化工流體流動(dòng)1.5pipe flow system

1、1.5 Pipe flow systemDesign and calculation of pi內(nèi)容：設(shè)計(jì)型計(jì)算操作型計(jì)算systeml lu 2 l u 2hf e d2 d 2u 2pu 2pgz1 1 1 W gz2 2 2 hf22一、管路設(shè)計(jì)主要涉及管子的選擇、管徑的確定和管件的選擇等。1.管子的選擇原則：根據(jù)介質(zhì)和壓力確定管子的材質(zhì)。規(guī)格：AB2.管徑的確定原則：根據(jù)流體的性質(zhì)和流速u確定管徑。A表示管子外徑，B表示管子壁厚，為mmVu 4總費(fèi)用d 操作費(fèi)設(shè)備費(fèi)uopt平均流速 u表1.6-1某些流體的適宜的經(jīng)濟(jì)流速范圍流體類別常用流速范圍m，/s流體類別常用流速范圍，m/s水及一

2、般液體 粘度較大的液體低壓氣體易燃、易爆的低壓氣體130.518158壓強(qiáng)較高的氣體飽和水蒸汽：8 大氣壓以下3大氣壓以下過熱水蒸氣15254060204030503.管件的確定原則：管件盡可能少，宜少彎曲，盡量省去不必要的閥門。一般不作突然擴(kuò)大和縮小，而采用漸變管連接。管的 也可制作成喇叭形。二、管路計(jì)算基本方程：V d 2u連續(xù)性方程：s4u2u2pp方程：gz1 W gz2 1122hf22 du , 阻力計(jì)算（摩擦系數(shù)）：d 物性、一定時(shí)，需給定獨(dú)立的9個(gè)參數(shù)，方可求解其它3個(gè)未知量。2 12u2phfW gz2 2 2gz112（1）設(shè)計(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)要求：規(guī)定輸液量Vs，確定一經(jīng)濟(jì)的管

3、徑及供液點(diǎn)提供的位能z1(或靜壓能p1)。給定條件：L；（1）供液與需液點(diǎn)的距離，即管道材料與管件的配置，即及 ；需液點(diǎn)的位置z2及壓力p2；We。確定經(jīng)濟(jì)管徑z（4）輸送機(jī)械選擇適宜流速pf（2）操作型計(jì)算已知：管子d 、L，管件和閥門，供液點(diǎn)z1、p1，需液點(diǎn)的z2、p2，輸送機(jī)械求：流體的流速u及供液量VS。We；已知：管子d、 L、管件和閥門、流量Vs等，求：供液點(diǎn)的位置z1；或供液點(diǎn)的壓力p1；或輸送機(jī)械有效功We。2u2pgz1 11 W gz2 2 2 hf22三、阻力對(duì)管內(nèi)的影響11閥門F開度減小時(shí)：22BA F（1）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù) hf,A-B流速u即流量；在1-A

4、之間，由于流速u hf,1-A 在B-2之間，由于流速u hf,B-2 ；。可見，管路中任一處的變化，必將帶來總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。 Pipe system1. Compound pipes in series串聯(lián)管路Pipelinehasthesamediameterorconsist of sections of different diameters.Compound pipes inPipeline branches orallel 并聯(lián)管路t a common poor has a byss.1.等徑單管路計(jì)算1122已有公式： f Re, f u, d d u

5、2pu2pgz1 1 1 W gz2 2 2 hf22l lu2 l u2 hf e d2 d 2主要涉及以下幾方面計(jì)算問題u2u2pphf 1 1W gz2 2 2gz122（1）可直接求出hf（或已知hf） 計(jì)算z 、p、W、u已知z 、p、W、u和d 計(jì)算管路長度l已知z 、p、W、l 和d 計(jì)算管內(nèi)流速u已知z 、p、W、u和 l 計(jì)算管子內(nèi)徑d試差法計(jì)算過程（如已知l 和d計(jì)算u ）：假設(shè) 的初值（一般取0.02） 根據(jù)機(jī)械能衡算式求hfl lu2Re duhf e 求u 根據(jù)求Re 根據(jù)d2 根據(jù) fRe,d 值 循環(huán)計(jì)算直到滿足計(jì)算精度求新的試差計(jì)算Vs1,d1Vs2,d2Vs

