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文檔簡介
第一章流體流動預(yù)備知識(一)流體在力的作用下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物體。包括:氣體和液體(二)流體的研究意義
1、流體輸送
2、傳熱、傳質(zhì)與流體流動有關(guān)(三)流體的研究方法
將流體視為由無數(shù)質(zhì)點組成的連續(xù)介質(zhì),忽略分子間運動。第一節(jié)流體靜力學一、流體的壓縮性和膨脹性1、壓縮性
在一定溫度下,壓力變化引起流體的體積相對變化的性質(zhì)。(1)液體:可看作不可壓縮流體(2)氣體:為可壓縮流體,壓力體積2、膨脹性在一定壓力下,溫度變化引起流體的體積相對變化的性質(zhì)。
(1)液體:溫度體積
(2)氣體:溫度體積,影響更大。二、流體密度和壓力(一)密度、比體積與相對密度
1、密度流體在空間某點上質(zhì)量與體積之比,單位為:kg/m3(SI)或g/cm3,表達式為:(1-1)式中
ρ——流體的密度,kg/m3;
m——流體的質(zhì)量,kg;
v——流體的體積,m3。(1)液體密度隨壓力的變化很小,隨溫度稍有改變。液體密度值可查表獲得。
溫度升高,密度降低。(2)氣體密度隨壓力和溫度的變化較大。當壓力不太高、溫度不太低時,氣體密度可近似地按理想氣體狀態(tài)方程式計算:式中p——氣體的絕對壓力,N/m2或Pa;
T——氣體的熱力學溫度,K;
M——氣體的摩爾質(zhì)量,kg/mol;
R——摩爾氣體常數(shù),8.314J/mol·K。(1-3)氣體密度也可按下式計算(1-4)(3)液體混合物的密度計算
上式以1kg混合液為基準,混合前后體積不變。ω1、ω2、…,ωn——液體混合物中各組分的質(zhì)量分數(shù);ρ1、ρ2、…,ρn
——液體混合物中各組分的密度,kg/m3
ρmL
——液體混合物的平均密度,kg/m3。(4)氣體混合物的密度計算
上式以1m3混合氣體為基準,混合前后質(zhì)量不變。對于理想氣體,體積分數(shù)與摩爾分數(shù)、壓力分數(shù)相等。
ρmg
=ρ1y1+ρ2y2+…+ρnyn
(1-6)式中:ρ1、ρ2、…ρn——氣體混合物各組分的分子量;
y1
、y2
、…yn
——氣體混合物各組分的摩爾分數(shù)。例題解析例1:已知某酸液和水在室溫下的密度分別為1830kg/m3與998kg/m3,求酸液的質(zhì)量分數(shù)為為0.4時水溶液的密度。解:應(yīng)用混合液體密度公式,則有:2、相對密度(1)定義指流體的密度與參考物質(zhì)的密度在兩種物質(zhì)規(guī)定條件下之比,以符號d表示。工程上常用常壓下4℃的純水作為參考物質(zhì)。
(2)意義是物質(zhì)的重要物理性質(zhì),通過測定相對密度,可以間接判斷其組成,且使用方便。通過測定蔗糖溶液的相對密度來間接判斷該糖溶液的濃度。3、比體積為密度的倒數(shù),即:流體體積與質(zhì)量之比,用v表示。
v=V/m=1/ρ
(二)壓力1、定義垂直作用于流體單位表面積上的力,稱為流體的壓強,簡稱壓強。習慣上稱為壓力,用p表示。
壓力的單位:帕斯卡(Pa),即:N/m2(法定單位);還有:標準大氣壓(atm)、kgf/cm2;某流體液柱高度等。換算關(guān)系1標準大氣壓(atm)=101300Pa=10330kgf/m2
=760mmHg=10.33mH2O
2、流體壓力的表示方法(1)絕對壓力(絕壓),pab以絕對真空(即零大氣壓)為基準(0)(2)表壓力(表壓),pe以當?shù)卮髿鈮簽榛鶞剩?),表示被測流體絕對壓力高于大氣壓力的數(shù)值,用于被測流體絕對壓力大于外界大氣壓的情況。
