容。 符號(hào)：；單位：m3/kg。則： 與 關(guān)系互為倒數(shù)。 410002.壓強(qiáng)（壓力）（1）壓強(qiáng)的定義

5、流體垂直作用于單位表面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng).用符號(hào) 表示壓強(qiáng)， 表示面積， 為流體垂直作用與面積上的力。則壓強(qiáng) 強(qiáng)調(diào) 法定 單位：N/m2 （Pa ），與實(shí)際生產(chǎn)中壓力的常用單位kpa，Mpa之間的換算關(guān)系。（2）壓強(qiáng)的單位及其換算其它常用單位有： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm（物理大氣壓）、工程大氣壓at、kgf/cm2、流體柱高度（mmH2O，mmHg等）。 各種壓力單位的換算關(guān)系如下：1atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O1at=98.1kPa=1kgf/cm2=735.6 mmHg=10 mH2O 若用液柱高度表示壓強(qiáng) ：設(shè)

6、 為液柱高度， 為液柱的底面積， 為液體的密度， 5 則結(jié)論：當(dāng)P一定時(shí)，可用某流體柱的高度表示壓強(qiáng)的大小。（3）壓強(qiáng)的表示方法 絕對(duì)壓強(qiáng)（簡(jiǎn)稱絕壓）：流體的真實(shí)壓強(qiáng)。它是以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的流體壓強(qiáng)。 表壓強(qiáng)（簡(jiǎn)稱表壓） ：它是流體的真實(shí)壓強(qiáng)與外界大氣壓強(qiáng)的差值。測(cè)壓儀表上讀取的壓強(qiáng)值。它是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為基準(zhǔn)測(cè)得的流體壓強(qiáng)值。即用壓力表測(cè)得比大氣壓高出的數(shù)值。 表壓= 絕對(duì)壓強(qiáng)（外界）大氣壓強(qiáng) 真空度：它是外界大氣壓強(qiáng)與流體的真實(shí)壓強(qiáng)的差值 。即用壓力表測(cè)得比大氣壓低出的數(shù)值。真空度即為負(fù)表壓。 真空度=（外界）大氣壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) * 求真空度時(shí)，一定要用當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng) 6 絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)

7、和真空度之間的關(guān)系，如圖1-1 7圖1-1 絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓和真空度的關(guān)系8三、流體靜力學(xué)基本方程式 1、方程的推導(dǎo)設(shè)：敞口容器內(nèi)盛有密度為的靜止流體，取任意一個(gè)垂直流體液柱，上下底面積均為Am2。作用在上、下端面上并指向此兩端面的壓力分別為 P1和 P2 該液柱在垂直方向上受到的作用力有:（1）作用在液柱上端面上的總壓力P1 P1= p1 A (N) （2）作用在液柱下端面上的總壓力 P2 P2= p2 A (N) （3）作用于整個(gè)液柱的重力G G =gA(Z1-Z2) (N) 由于液柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，在垂直方向上的三個(gè)作用力的合力為零，即 ： p1 A+ gA(Z1 -Z2) -p2 A =

8、0 令： h= (Z1 -Z2)整理得： p2 = p1 + gh 9若將液柱上端取在液面，并設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為 p0 ； 則： p0 = p1 + gh 以上二式均稱為流體靜力學(xué)基本方程式，它闡明了靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)流體靜壓力的大小與其位置的關(guān)系。即：靜止流體內(nèi)部某一點(diǎn)的壓強(qiáng)等于作用在其上方的壓強(qiáng)加上液柱的重力壓強(qiáng)。 2、靜力學(xué)基本方程的討論:（1）在靜止的液體中，液體任一點(diǎn)的壓力與液體密度和其深度有關(guān)。 ; h ; p （2）在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力均相等。此壓力相當(dāng)?shù)拿?，稱為等壓面。（3）當(dāng)液體上方的壓力有變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也發(fā)生同樣大小的變化。（4

9、） 或壓強(qiáng)差的大小也可利用一定高度的液體柱來(lái)表示。（需說(shuō)明是何種液體）（5）整理得： 也為靜力學(xué)基本方程 10（6）方程是以不可壓縮流體推導(dǎo)出來(lái)的，對(duì)于可壓縮性的氣體，只適用于壓強(qiáng)變化不大的情況。使用流體靜力學(xué)基本方程式的條件：靜止、密度均勻的連續(xù)流體。3、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用(1) 測(cè)量流體的壓差或壓力U管壓差計(jì) U管壓差計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖，使用時(shí)內(nèi)裝指示液。對(duì)指示液的要求：指示液要與被測(cè)流體不互溶，不起化學(xué)作用，且其密度應(yīng)大于被測(cè)流體的密度。通常采用的指示液有：水、油、四氯化碳或汞等。原理：等壓面上的A點(diǎn)和B點(diǎn)壓力應(yīng)相等（ ）設(shè)流體作用在兩支管口的壓力為 和 ，且 ， A-B截面為等壓面 根據(jù)流