6、,d332.串聯(lián)管路計(jì)算u1 u2 已有公式：u2pu2pgz1 1 1 W gz2 2 2 hf22l lu2 l u2 hf e d2 d 2 f Re, f u, d d u d 2 u d 2 1122EXLE 1.7. Crude oil having a specificgravityof 0.93 and a viscosity of 4 cP isdraining by gravityfrom the bottom of a. The depth of liquid above the drawoffconnectionheis 6 m. The line fromthedra

7、woffis3-in.Schedule40pipe(0.078mID). Its lengthis 45 m, and itcontains one elbow and two gate valves.The oil dischargeso the atmosphere 9 mbelow the drawoff connection of the.What flow rate, in cubic meters per hour, can be expected through the line?aUpstream-liquid surface of the6mDownstreamoutlet

8、of the dischargpe*Solution. Theties needed are9mb 0.004kg / m sL 45mD 3.068 0.256 ft 0.078m12 0.93998 928kg / m3For fittings, from Table 1.4Kf 0.75 20.17 1.09 0Vapa pb 1amingand sinceb2Vb hf g(Za Zb ) 9.81(6 9) 147.1m / s222 V2LK Kh 4 f bfcfD2 4 45 f V22V 0.4 1.09 b (2308f 1.49) b20.0782V 22Vh b (1

9、2,308f 1.49) 147.1 2b2fUse Fig.1.22 to find f. For this problemRe 0.078 928Vb18,096Vb0.004kD 0.00015 0.3048 0.000590.078Trial and errivesVbRefVb4.007.230.00564.374.377.910.00554.404.407.960.00554.40【例1-21】如本題附圖所示，密度為950kg/m3、粘度為1.24ms的料液從槽送入塔中，槽內(nèi)的液面維持恒定，并高于塔的進(jìn)料口4.5m，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為3.5103。送液管道的直徑為452.5mm，長為35

10、m（包括管件及閥門的當(dāng)量長度,但不包括進(jìn)、出口損失），管壁的絕對(duì)粗糙度為0.2mm，試求輸液量為若干m3/h。解：計(jì)算過程如下：槽液面為上游截面1-1，輸液以管出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2，并以截面2-2的中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列方程式，即式中將已知數(shù)據(jù)代入上兩式，經(jīng)整理得到（a）而故需試差試差方法一：先取值，求值，在阻力平方區(qū)查取，然后按如下方框進(jìn)行計(jì)算具體計(jì)算過程如下:取=0.2mm，/d=0.2/40=0.005，在圖1-25的阻力平方區(qū)查得=0.03。將值代入式a計(jì)算u，即qV由/d及Re值，再查圖1-25，得到0.0322，與原取0.03有差別，進(jìn)行第二次試差，解得u=1.656

11、m/s，Re=5.08104，0.0322。于是 u=1.656m/s即為所求，故液體輸送量為:qV試差方法二:qV對(duì)于一定管路系統(tǒng)，已知流量求能量損失則不需試差。1.5.2 multiplTwo situation:pe systems(1)Mainpipelinehasabyss.并聯(lián)管路rallelpipe system(2) Pipeline branches o路 branching systemt a common po.分支管EVV31VVV2ABVDF2ABV4V1CV 3(1)h21 q2 V V22ppgZ AAAgZBBBhf 1AB22 V V22ppgZ AAAgZB

12、BBhf 2AB22V 2V 2LL k1 ) 1 k2 ) 2 (1 1 (22D2D122Exle1.8 Find the distribution of flow fro threerallel pipesarrangement shown in fig 1.29. The water kinematic viscosityV=10-6m2/s. The total discharge is q=0.020m3/s.V1VV2ABV 3(a)1 h3hfAB3V 2V 2V 2LLL k1 ) 1 k2 ) 2 k3 ) 3 (1 1 (2 (33D32D2D1222pipeL/mD/m

13、K11000.050.0231021500.0750.025332000.0850.0212 V V22ppgZOOOgZBBBhfBOB22junction V V22ppgZOOOgZCCChfCOC22 V V22ppgZBBBhfB gZCCChfCBC22qCm3/sB11A water delivery system is shownhe figure attached.Water level of the highis maaed fixed. Water isdischarged via branch pipes BC and BD. The vertical distance

14、from the liquid levelheto the outlets of the two branchpipes is the same, 11m. Pipe AB is 58m long and 38mm insidediameter. Pipe BC is 12.5m long and the 32mm inside diameter. Pipe BD is 14m long and 26mm inside diameter. Equivalentlength for fittings and totally opened valves are includedhelength of each pipe. Friction factor for pipe AB and BC are=0.03.Calcu