管路上的局部阻力損失

關(guān)于管路上的局部阻力損失阻力系數(shù)法將局部能量損失表示成流動(dòng)動(dòng)能因子的一個(gè)函數(shù)，即有：或：系數(shù)由實(shí)驗(yàn)測定ζ——局部阻力系數(shù)。第2頁,共74頁，2024年2月25日，星期天1.突然擴(kuò)大第3頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2.突然縮小第4頁,共74頁，2024年2月25日，星期天a曲線：管截面突然擴(kuò)大b曲線：管截面突然縮小第5頁,共74頁，2024年2月25日，星期天3.進(jìn)口A2/A1=0,ζc=0.5------進(jìn)口阻力系數(shù)流體從容器進(jìn)入管內(nèi)，相當(dāng)于流體從無限大截面A1進(jìn)入小截面A2第6頁,共74頁，2024年2月25日，星期天4.出口A1/A2=0,ζe=1------出口阻力系數(shù)流體從管內(nèi)進(jìn)入容器，相當(dāng)于流體從小截面A1進(jìn)入無限大截面A2第7頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)流體從管子直接排放到管外空間時(shí)，管出口內(nèi)側(cè)截面上的壓強(qiáng)可取為與管外空間相同，但出口截面上的動(dòng)能及出口阻力應(yīng)與截面選取相匹配。若截面取管出口內(nèi)側(cè)，則表示流體并未離開管路，此時(shí)截面上仍有動(dòng)能，系統(tǒng)的總能量損失不包含出口阻力；若截面取管出口外側(cè)，則表示流體已經(jīng)離開管路，此時(shí)截面上動(dòng)能為零，而系統(tǒng)的總能量損失中應(yīng)包含出口阻力。由于出口阻力系數(shù)，兩種選取截面方法計(jì)算結(jié)果相同。注意點(diǎn)第8頁,共74頁，2024年2月25日，星期天5.管件與閥門180o回彎管三通四通異徑管90o彎頭

閘閥

截止閥

止回閥局部阻力系數(shù)從相關(guān)手冊(cè)查得第9頁,共74頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力即：直管阻力損失公式非直管阻力損失如何計(jì)算？第10頁,共74頁，2024年2月25日，星期天管路系統(tǒng)中總的能量損失管路系統(tǒng)中總的能量損失，J/kg管路系統(tǒng)中各段直管的總長度，m管路系統(tǒng)中全部管件與閥門的當(dāng)量長度之和，m管路系統(tǒng)中全部阻力系數(shù)之和，1流體在管路中的流速，m/s第11頁,共74頁，2024年2月25日，星期天管路計(jì)算簡單管路復(fù)雜管路第12頁,共74頁，2024年2月25日，星期天簡單管路

簡單管路是指流體從入口到出口是在一條管路中流動(dòng)，無分支或匯合的情形。整個(gè)管路直徑可以相同，也可由內(nèi)徑不同的管子串聯(lián)組成，如圖所示。第13頁,共74頁，2024年2月25日，星期天特點(diǎn)：1．流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)于不可壓縮流體，則體積流量也不變，即

2．整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和，即第14頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

用泵把20度的苯從地下儲(chǔ)罐送到高位罐，流量為300L/min,高位槽液面比儲(chǔ)罐液面高10m。泵吸入管用89mmX4mm的無縫鋼管，直管長10m，管路上裝有一底閥，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排除管用57mmX3.5mm的無縫鋼管，直管長度為50m，管路上裝有一個(gè)全開的閘閥，一個(gè)全開的截止閥，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的彎頭。儲(chǔ)罐及高位槽液面上方均為大氣壓。設(shè)儲(chǔ)罐及高位槽液面維持恒定，求泵的軸功率，泵的效率為70%。第15頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