pe=pab-pa表壓力用壓力表測定。壓力表鍋爐與壓力表(3)真空度(負表壓),pvm
用于被測流體絕對壓力小于大氣壓時。
pvm=pa-pab真空度用真空表測定。(4)說明①在表示壓力時,必須標明計量基準,即絕壓、表壓或真空度。
②在計算壓力差時,必須要采用同一計量基準(絕壓、表壓或真空度)。真空表注意:此處的大氣壓力均應(yīng)指當?shù)卮髿鈮骸H绮患诱f明時均可按標準大氣壓計算。圖絕對壓力、表壓和真空度的關(guān)系(a)測定壓力>大氣壓(b)測定壓力<大氣壓絕對壓力測定壓力表壓大氣壓當時當?shù)卮髿鈮海ū韷簽榱悖┙^對壓力為零真空度絕對壓力測定壓力(a)(b)(三)例題解析例1-1某臺離心泵進口真空度為30kPa,出口處表壓力為0.20MPa,若當?shù)卮髿鈮簽?50mmHg,求泵進、出口的絕對壓力。解:(1)因pvm=pa-pab,進口pab=pa-pvm=750×133-30×1000=69800=69.8kPa(2)因pab
=pa+pe
,出口pab=pa+pe=750×133+0.2×106=300000=300kPa二、流體靜力學基本方程(一)方程式推導(dǎo)p2=p1+ρg(Z1-Z2)p2=p0+ρgh
上兩式即為液體靜力學基本方程式。
p2表示靜止流體內(nèi)部任一點壓力,稱為該點處靜壓力。p0p1p2Gz2z1(二)液體靜力學方程討論1、靜止液體內(nèi)任一點壓力的大小,與液體本身的密度和該點距液面的深度有關(guān),與流體體積和質(zhì)量無關(guān)。2、P隨P0而變,P0可等大小向液體內(nèi)部傳遞。3、在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi),處于同一水平面上的各點的壓力都相等。此壓力相等的水平面,稱為等壓面。4、液體某點壓力或某兩點壓力差的大小可用一段液柱高度表示。p0p1p2Gz2z15、(1)Z為流體距基準面高度,稱為位壓頭,單位為m,或J/N,表示重力為1N流體的位能。(2)p/ρg
稱為靜壓頭,單位為m,表示重力為1N流體的靜壓能。(3)靜止流體的位壓能和靜壓能之和守恒。6、該方程適用于靜止、連續(xù)、不可壓縮的同種流體?;蛉?、流體靜力學方程的應(yīng)用(一)壓力或壓力差的測量
1、U型管壓差計(1)主要結(jié)構(gòu)透明玻璃U形管,內(nèi)裝指示劑A,被測流體為B,且ρA>ρB,A、B不反應(yīng),不互溶。
U型管壓差計(2)測定原理
指示液密度ρA,被測流體密度為ρB。圖中a、b兩點的壓力是相等的。因為這兩點都在同一種靜止液體(指示液)的同一水平面上。通過這個關(guān)系,便可求出p1-p2的值。根據(jù)流體靜力學基本方程式則有U型管右側(cè):pa=p1+(m+R)ρgU型管左側(cè):pb=p2+mρg+Rρ0g
pa=pbp1-p2=R(ρ0-ρ)g測量氣體時,由于氣體的ρ密度比指示液的密度ρ0小得多,故ρ0-ρ≈ρ0,上式可簡化為p1-p2=Rρ0g若U形管一端連被測流體,另一端與大氣相通,則讀數(shù)R表示被測流體的表壓力。2、微差壓差計(1)適用對象:適用于所測壓力差很小的情況,又稱雙液柱壓差計(2)結(jié)構(gòu)指示液:兩種指示液密度不同、互不相溶擴張室:擴張室的截面積遠大于U型管截面積,當讀數(shù)R變化時,兩擴張室中液面不致有明顯的變化。(3)原理按靜力學基本方程式可推出:
P1-P2=ΔP=Rg(ρA-ρc)式中ρA、ρc——分別表示重、輕兩種指示液的密度,kg/m3。對于一定的壓差,(ρA-ρc)愈小則讀數(shù)R愈大,所以應(yīng)該使用兩種密度接近的指示液。(二)液位的測量1、平衡器的小室2中所裝的液體與容器里的液體相同。平衡器里液面高度維持在容器液面允許到達的最大高度處。2、容器里液面高度可根據(jù)R求得:z=ρiR/ρ,液面越高讀數(shù)越小。1—容器;2—平衡器的小室;3—U形管壓差計為安全起見,實際安裝時管子插入液面下的深度應(yīng)比上式計算值略低。
1、液封的作用:控制設(shè)備內(nèi)氣壓不超過規(guī)定數(shù)值;真空系統(tǒng)中保持真空度等。2、原理:若設(shè)備要求壓力不超過P1(表壓),按靜力學基本方程式,則水封管插入液面下的深度h為:(三)液封高度的確定(四)例題解析例1-2
多效真空蒸發(fā)器操作中末效產(chǎn)生的二次蒸汽被送入混合冷凝器中與冷水直接接觸而冷凝。為維持蒸發(fā)器的真空度,冷凝器上方與真空泵相通,將不凝性氣體(空氣)抽走。同時為避免外界空氣滲入氣壓管,導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)真空度降低,氣壓管必須插入液封槽中,水在管內(nèi)上升至高度,若真空表的讀數(shù)為90kPa,試求氣壓管中水上升的高度h。第二節(jié)
流體動力學方程一、管內(nèi)流動的連續(xù)性方程(一)流量和流速
1、流量單位時間內(nèi)流經(jīng)管截面的流體量。(1)體積流量:單位時間內(nèi)流經(jīng)管截面的體積量。以qV表示,單位為m3/s或m3/h。(2)質(zhì)量流量:單位時間內(nèi)流經(jīng)管截面的質(zhì)量,以qm表示,其單位為kg/s或kg/h。體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為:
qm
=qV·ρ2、流速流體在流動方向上流動快慢的物理量。
(1)點流速:單位時間內(nèi)流體中任一質(zhì)點在流動方向上所流過的距離。單位:m/s。在管內(nèi)同一截面上不同位置的點流速不相等。
管道中心處點速度最大,器壁處為0。
(2)平均流速:體積流量與管道截面積之比,以u表示,u=qV/A,單位:m/s或m/h。
qm
=qvρ
=Auρ
3、管徑的估算若以d表示管內(nèi)徑,則式u=qV/A
可寫成流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定,據(jù)上式,如流速增加,則管徑減小,則管路費用低,但生產(chǎn)費用高。一般液體流速為0.5~3m/s。氣體為10~30m/s。(二)穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動1、穩(wěn)定流動
流體在管道中流動時,在任一截面處的物理參數(shù),如流速、壓力等不隨時間而改變。2、不穩(wěn)定流動流體在管中流動時,在任一截面處的物理參數(shù),有部分或全部隨時間改變而改變。211′2′u1u2根據(jù)質(zhì)量守恒定律,qm
1=qm
2
設(shè)流體在如圖所示的管道中:
作連續(xù)穩(wěn)定流動;
從截面1-1流入,從截面2-2流出;
二、連續(xù)性方程
u1ρ1A1=u2ρ2A2
(1-21)此關(guān)系可推廣到管道的任一截面,即
uρA=常數(shù)
(1-22)上式稱為連續(xù)性方程式。若流體不可壓縮,ρ=常數(shù),則上式可簡化為
uA=常數(shù)
(1-23)
在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動中,流體流速與管道的截面積成反比。截面積愈大之處流速愈小,反之亦然。式中d1及d2分別為管道上截面1和截面2處的管內(nèi)徑。上式說明不可壓縮流體在管道中的流速與管道內(nèi)徑的平方成反比?;?qū)τ趫A形管道,有三、伯努利方程(一)理想流體的機械能衡算式——伯努利方程
