化工原理課件2

1、J/kg,m,Pa,范寧公式 計(jì)算流體流動(dòng)阻力的一般公式,流體流動(dòng)阻力計(jì)算,摩擦系數(shù),摩擦因子變化規(guī)律分析 粗糙度對(duì)λ的影響： 層流時(shí)：繞過(guò)突出物，對(duì)λ無(wú)影響。 湍流時(shí)： ◆ 當(dāng)Re較小時(shí)，層流底層厚，形體阻力小，突出物對(duì)λ的 影響小；（摩擦阻力和形體阻力都不可忽略） ◆ 當(dāng)高度湍流時(shí)，層流底層薄，突出物充分暴露，形成 較大的形體阻力，突出物對(duì)λ的影響大。

2、 （形體阻力為主導(dǎo)，摩擦阻力可忽略）,流動(dòng)阻力,工程上根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到公式、圖表,最常用——莫狄（Moody）摩擦系數(shù)圖。,根據(jù)實(shí)驗(yàn)，得到莫狄（Moody）摩擦系數(shù)圖。,光滑管,摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的關(guān)系 層流區(qū) Re ≤2000 過(guò)渡區(qū) 2000＜Re≤4000,（阻力平方區(qū)）,不完全湍流區(qū),完全湍流區(qū),湍流區(qū) Re＞4000,層流時(shí)的摩擦系數(shù),—— Hangen-Poiseuille方程,

3、阻力與u線形關(guān)系,非圓直管中流動(dòng)阻力,幾種常見(jiàn)非圓管的當(dāng)量直徑 1）矩形流道,,,,,,a,,,,b,矩形流道,,,,D,,d,環(huán)形流道,2）環(huán)形流道,（4） 局部阻力,流體流經(jīng)管件、閥門(mén)、測(cè)量接口、管進(jìn)出口段的阻力,產(chǎn)生原因：形體阻力+摩擦阻力,計(jì)算方法,1）當(dāng)量長(zhǎng)度法,2）局部阻力系數(shù)法,式中 ： le —— 當(dāng)量長(zhǎng)度,le及?的獲得：實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)有關(guān)資料。,式中 ： ?----局部阻力系數(shù),1）當(dāng)量長(zhǎng)度法,2）局部阻力系數(shù)

4、法,突然縮小,特例：突然擴(kuò)大,① 等徑管總阻力計(jì)算,（3）系統(tǒng)的總阻力 系統(tǒng)總阻力=系統(tǒng)各直管阻力+局部阻力,② 變徑管總阻力計(jì)算,變徑管d、u、λ不同，需分段計(jì)算阻力例：,已知：管長(zhǎng)l1=l2 =l；d1=d2=d,試求：各段壓差與阻力相對(duì)大??？R1與R2相對(duì)大小，為什么？閥門(mén)關(guān)閉時(shí)， R1與R2如何變化？,流阻例題,再U型壓差A(yù)-A計(jì)上建立靜力學(xué)方程：,流阻例題,解： (1) R1與R2相對(duì)大小在1-1與2

5、-2面列方程,流阻例題,解： (1) R1與R2相對(duì)大小在3-3與4-4面列方程,再U型壓差計(jì)B-B上建立靜力學(xué)方程：,所以：R1=R2,各段壓差與阻力相對(duì)大??？閥門(mén)關(guān)閉時(shí)， R1與R2如何變化？,等直徑時(shí)：U壓差計(jì)只能測(cè)量阻力,流阻例題,解： (1) R1與R2相對(duì)大小推論采用U型壓差計(jì)測(cè)的壓差不含截面由于位頭不同引起的變化如果兩截面處管徑相等，測(cè)的壓力變化等于阻力變化。（2）,（3）,變管徑,流體流經(jīng)變徑管：水平放

6、置與垂直放置R有何變化?兩點(diǎn)壓差與阻力相對(duì)大?。扛淖兞鲃?dòng)方向，讀數(shù)有何變化？,流阻例題,用高位槽向用戶(hù)送水，管路中裝有一 U 型壓差計(jì)及壓力表pA、pB，如圖所示，當(dāng)閥門(mén)V關(guān)閉時(shí)，pB讀數(shù)為0.2MPa，壓差計(jì)指示液為汞，ρ=13600kg/m3，管內(nèi)徑為100mm,試求：（1）       pA、R讀數(shù)，水槽高度。（2）    