密度為950kg/m3、粘度為1.24mPa·s的料液從高位槽送入塔中，高位槽的液面維持恒定，并高于塔的進(jìn)料口4.5m，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為3.82×103Pa，送液管道直徑為45mm×2.5m，長為35m，管壁的絕對(duì)粗糙度為0.2m，求輸液量。第16頁,共74頁，2024年2月25日，星期天初值λ重設(shè)λ值第17頁,共74頁，2024年2月25日，星期天復(fù)雜管路1、并聯(lián)管路特點(diǎn)：（1）主管中的流量為并聯(lián)的各支路流量之和（2）并聯(lián)管路中各支路的單位質(zhì)量流體的能量損失均相等。AVSVS1VS2VS3B第18頁,共74頁，2024年2月25日，星期天分支管路COAB特點(diǎn)：（1）主管中的流量為各支路流量之和；（2）流體在各支管流動(dòng)時(shí)的阻力損失是相等的。第19頁,共74頁，2024年2月25日，星期天在并聯(lián)管路中，支管1直徑為56mm×2.5m，其長度為30m；支管2直徑為85mm×2.5m，其長度為50m。總管路中水的流量為60m3/h，試求水在兩支管中的流量。第20頁,共74頁，2024年2月25日，星期天水位恒定的高位槽從C、D兩支管同時(shí)放水，AB段管長6m，內(nèi)徑41mm，BC段長15m，內(nèi)徑25mm，BD段長24m，內(nèi)徑25mm，上述管長均包括閥門及其它局部阻力損失的當(dāng)量長度，但不包括出口動(dòng)能項(xiàng)，分支點(diǎn)B的能量損失可忽略。求D、C兩支管的流量，水槽的總排水量；當(dāng)D閥關(guān)閉時(shí)，求水槽由C支管流出的水量，設(shè)全部管路摩擦系數(shù)為0.03，出口阻力損失另計(jì)。第21頁,共74頁，2024年2月25日，星期天由于BC和BD兩管路并聯(lián)根據(jù)連續(xù)性方程在高位水槽面和C-C面建立伯努利方程帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得到括號(hào)內(nèi)不加阻力系數(shù)第22頁,共74頁，2024年2月25日，星期天測速管（Pitot管）流量測量第23頁,共74頁，2024年2月25日，星期天測速管的內(nèi)管測得的為管口所在位置的局部流體動(dòng)能與靜壓能P/ρ之和，稱為沖壓能，測速管的外管前端壁面四周的測壓孔口與管道中流體的流動(dòng)方向相平行，所測得的是流體的靜壓能P/ρ測量點(diǎn)處的沖壓能與靜壓能之差Δh為測量點(diǎn)處的流速為Δh怎么求？第24頁,共74頁，2024年2月25日，星期天測速管優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確性較高，流體阻力小，適用于測量大直徑管路中氣體流速。2、缺點(diǎn)：不能直接測出平均流速，且壓差讀數(shù)較小，當(dāng)流體中含固體雜質(zhì)時(shí)，易將測壓孔堵塞，故不宜適用測速管。第25頁,共74頁，2024年2月25日，星期天孔板流量計(jì)

縮脈，流速最大11

00

第26頁,共74頁，2024年2月25日，星期天設(shè)不可壓縮流體在管內(nèi)做水平流動(dòng)，在1-1‘和0-0’處建立伯努利方程，并忽視能量損失，則有：對(duì)于水平管，則有：整理得到：引入校正系數(shù)C1，校正忽視能量損失帶來的誤差第27頁,共74頁，2024年2月25日，星期天引入壓差降校正系數(shù)C2根據(jù)連續(xù)性方程，對(duì)于不可壓縮流體，則有則有：第28頁,共74頁，2024年2月25日，星期天令則有：體積流量與壓差的關(guān)系：質(zhì)量流量與壓差的關(guān)系：若壓差由U型管讀出，則有：體積流量與壓差的關(guān)系：質(zhì)量流量與壓差的關(guān)系：系數(shù)C0由實(shí)驗(yàn)測定第29頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量系數(shù)第30頁,共74頁，2024年2月25日，星期天孔板流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)1、