1、理想流體(1)流體無黏度;(2)流體在管道內(nèi)作穩(wěn)定流動;(3)等溫系統(tǒng),熱力學能不變;(4)流動過程無外功加入。2、流體流動時的機械能形式(1)位能如圖:質(zhì)量為m的流體分別流過1-1’及2-2’截面,自基準水平面升舉到高度Z1和Z2所做的功:mgZ1、mgZ2。(2)動能如圖:質(zhì)量為m,流體流過1-1’及2-2’截面時具有的動能為:mu12/2、mu22/2。(3)靜壓能
如圖:質(zhì)量為m的流體分別流過1-1’及2-2’截面的靜壓能為:p1A1·V1/A1=p1V1,p2V2,即:mp1/ρ、mp2/ρ(4)總機械能位能、動能及靜壓能均屬機械能,三者之和為總機械能。即:總機械能=位能+動能+靜壓能對質(zhì)量為m的流體:mgZ1+mu12/2+mp1/ρ=mgZ2+mu22/2+mp2/ρ
3、伯努利方程(1)以單位質(zhì)量計:
gZ1+u12/2+p1/ρ=gZ2+u22/2+p2/ρ,即:(2)以單位重量計:Z1+u12/2g+p1/ρg=Z2+u22/2g+p2/ρgz為位壓頭,u2/2g稱為動壓頭或速度壓頭,p/ρg為靜壓頭,三者和為總壓頭。(1-26)如圖所示:密閉容器,內(nèi)盛有液體,液面上方壓力為p。圖靜壓頭的意義
,靜壓頭的意義:說明Z1處的液體對于大氣壓力來說,具有上升一定高度的能力。實際流體由于有粘性,存在內(nèi)摩擦力,在流動中會引起機械能損失(轉(zhuǎn)化為熱能,因此上圖1—1截面處總機械能大于2—2截面。簡單實驗觀察流體在等直徑的直管中流動時的能量損失。(二)實際流體機械能衡算考慮到實際生產(chǎn)中,常有外加能量加入,實際流體機械能衡算式為:(1-29)式中He―外加壓頭,m。(1-30)式中∑hf=g∑Hf,為單位質(zhì)量流體的能量損失,J/kg。
We為單位質(zhì)量流體的外加能量,J/kg。上兩式習慣上也稱它們?yōu)椴匠淌?。(三)實際流體機械能衡算式的討論1、伯努利方程適用于液體和壓力變化不大的氣體。2、當無機械能損失且且無外功時,該方程變?yōu)槔硐肓黧w的機械能衡算式。3、當流體處于靜止狀態(tài)且無外功時,該方程變?yōu)榱黧w靜力學方程式。4、位能、動能、靜壓能是狀態(tài)量;外壓頭及壓頭損失是過程量。5、有效功率:Pe=Weqm,η=Pe/P
(四)伯努利方程的應(yīng)用1、用途(1)求管道中流體的流量;(2)求操作壓力;(3)求輸送設(shè)備的功率。2、基本準則
(1)作圖:根據(jù)題意作出流動系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。
(2)確定衡算范圍(選取截面)選上下兩截面,確定衡算范圍,原則:①未知狀態(tài)量在選取截面上,未知過程量在選取截面間;②流體為定常流動;③兩截面均應(yīng)與流動方向相垂直;④已知量在選取截面上或截面間或可直接/間接得到。(3)確定基準面基準面是用以衡量位能大小的基準。為了簡化計算,通常將所選兩個截面中位置較低的一個作為基準水平面。(4)單位和計量基準要統(tǒng)一
單位最好均采用國際單位制。壓力可以皆用絕壓,也可均用表壓表示。3、例題解析1例1-5
