化工原理講稿(中國石油大學)流體流動

1、5 管路計算一、簡單管路的計算簡單管路指沒有分支或匯合的管路1.設計計算給定輸送任務，要求設計經(jīng)濟上合理的管路。 例1 鋼管的總長為100m，用以輸送20的水，已知水的流率為27m3/h。要求輸送過程中摩擦阻力不大于40Nm/kg，試確定輸送管路的最小直徑。已知20時水的密度=998.2kg/m3，粘度=1.00510-3PaS。例題2.校核計算管路布局一定，要求核算在某給定條件下管路的輸送能力一、簡單管路的計算例題1-20 如圖所示的輸送管路，已知進料管口處的壓力p21.96104Pa(表壓)，管子的規(guī)格為603mm、直管長度35m，管路上有3個標準彎頭、1個1/4關閘閥，管子絕對粗糙度為0

2、.2mm，高位槽內(nèi)液面距進料管口中心的高度z4.2m，液體的密度和粘度分別為1100kg/m3和1.710-3Pas。試問該管路能達到多大的供液流量（m3/h）。二、復雜管路的計算復雜管路:有分支或匯合的管路復雜管路并聯(lián)管路分支管路匯合管路2)各并聯(lián)支路中單位質(zhì)量流體的能量損失相等，即： hf,1=hf,2=hf,3 因此，總阻力損失為hf= hf,主+ hf,i3)并聯(lián)各支路中的流量分配如下：二、復雜管路的計算1.并聯(lián)管路特點1)總管路中的質(zhì)量流量等于并聯(lián)各支管質(zhì)量流量之和，對不可壓縮流體則 ：V = V1+V2+V3hf,1=hf,2=hf,3二、復雜管路的計算2.分支管路和匯合管路的特點

3、1)總管中的質(zhì)量流量等于各支管質(zhì)量流量之和，對不可壓縮流體則 ：V = V1+V2+V32)各支路在分流點處或在匯合點處的總比能相等,而各支路的另一端的總比能一般不相等。3）各支路的流量分配關系除與各支路的管徑、管長和管壁粗糙度有關外，還與各支路端點的條件（如壓力、位能）有關。二、復雜管路的計算例1-22如圖所示，為一由高位槽穩(wěn)定供水系統(tǒng)，主管路A、支管路B和C的規(guī)格分別為l084mm、763mm和703mm；其長度(包括當量長度)分別控制在80m、60m和50m；z2和z3分別為2.5m和1.5m；管壁的絕對粗糙度均取0.2mm。常溫水的密度和粘度分別為1000kg/m3和l10-3PaS；

4、若要求供水的總流量為52m3/h，試確定高位槽內(nèi)液面的高度z1。二、復雜管路的計算解：主管路A中的流速為對OB段和OC段進行能量衡算比較上兩式,可得二、復雜管路的計算代入數(shù)據(jù)，得(a)整理得二、復雜管路的計算又代入數(shù)據(jù)，得整理得(b)二、復雜管路的計算用試差法：假設B、C均處于完全湍流區(qū)，查莫狄圖，得代入(a) 、(b),解得二、復雜管路的計算校核:試差正確，所以查圖得二、復雜管路的計算 忽略分流點O處的局部阻力損失，列截面1-l與截面2-2間柏努利方程式，則有查圖得二、復雜管路的計算解得 Z1=10.73m代入數(shù)據(jù)二、復雜管路的計算例1-23如圖所示，用泵將密度為710kg/m3的粗汽油分兩

5、路輸送到精餾塔A的頂部和吸收解吸塔B的中部。貯罐C內(nèi)液面上方、精餾塔頂部和吸收解吸塔中部的表壓力分別為49kPa、49kPa和1177kPa?，F(xiàn)要求輸送管路上的所有閥門全開，使輸送到精餾塔頂部和吸收解吸塔中部的最大粗汽油流量分別達l0800kg/h和6400kg/h，此時從截面l-1至截面2-2、從截面2-2至截面3-3和從截面2-2至截面4-4的阻力損失分別為20、60和50J/kg。試求泵的有效功率Ne(計算中忽略動能項)。二、復雜管路的計算例 某工藝裝置的部分流程如圖所示。已知各段管路均為573.5mm的無縫鋼管，AB段、BD段的總當量長度(包括直管阻力和局部阻力，但不包括測量流量的那個