優(yōu)點(diǎn)：制造簡單，隨測量條件變化時(shí)，更換方便。2、缺點(diǎn)：能量損失較大。第31頁,共74頁，2024年2月25日，星期天文丘里流量計(jì)接U型管接U型管體積流量與壓差的關(guān)系：Ao:喉管出截面積第32頁,共74頁，2024年2月25日，星期天文丘里流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：能量損失小2、缺點(diǎn)：各部分尺寸要求嚴(yán)格，要精細(xì)加工，造價(jià)高。第33頁,共74頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子流量計(jì)第34頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)被測流體自錐管下端流入流量計(jì)時(shí)，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當(dāng)差壓值大于浸在流體中浮子的重量時(shí)，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應(yīng)下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時(shí)浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。第35頁,共74頁，2024年2月25日，星期天設(shè)Vf為轉(zhuǎn)子體積，Af為轉(zhuǎn)子最大部分的截面積，ρf為轉(zhuǎn)子密度，ρ為被測流體密度。流體流經(jīng)環(huán)形截面產(chǎn)生的壓強(qiáng)差為(p1-p2)當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡時(shí)，根據(jù)孔板流量計(jì)流量公式，將壓強(qiáng)差(p1-p2)帶入上式AR：環(huán)隙面積第36頁,共74頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：讀數(shù)方便，能量損失小，測量范圍寬，能用于腐蝕性流體的測量。2、缺點(diǎn)：管壁大多為玻璃制品，不能受高溫和高壓，易破碎而且安裝時(shí)要求保持垂直。第37頁,共74頁，2024年2月25日，星期天習(xí)題課(緒論、第一章)化工生產(chǎn)過程：對(duì)原料進(jìn)行化學(xué)加工，最終獲得有價(jià)值產(chǎn)品的生產(chǎn)過程單元操作：構(gòu)成多種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的物理過程按照原理都可以歸納為幾個(gè)基本過程，這些過程稱為化工單元操作。第38頁,共74頁，2024年2月25日，星期天化工原理課程的兩條主線1、傳遞過程（三傳理論）(1)動(dòng)量傳遞過程（單相或多相流動(dòng)）；(2)熱量傳遞過程——傳熱；(3)質(zhì)量傳遞過程——傳質(zhì)；2、研究方法論(1)試驗(yàn)研究方法（經(jīng)驗(yàn)方法）優(yōu)點(diǎn)、不足(2)數(shù)學(xué)模型方法（半理論半經(jīng)驗(yàn)方法）必要性、廣泛被應(yīng)用第39頁,共74頁，2024年2月25日，星期天單位制與單位換算質(zhì)量熱容：3kcal/(kg·℃)=（）J/(kg·K)表面張力：5kgf/m=（）N/m在0-1000℃范圍內(nèi)，空氣的質(zhì)量定壓熱容公式為式中溫度T單位為℃，將溫度單位換為K，Cp單位換為J/(kg·K)第40頁,共74頁，2024年2月25日，星期天物料衡算與能量衡算穩(wěn)態(tài)過程：連續(xù)操作過程非穩(wěn)態(tài)過程：間歇操作過程第41頁,共74頁，2024年2月25日，星期天物料衡算本質(zhì)表征：質(zhì)量守恒式中：輸入物料的總和輸出物料的總和累積的物料量適合非穩(wěn)態(tài)過程適合穩(wěn)態(tài)過程第42頁,共74頁，2024年2月25日，星期天能量衡算熱量衡算進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量離開系統(tǒng)的總熱量散失的總熱量第43頁,共74頁，2024年2月25日，星期天第一章流體流動(dòng)大氣壓強(qiáng)，絕對(duì)壓強(qiáng)，表壓強(qiáng)(真空度)之間的關(guān)系表壓強(qiáng)＝絕對(duì)壓強(qiáng)－大氣壓強(qiáng)真空度＝大氣壓強(qiáng)－絕對(duì)壓強(qiáng)第44頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體流動(dòng)基本方程第45頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體流動(dòng)基本方程單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量體積流量(Vs)流量質(zhì)量流量(ws)第46頁,共74頁，2024年2月25日，星期天單位時(shí)間內(nèi)流體方向上流過的距離，稱為流速(u)管中心處流速最大，管壁處流速為零平均流速：對(duì)于內(nèi)徑為d的圓形管道則有：第47頁,共74頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)態(tài)流動(dòng)和非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：各截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等物理性質(zhì)不隨位置變化；非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：流體在各個(gè)截面上的物理性質(zhì)隨位置的改變而變化。第48頁,共74頁，2024年2月25日，星期天連續(xù)性方程穩(wěn)態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)輸入量與輸出量相等質(zhì)量守恒第49頁,共74頁，2024年2月25日，星期天伯努利方程的討論公式只適用于不可壓縮的理想流體做穩(wěn)定流動(dòng)，并且無外功輸入的情況位能+動(dòng)能+勢能=常數(shù)(機(jī)械能)位能動(dòng)能勢能第50頁,共74頁，2024年2月25日，星期天對(duì)于非理想流體，由于存在流動(dòng)過程中的能量損失，如果無外功輸入，系統(tǒng)的總機(jī)械能沿流動(dòng)方向逐漸減小對(duì)于實(shí)際流體，在管路流動(dòng)中，上游的總機(jī)械能大于下游的總機(jī)械能伯努利方程的討論第51頁,共74頁，2024年2月25日，星期天：有效功率，單位時(shí)間輸送設(shè)備所做的有效功：流體的質(zhì)量流量，單位為J/s伯努利方程的討論第52頁,共74頁，2024年2月25日，星期天伯努利方程的三種基本形式第53頁,共74頁，2024年2月25日，星期天某鼓風(fēng)機(jī)吸入管直徑為200mm，在喇叭口型進(jìn)口處測得U型管壓差計(jì)讀數(shù)為R=25mm，指示液為水，不計(jì)空氣阻力損失，空氣密度為1.2kg/m3，求管路內(nèi)空氣流量。第54頁,共74頁，2024年2月25日，星期天水以3.77×10-3m3/s的流量流經(jīng)一擴(kuò)大管道。細(xì)管直徑d=40mm，粗管直徑D為80mm，倒U型管壓差計(jì)中水位差R=170mm，求水流經(jīng)擴(kuò)大管段的阻力損失。第55頁,共74頁，2024年2月25日，星期天（a）層流；（b）過渡流；（c）湍流層流（或滯流）如圖（a）所示，流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；湍流（或紊流）如圖（c）所示，流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。過渡流是介于這兩種流型之間的流動(dòng)。