7、   當(dāng)打開(kāi)閥門(mén)時(shí)，pB讀數(shù)為0.072MPa，若l1=5m，則R=10mmHg，試求pA讀數(shù)，管的流量（λ=0.0204）（3）       管路系統(tǒng)阻力及∑（l+le）,l1,l1,二、解：,（1） PA、R讀數(shù)，水槽高度。,（2）當(dāng)打開(kāi)閥門(mén)時(shí)，pB讀數(shù)為0.072MPa，若l1=5m，則R=10mmHg，試求pA讀數(shù)，管的流量（λ=0.0204）,l

8、1,l1,（2）,（3）,管路系統(tǒng)阻力及∑（l+le）,1.7 管路計(jì)算,管路計(jì)算,解決兩個(gè)問(wèn)題,確定了輸送任務(wù)，沒(méi)有管路，設(shè)計(jì)管路已有管路，核算能力,▲設(shè)計(jì)型計(jì)算 ▲操作型計(jì)算,▲設(shè)計(jì)型計(jì)算 ▲操作型計(jì)算（1）設(shè)計(jì)型計(jì)算 給定的生產(chǎn)任務(wù)：流量、操作條件、現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)管路，選用輸送設(shè)備的規(guī)格，計(jì)算外加功率。 管路設(shè)計(jì)目標(biāo)：保證穩(wěn)定安全生產(chǎn)的前提下，使總費(fèi)用最低。,（2）操作型計(jì)算

9、 已知管路情況和操作條件，核算流量或外加功率是否夠用,已知：,待確定：,已知：,待確定：,1.7.1 簡(jiǎn)單管路特點(diǎn)：無(wú)分支或匯合的管路， 穩(wěn)態(tài)，流速恒定、流量恒定。,簡(jiǎn)單管路系統(tǒng)特性分析：,阻力損失：,質(zhì)量流量：,體積流量：(不可壓縮流體),已知：,簡(jiǎn)單管路設(shè)計(jì)型計(jì)算,選定：,空間位置,選定流速和材料，確定管徑根據(jù)空間位置和工藝要求確定：直管長(zhǎng)度、管件,計(jì)算出：,費(fèi),用,,,,,,,,,,,,,,,,,流速,u,適

10、宜,,,設(shè)備費(fèi)用影響 操作費(fèi)用影響,管路優(yōu)化目標(biāo)：保證輸送任務(wù)，總費(fèi)用最低。,流速對(duì)總費(fèi)用的影響,粘度較大的，u小一點(diǎn)含有固體顆粒， u大一點(diǎn)密度較大， u小一點(diǎn),真空管路， u小一點(diǎn)注意安全速度,簡(jiǎn)單管路操作型計(jì)算,已知管路情況和操作條件，核算流量或外加功率是否夠用,已知：,待確定：,試差法,1.7.2 復(fù)雜管路,(1) 分支管路,機(jī)械能衡算式（a）總管→支管,質(zhì)量流量,（b）各支管間關(guān)系,(3) 并聯(lián)管路

11、 特點(diǎn)：具有分支點(diǎn)和匯合點(diǎn)，是各分支的公共點(diǎn)。,1）質(zhì)量流量,2）總機(jī)械能衡算,問(wèn)題：∑RA-B用一個(gè)分支，還是各分支加和。結(jié)論：并聯(lián)管路，各支路阻力相等。并聯(lián)段，只能計(jì)入一個(gè)支路的阻力損失。,并聯(lián)管路特點(diǎn)：,3）流量分配 問(wèn)題：各支管，流量是否相同 ，,阻力 ：,流量：,● 以機(jī)械能衡算方程為基礎(chǔ)的測(cè)定方法，應(yīng)用公式：,1.8 流速和流量測(cè)定,● 流