某食品廠有一輸水系統(tǒng),如圖所示,輸水管為φ45×2.5mm鋼管,已知管路摩擦損失∑hf=1.6u2(u為管內(nèi)水的流速),試求水的體積流量。又欲使水的流量增加30%,應(yīng)將水箱面升高多少?例題解析2例1-6某奶粉廠有一段牛奶輸送系統(tǒng),如圖所示,真空蒸發(fā)器中的牛奶(效率為65%)輸送到干燥間的儲罐頂部,輸送管道φ34×2mm,真空蒸發(fā)器內(nèi)真空度為88kPa,儲罐與大氣相通,牛奶的密度為1080kg/m3,質(zhì)量流量為4.5t/m3,整個流動系統(tǒng)(含換熱器)的阻力損失為50J/kg,試計算泵的功率。第三節(jié)流體流動現(xiàn)象一、流體的黏度(一)黏性流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì),是流體內(nèi)在的、抗拒向前流動的性質(zhì)。(二)牛頓黏性定律
1、表達式xu=0yu2、含義流體在流動過程中,流體層間所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比,與法向力無關(guān)。3、牛頓流體與非牛頓流體(1)牛頓型流體:符合牛頓黏性定律,如氣體、水、純流體、大多數(shù)混合液體。
(2)非牛頓型流體:不符合牛頓黏性定律,如高分子溶液、固體含量高的懸浮液。(三)流體的黏度1、動力黏度
單位面積上產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的大小。以μ表示,又稱“黏性系數(shù)”。單位:Pa·s或P、cP1cP=10-2P=10-3Pa·s2、運動黏度單位:m2/s(法定),常用cm2/s,簡寫為St,還有cSt。3、黏度產(chǎn)生的原因分子因熱運動不斷摻混,產(chǎn)生動量交換,使液層間產(chǎn)生相對運動,產(chǎn)生阻滯力。4、黏度的特性(1)黏度僅在流動時表現(xiàn)。(2)對牛頓流體,當液體品種一定時,溫度、壓力一定時,黏度是定值。液體溫度升高,黏度下降;氣體溫度升高,黏度升高。(3)對非牛頓流體,黏度意義不存在,但存在表觀黏度。(四)非牛頓流體1、非牛頓流體的分類按受力時變形的特點不同分為時變性和非時變性非牛頓流體。2、幾種典型的非牛頓流體
(1)剪稀流體(假塑性流體)表觀黏度隨剪切速率的增加而減小。例如:煉乳、蛋黃醬、石楠屬植物的蜂蜜、果醬;
(2)剪稠流體(漲塑性流體)表觀黏度隨剪切速率的增加而增大。例如:大多數(shù)蜂蜜、濃淀粉溶液。
(3)賓哈姆流體剪應(yīng)力超過一定值,流體才可流動,呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)。例如:牙膏(4)塑性流體剪應(yīng)力超過一定值,流體才可流動,呈現(xiàn)剪稀流體性質(zhì)。例如:巧克力漿(5)觸凝性和觸融性流體表觀黏度隨時間的延長而減小或增大。例如:某些油漆。二、流體流動形態(tài)
(一)流體的流動類型
1、雷諾實驗
圖雷諾實驗圖(a)層流圖(b)湍流流速小時,有色流體在管內(nèi)沿軸線方向成一條直線。表明,水的質(zhì)點在管內(nèi)都是沿著與管軸平行的方向作直線運動,各層之間沒有質(zhì)點的遷移。當開大閥門使水流速逐漸增大到某一臨界值時,有色細流便出現(xiàn)抖動而成波浪形細線,并且不規(guī)則地波動;速度再增,細線的波動加劇,整個玻璃管中的水呈現(xiàn)均勻的顏色。顯然,此時流體的流動狀況已發(fā)生了顯著地變化。2、兩種流動類型(1)層流(滯流)當流體在管中流動時,若其質(zhì)點始終沿著與管軸平行的方向作直線運動,質(zhì)點之間沒有遷移,互不混合,整個管的流體就如一層一層的同心圓筒在平行地流動。