10、體靜力學(xué)基本方程式分別對(duì)U管左側(cè)和U管右側(cè)進(jìn)行計(jì)算整理得： 驗(yàn)算查得重設(shè)再驗(yàn)算并聯(lián)和分支管路稱為復(fù)雜管路。ABABC并聯(lián)管路分支管路3、復(fù)雜管路的特點(diǎn) qV=qV1+qV2VAB12證明hfAB= hf1 =hf2 （各支管單位質(zhì)量流體阻力損失相等）1、 并聯(lián)管路注意：并聯(lián)管路阻力損失不具有加和性，絕不能將并聯(lián)的各管段的阻力全部加在一起作為并聯(lián)管路的能量損失。各支管的流量比為：H1= H2 (各支管終點(diǎn)總能量+能量損失相等)0-10-2P1P2012VV1V2對(duì)多個(gè)分支，則有 qV=qV1+qV2證明：比較上兩式，得2、分支管路1122h7m例題：用泵把20的苯從地下貯罐送到高位槽，流量為30

11、0 l/min。高位槽液面比貯罐液面高10m。泵吸入管用 894mm的無(wú)縫鋼管，直管長(zhǎng)為15m，管上裝有一個(gè)底閥、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用 573.5mm的無(wú)縫鋼管，直管長(zhǎng)度為50m，管路上裝有一個(gè)全開的閘閥、一個(gè)全開的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。貯罐和高位槽上方均為大氣壓。設(shè)貯罐液面維持恒定。試求泵的功率，設(shè)泵的效率為70%。式中，z1=0, z2=10m, p1=p2, u10, u2 0 W=9.8110+hf解： 依題意，繪出流程示意圖。選取貯槽液面作為截面1，高位槽液面為截面2，并以截面1作為基準(zhǔn)面，如圖所示，在兩截面間列柏努利方程，則有進(jìn)口段：d=89-24=81mm, l=15m查圖，

12、 得=0.029進(jìn)口段的局部阻力：底閥：le=6.3m 彎頭：le=2.73m進(jìn)口阻力系數(shù)：=0.5出口段：d=57-23.5=50mm, l=50m查圖， 得=0.0313出口段的局部阻力：全開閘閥： le=0.33m全開截止閥：le=17m標(biāo)準(zhǔn)彎頭(3)：le=1.63=4.8m出口阻力系數(shù)： =1.0總阻力：有效功率：軸功率：苯的質(zhì)量流量：泵提供的有用功為：管路計(jì)算要點(diǎn)計(jì)算依據(jù)： 連續(xù)性方程、機(jī)械能衡算方程和范寧公式。管路計(jì)算問題分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算。管路計(jì)算由于某些變量間較復(fù)雜的非線性關(guān)系，常需要通過(guò)試差或迭代方法求解。管路計(jì)算要點(diǎn)簡(jiǎn)單管路阻力損失具有相加性。并聯(lián)管路各支路每kg

13、流體的阻力損失相等。分支管路中每kg流體流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能和沿程能量損失之和相等，并且在數(shù)值上等于在分叉點(diǎn)每kg流體具有的總機(jī)械能。用離心泵將水由水槽送至水洗塔中，水洗塔內(nèi)的表壓9.807104N/m2 ，水槽液面恒定，其上方通大氣，水槽液面與輸送管出口端的垂直距離為20m，在某送液量下，泵對(duì)水作的功為317.7J/kg，管內(nèi)摩擦系數(shù)為0.018，吸入和壓出管路總長(zhǎng)為110m（包括管件及入口的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括出口的當(dāng)量長(zhǎng)度）輸送管尺寸為1084mm，水的密度為1000kg/m3。求輸水量為多少m3/h。例 在風(fēng)機(jī)出口后的輸氣管壁上開一測(cè)壓孔，用U型管測(cè)得該處?kù)o壓力為186mmH2O，測(cè)壓孔以后的管路包括80m直管及4個(gè)90彎頭。管出口與設(shè)備相通，設(shè)備內(nèi)的表壓為120mmH2O。輸氣管為鐵管，內(nèi)徑500mm。所輸送的空氣溫度為25 ，試估計(jì)其體積流量。解： 本題已知風(fēng)機(jī)壓頭求氣體流速，在流速未知時(shí)無(wú)法先計(jì)算Re以求、hf，故采用試差法?？諝獾钠骄鶋毫?（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及0時(shí)空氣的密度為1.293kg/m3，故154mmH2O（表壓）及25時(shí)空氣的密度為：25時(shí)空氣的粘度： =0.0184cP=1.8410-5Pas在測(cè)壓口處（截面1）與管出口處（截面2）列機(jī)械能衡算式：式中：z