12、體的速度和流量測(cè)定是一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)；● 測(cè)量用的方法和流量計(jì)的種類(lèi)很多。,1.8.1 測(cè)速管（畢托管 Pitot ） (1) 結(jié)構(gòu) 同心套管、壓差計(jì) 。,,,,,,,,,A,B,,,u,外管：開(kāi)口平行于流向 pB內(nèi)管：開(kāi)口垂直于流向 pA,,,,,,,,,A,B,,,u,B點(diǎn)處?kù)o壓與A截面上游靜壓一致B點(diǎn)處流速與A截面上游流速一致A處動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換為靜壓能，無(wú)損失,u,CP：校正系數(shù)

13、，一般取0.98～1.00 (實(shí)測(cè)) (3) 使用方法,1) 測(cè)量點(diǎn)速度 問(wèn)題：如何測(cè)平均流速、流量、速度分布 平均流速：放于管中心處，測(cè)出 umax， 層流： 湍流：,a）管口截面： 嚴(yán)格垂直于流體的流動(dòng)方向；,b）測(cè)量點(diǎn)選擇： 在穩(wěn)定流動(dòng)段（直管段）， 且前后直管

14、各50d , 至少 8 ~ 12 d；,c）畢托管直徑： 外徑不超過(guò)管徑的1/50；,d）測(cè)量氣體時(shí)： 壓力變化不超過(guò)15%； 要求氣體流速 > 5 m/s；,e）壓差較小時(shí)： 可配合微差壓差計(jì)使用。,3) 適用條件,2) 安裝,大直徑管路較多用于氣體流體含固體雜質(zhì)時(shí)不宜采用,4）畢托管的優(yōu)點(diǎn)：◇　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；◇　使用方便；◇　流體的機(jī)械能損失很少

15、。5）畢托管的局限性：◇　測(cè)速管較多地用于測(cè)量氣體流場(chǎng)中某點(diǎn)的速度；◇　測(cè)壓孔易堵塞。,1.8.2 孔板流量計(jì)1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),,,,壓差計(jì)兩種取壓方式： 縮脈取壓：孔板前1d 孔板后0.5d處。 角接取壓：孔板前后，并盡量靠近孔板。 工業(yè)上，常用角接取壓。,特點(diǎn)：節(jié)流式流量計(jì) (恒截面，變壓差),孔板：測(cè)量元件； 縮脈：孔板后1/3～2/3 d 處。,(2) 測(cè)量原理在上

16、圖所示的1-1、0-0面間列機(jī)械能衡算方程：,若不考慮阻力損失，有：,或,考慮阻力損失，則有：,又,— 流量系數(shù)或孔流系數(shù),式中：,,,,,,,R,,,,1,2,1,0,0,2,d1S1u1,d0S0u0,d2S2u2,,,,,,,(3) 安裝要求 1) 穩(wěn)定段長(zhǎng)度：上游15~40 d，下游5 d處； 2) 不宜安裝在要求阻力很小處(如泵入口)。(4) 主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，制造、使用方便，性

17、能穩(wěn)定可靠,造價(jià)低, 使用壽命長(zhǎng)；,缺點(diǎn):　　(1)測(cè)量精度普遍偏低;　　(2)范圍度窄;　　(3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高;　　(4)壓損大,約占流量計(jì)全部用量的1/4~1/3,1.8.3 文丘里流量計(jì)(1) 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 1) 結(jié)構(gòu),2) 特點(diǎn) 節(jié)流式流量計(jì) (恒截面，變壓差),(2) 測(cè)量原理 列1-1及2-2面間的機(jī)械能方程式：,(3) 安裝要求

18、 穩(wěn)定段長(zhǎng)度：上游50 d，下游10 d。 (4) 主要優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：永久阻力損失小(實(shí)測(cè)壓差Δp1-3的10%)； 缺點(diǎn)：造價(jià)較高，本身尺寸較長(zhǎng)。,1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì) (1) 結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1）結(jié)構(gòu) 錐形體（錐角約40）； 轉(zhuǎn)子（密度大于流體密度）。,2) 特點(diǎn)： 變截面，恒壓差。,列1-1及2-2間的機(jī)械能衡算