6、閥門的阻力)均為200m，BC段的總當量長度為120m。通過管路的液體密度為800kg/m3，各段流動狀態(tài)處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)=0.025，其他條件如圖所示。試計算泵的流量和揚程。二、復雜管路的計算 例1 鋼管的總長為100m，用以輸送20的水，已知水的流率為27m3/h。要求輸送過程中摩擦阻力不大于40Nm/kg，試確定輸送管路的最小直徑。已知20時水的密度=998.2kg/m3，粘度=1.00510-3PaS。解：管徑用流率公式計算，即 (1)其中流速u為允許的摩擦阻力所限制，即 (2)式中 及u為d的函數(shù)。故要用試差法求管徑d一、簡單管路的計算(3)由于水在管道中流過時的值約在0.0

7、2-0.04左右，故易于假設值。一、簡單管路的計算將式(3)及Re計算式整理成(5)(4)一、簡單管路的計算設 =0.03,由式(4)算出由圖查出 =0.025，與假設值不符取鋼管相對粗糙度 ，則一、簡單管路的計算則由圖查出=0.025，與假設值相符。因此，管內(nèi)徑應為78mm, 查附錄無縫鋼管規(guī)格表，選用3寸（88.54）的有縫鋼管。 重新假設 =0.025,由式(4)算出一、簡單管路的計算由圖查出校驗：管內(nèi)實際流速滿足要求。一、簡單管路的計算2.校核計算例2 如圖所示的輸送管路，已知進料管口處的壓力p21.96104Pa(表壓)，管子的規(guī)格為603mm、直管長度35m，管路上有3個標準彎頭、

8、1個1/4關閘閥，管子絕對粗糙度為0.2mm，高位槽內(nèi)液面距進料管口中心的高度z4.2m，液體的密度和粘度分別為1100kg/m3和1.710-3Pas。試問該管路能達到多大的供液流量（m3/h）。管路布局一定，要求核算在某給定條件下管路的輸送能力一、簡單管路的計算解: 由題知 d60-3254mm0.054m，l35m, 0.2mm，查得3個標準彎頭和1個1/4關閘閥的阻力系數(shù)分別為0.7532.25和0.9列截面1-1到2-2間的柏努利方程式，即代入數(shù)據(jù)，得(1)一、簡單管路的計算查圖，得設=0.03,由(1)式算出鋼管相對粗糙度 ，則與假設相符，所以一、簡單管路的計算例1-22如圖所示，

9、為一由高位槽穩(wěn)定供水系統(tǒng)，主管路A、支管路B和C的規(guī)格分別為l084mm、763mm和703mm；其長度(包括當量長度)分別控制在80m、60m和50m；z2和z3分別為2.5m和1.5m；管壁的絕對粗糙度均取0.2mm。常溫水的密度和粘度分別為1000kg/m3和l10-3PaS；若要求供水的總流量為52m3/h，試確定高位槽內(nèi)液面的高度z1。二、復雜管路的計算解：主管路A中的流量為對OB段和OC段進行能量衡算比較上兩式,可得二、復雜管路的計算代入數(shù)據(jù)，得(a)整理得二、復雜管路的計算又代入數(shù)據(jù)，得整理得(b)二、復雜管路的計算用試差法：假設B、C均處于完全湍流區(qū)，查莫狄圖，得代入(a) 、

10、(b),解得二、復雜管路的計算校核:試差正確，所以查圖得二、復雜管路的計算 忽略分流點O處的局部阻力損失，列截面1-l與截面2-2間柏努利方程式，則有查圖得二、復雜管路的計算解得 Z1=10.73m代入數(shù)據(jù)二、復雜管路的計算例1-23如圖所示，用泵將密度為710kg/m3的粗汽油分兩路輸送到精餾塔A的頂部和吸收解吸塔B的中部。儲罐C內(nèi)液面上方、精餾塔頂部和吸收解吸塔中部的表壓力分別為49kPa、49kPa和1177kPa?，F(xiàn)要求輸送管路上的所有閥門全開，使輸送到精餾塔頂部和吸收解吸塔中部的最大粗汽油流量分別達l0800kg/h和6400kg/h，此時從截面l-1至截面2-2、從截面2-2至截面

11、3-3和從截面2-2至截面4-4的阻力損失分別為20、60和50J/kg。試求泵的有效功率Ne(計算中忽略動能項)。二、復雜管路的計算解:在1-1和3-3列柏努利方程式代入數(shù)據(jù)解得二、復雜管路的計算在1-1和4-4列柏努利方程式代入數(shù)據(jù)解得為滿足要求，泵的有效功率應為9.1kW,同時應適當減小2-2至3-3截面間的閥門開度。二、復雜管路的計算例 某工藝裝置的部分流程如圖所示。已知各段管路均為573.5mm的無縫鋼管，AB段、BD段的總當量長度(包括直管阻力和局部阻力，但不包括測量流量的那個閥門的阻力)均為200m，BC段的總當量長度為120m。通過管路的液體密度為800kg/m3，各段流動狀態(tài)處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)=0.025，其他條件如圖所示