從實(shí)驗(yàn)中觀察到，當(dāng)水的流速從小到大時(shí)，有色液體變化如圖所示。實(shí)驗(yàn)表明，流體在管道中流動(dòng)存在兩種截然不同的流型。第56頁,共74頁，2024年2月25日，星期天雷諾準(zhǔn)數(shù)

流體的流動(dòng)類型可用雷諾數(shù)Re判斷。

Re準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無因次的數(shù)群。無量綱量第57頁,共74頁，2024年2月25日，星期天雷諾數(shù)的物理意義單位時(shí)間通過單位質(zhì)量截面積流體的質(zhì)量單位時(shí)間通過單位質(zhì)量截面積流體的動(dòng)量流體內(nèi)部的速度梯度與流體內(nèi)的粘滯力成正比慣性力與粘性力的比值第58頁,共74頁，2024年2月25日，星期天uθ1θ2

θ點(diǎn)A處流體質(zhì)點(diǎn)的速度脈動(dòng)曲線示意圖

湍流的描述主要特征：質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)瞬時(shí)速度=時(shí)均速度+脈動(dòng)速度第59頁,共74頁，2024年2月25日，星期天邊界層的概念ususus層流邊界層湍流邊界層層流內(nèi)層Ax0δ平板上的流動(dòng)邊界層

①邊界層的形成條件流動(dòng)；實(shí)際流體；流過固體表面。

②形成過程流體流經(jīng)固體表面；由于粘性，接觸固體表面流體的流速為零；附著在固體表面的流體對(duì)相鄰流層流動(dòng)起阻礙作用，使其流速下降；對(duì)相鄰流層的影響，在離開壁的方向上傳遞，并逐漸減小。最終影響減小至零，當(dāng)流速接近或達(dá)到主流的流速時(shí)，速度梯度減少至零。第60頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力流體阻力的種類：直管阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，內(nèi)摩擦力形成的阻力局部阻力：流體流經(jīng)管路中的管件、閥門、管截面的突然變化所引起的阻力?？偰芰繐p失：第61頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力根據(jù)伯努利方程有：流體流動(dòng)壓力差成因：外力作功、勢能差、動(dòng)能差、阻力損失第62頁,共74頁，2024年2月25日，星期天J/kgmPa

范寧公式計(jì)算流體流動(dòng)阻力的一般公式第63頁,共74頁，2024年2月25日，星期天水利半徑rH

流體在流道里的流道截面積A與潤濕周邊長度Π之比。

rH=A/Π使用與圓形管道直徑相當(dāng)?shù)摹爸睆健眮泶娣菆A形管道如何計(jì)算阻力系數(shù)第64頁,共74頁，2024年2月25日，星期天管路上的局部阻力損失阻力系數(shù)法或：ζ——局部阻力系數(shù)。第65頁,共74頁，2024年2月25日，星期天a曲線：管截面突然擴(kuò)大b曲線：管截面突然縮小1.管道突然擴(kuò)大2.管道突然縮小3.管道進(jìn)口4.管道出口ζ=0.5ζ=1第66頁,共74頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長