典型流體:低速、高黏液體,在多孔介質(zhì)中流動的流體。2、兩種流動類型(2)湍流(紊流)當流體在管道中流動時,流體質(zhì)點除了沿著管道向前流動外,各質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都會發(fā)生變化,質(zhì)點間彼此碰撞并互相混合,這種流動狀態(tài)稱為湍流或紊流。典型流體:低黏液體輸送,傳熱輸送3、雷諾數(shù)雷諾數(shù)是一個數(shù)群,用Re表示,由流體的流速u,管徑d,流體密度ρ,流體的粘度μ四個因素組合而成。
Re
數(shù)是一個量綱一的特征數(shù),表示慣性力和黏滯力的對比。大量實驗表明:Re≤2000,流動類型為層流;Re≥4000,流動類型為湍流;2000<Re<4000,流動類型不穩(wěn)定可能是層流,也可能是湍流,或是兩者交替出現(xiàn),與外界干擾情況有關(guān)。計算Re時,流速u單位取m/s
,管徑d單位取m,流體密度ρ單位取kg/m3,流體的黏度μ單位取Pa·s
(二)流動邊界層1、邊界層定義
在壁面附近存在著較大的速度梯度的流體層。2、邊界層發(fā)展
層流邊界層→過渡層→湍流邊界層3、邊界層分離:
邊界層脫離固體壁面的現(xiàn)象,流體阻力主要集中于此,機械能損失大。例如:橋墩處、轉(zhuǎn)彎處、流動截面突然變大或變小。
圖1-161、流體在圓管中層流時的速度分布
速度分布為拋物線形狀。管中心的流速最大;速度向管壁的方向漸減;靠管壁的流速為零;平均速度為最大速度的一半
(三)流體在圓管內(nèi)的速度分布2、流體在圓管中湍流時的速度分布
湍流速度分布為非嚴格拋物線速度分布有兩個區(qū)域:中心(較平坦);近管壁速度梯度很大;靠管壁的流速為零;平均速度為最大速度的約0.8倍
第四節(jié)
流體流動的阻力流體在管路中的流動阻力可分為直管阻力和局部阻力兩類。直管阻力:又稱沿程阻力。流體流經(jīng)一定直徑的直管時所產(chǎn)生的阻力。局部阻力:流體流經(jīng)管件、閥門及進出口時,由于受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力??偰芰繐p失:為直管阻力與局部阻力所引起能量損失之總和。一、管內(nèi)流體流動的直管阻力(一)產(chǎn)生的原因流體流動時,因流體黏性及質(zhì)點隨機的脈動造成機械能損失。(二)水平等徑直管流動阻力uP1dFFP211‘22‘(三)直管阻力計算式采用范寧公式:1、單位質(zhì)量流體,單位J/kg2、單位重量流體,單位J/N或m(四)摩擦因數(shù)1、層流的摩擦因數(shù)
—摩擦因數(shù),
=64/Re
帶入范寧公式,得哈根—泊素葉方程2、湍流時的摩擦因數(shù)(1)量綱分析法(2)摩擦因數(shù)圖(摩狄)工程上一般采用該經(jīng)驗關(guān)聯(lián)圖獲得。與Re和管壁粗糙度有關(guān)。3、摩擦因數(shù)的討論層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)完全湍流,粗糙管光滑管Re
/d
-關(guān)聯(lián)圖上圖可以分成4個不同區(qū)域。層流區(qū):Re
2000,
=64/Re,與
/d無關(guān)。過渡區(qū):2000<Re<4000,湍流曲線延伸外推湍流區(qū):Re
4000,
與Re和
/d有關(guān)。完全湍流區(qū)(阻力平方區(qū)):
與Re無關(guān),僅與
/d有關(guān)。查表舉例1.Re=103,
=0.06
Re=104,
/d=0.002
=0.034
3.Re=107,
/d=0.002
=0.0234、管壁粗糙度的影響(1)粗糙度的產(chǎn)生①材料與加工精度;
光滑管:玻璃管,銅管等;
粗糙管:鋼管、鑄鐵管等。②使用時間;
絕對粗糙度可查表或相關(guān)手冊。(2)絕對粗糙度與相對粗糙度絕對粗糙度:,管壁粗糙部分的平均高度。相對粗糙度:
/dduε(3)粗糙度對流體流動類型的影響層流運動:
流體運動速度較慢,與管壁碰撞不大,因此阻力、摩擦系數(shù)與
無關(guān),
只與Re有關(guān)。層流時,
在粗糙管的流動與在光滑管的流動相同。湍流運動
管壁的粗糙度對阻力、能量的損失有較大的影響。例題解析例1-9在內(nèi)徑為100mm的無縫鋼管中輸送一種溶液,其流速是1.8m/s,溶液的密度是1100kg/m3,黏度是2.1mPa·s。試求每100m長無縫鋼管的壓力損失。倘若由于管子腐蝕,其絕對粗糙度增至原來的10倍,管內(nèi)壓力損失增大的百分率是多少?三、管內(nèi)流體流動的局部阻力(一)管路系統(tǒng)1、組成:由管、管件、閥門以及輸送機械等組成的。2、作用:將生產(chǎn)設(shè)備連接起來,擔負輸送任務(wù)。
常見管路系統(tǒng)(二)局部阻力的產(chǎn)生流體流經(jīng)管件時,其速度的大小、方向等發(fā)生變化,出現(xiàn)漩渦,內(nèi)摩擦力增大,形成局部阻力。局部阻力以湍流為主,層流很少見,因為層流流體受阻后一般不能保持原有的流動狀態(tài)。常見的局部阻力有:突擴突縮彎頭三通(三)計算方法
為局部阻力系數(shù)。由實驗得出,可查表或圖??傋枇Γ骸苃f=hf+∑hf’=(λl/d+∑ζ)u2/2
1、阻力因數(shù)法例題解析例1-10將5℃的鮮牛奶以5000kg/h的流量從儲奶罐輸送至殺菌器進行殺菌。這條管路系統(tǒng)所用的管子為φ38×1.5mm的不銹鋼管,管子長度為12m,中間有一只搖板式單向閥,三只90°彎頭,試計算管路進口至出口的總阻力。已知鮮奶在5℃的黏度為3mPa·s,密度是1040kg/m3。
le為當量長度。將流體流經(jīng)管件時,所產(chǎn)生的局部阻力折合成相當于流經(jīng)長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力。le由實驗確定,可查表。總阻力:∑hf=hf+∑hf’=λ(l+∑le/d)u2/2
2、當量長度法例題解析例1-11有一段內(nèi)徑40mm的無縫鋼管,管長30m,管段內(nèi)有一全開的截止閥和兩個標準彎頭,管內(nèi)水的流速為1.5m/s,求水流過這段管路的阻力。強調(diào):在計算局部阻力損失時,即可用阻力系數(shù)法,又可用當量長度法,但不能重復(fù)計算。四、流體管內(nèi)流動總阻力計算第五節(jié)管路計算管路計算是:連續(xù)性方程:uρA=常數(shù)伯努利方程:摩擦阻力計算式:的具體應(yīng)用。管路計算問題的情況1、已知流量、管徑d、管長l以及管件和閥門的設(shè)置,求管路系統(tǒng)的能量損失,以進一步確定所需外功、設(shè)備內(nèi)的壓強或設(shè)備間的相對位置。2、已知管長l、管路系統(tǒng)的能量損失Σhf以及管件和閥門的設(shè)置,求管徑d。已知管徑d、管長l、管路系統(tǒng)的能量損失Σhf以及管件和閥門的設(shè)置,求流量或流速u。一、簡單管路1、計算流動阻力題意:一根水平安裝的光滑管,長20m,內(nèi)徑50mm,以0.18m3/min的穩(wěn)定流量輸送水,求延管程的流動阻力和所需功率。已知水的黏度為1mPa·s,密度是1000kg/m3。例題解析2、計算管徑題意:鋼管管路總長20m,水流量27m3/h,輸送過程中允許壓頭損失為4m水柱,求管子直徑。已知水的黏度為1mPa·s,密度是1000kg/m3,鋼管的絕對粗糙度為0.2mm。3、計算流量題意:采用φ108×4m
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