19、方程：,(2) 測(cè)量原理 原理：轉(zhuǎn)子在流體中受力平衡 對(duì)控制體(含轉(zhuǎn)子的圓柱體)作力衡算：,與流量無(wú)關(guān),考慮阻力影響,恒流速，變截面,(5) 使用 1) 用于清潔或腐蝕性流體測(cè)量； 2) 玻璃管不耐高溫、高壓，易碎； 3) 開(kāi)啟時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)流量閥。,必須垂直安裝（只能測(cè)垂直管中流量）；,(4) 安裝,(6) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),玻璃錐管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便；缺點(diǎn)是耐壓力低,有玻璃管易碎的

20、較大風(fēng)險(xiǎn)；適用于小管徑和低流速；壓力損失較低；阻力損失小，測(cè)量范圍寬；流量計(jì)前后不需穩(wěn)定管段。,流量計(jì),差壓式流量計(jì)容積式流量計(jì)浮子流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)插入式流量計(jì),差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓,差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成,容積式流量計(jì), 精度高,橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、

21、往復(fù)活塞流量計(jì)、圓盤(pán)流量計(jì)、液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)、濕式氣量計(jì)及膜式氣量計(jì),渦輪流量計(jì)：速度式流量計(jì),它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。,電磁流量計(jì)：根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表?！　‰姶帕髁坑?jì)有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問(wèn)題,如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。,超聲流量計(jì)：通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束的作用以測(cè)量流量。,科里奧利質(zhì)量流量計(jì)：利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí),產(chǎn)生與

22、質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的。,流量計(jì)發(fā)展到今天雖然已日趨成熟,但其種類(lèi)仍然極其繁多,至今尚無(wú)一種對(duì)于任何場(chǎng)合都適用的流量計(jì)。每種流量計(jì)都有其適用范圍,也都有局限性。,減少儀表測(cè)量誤差引起的損失,重視經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)代則普遍為（0.5%～1%）R，,降低運(yùn)行費(fèi)用無(wú)壓損或低壓損儀表特別是大管徑水量輸送，采用無(wú)壓損的電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)1m管徑文丘利管差壓流量計(jì)一年泵送能耗費(fèi)足夠購(gòu)置一臺(tái)中等價(jià)格的電磁流量計(jì)。,發(fā)展方向,,

23、,,,,,,,,1,p1,p2,3,0,qV2,2,閥門(mén)A由全開(kāi)變半開(kāi)，,,,,,,,,,,,,p3,qV3,p0,qV0,A,B,c）流量分配 與各支管的阻力有關(guān)，并相互影響， 應(yīng)用連續(xù)性方程計(jì)算。,,,,,,,,,,1,p1,p2,3,0,qV2,2,,,,,,,,,,,,p3,qV3,p0,qV0,A,B,,10m,d1=25mm,d2=10mm,總管：l=50m,支管很短，除閥門(mén)外阻力不計(jì),10個(gè)支管，全開(kāi)時(shí)

24、,求：總流量,,總流量,,,,,,,,,,1,p1,p2,3,0,qV2,2,,,,,,,,,,,,p3,qV3,p0,qV0,A,B,,10m,d1=25mm,d2=10mm,總管：l=50m,支管很短，除閥門(mén)外阻力不計(jì),20個(gè)支管，全開(kāi)時(shí),求：總流量,總管阻力：支管阻力=10.4：1,當(dāng)總管阻力為主導(dǎo)，總管流量不隨支管而變。（供水管路）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,當(dāng)支管阻力為主導(dǎo)，情況會(huì)如何？,任何支管閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，只影響

25、本身流量，不影響其他支路的流量,匯合管路,,,,,求：改變閥門(mén)開(kāi)度，流量、壓力如何變化？,,,,,,,,,A,B,pa,pa,pa,C,D,由高位槽向水槽B供水，閥門(mén)1，2，3全開(kāi)；現(xiàn)關(guān)小1開(kāi)度，則各管流量如何變化？,Δz =∑hf,CF段阻力恒定,假設(shè)Q1不變，1管路阻力增大，Q2 Q3必相應(yīng)增大，CD EF 段阻力不變,CF段阻力增加,假設(shè)錯(cuò)誤,Q1必定減小,精品課件！,精品課件！,Q減少，pD升高， pE降低， ED管路阻力