化工原理第一章6.ppt

就读大学时，你应当掌握七项学习，包括自修之道、基础知识、实践贯通、培养兴趣、积极主动、掌控时间、为人处世。经过大学四年，你会从思考中确立自我，从学习中寻求真理，从独立中体验自主，从计划中把握时间，从表达中锻炼口才，从交友中品味成熟，从实践中赢得价值，从兴趣中获取快乐，从追求中获得力量。 离开大学时，只要做到了这些，你最大的收获将是“对什么都可以拥有的自信和渴望”。你就能成为一个有潜力、有思想、有价值、有前途的中国未来的主人翁。 李开复 现任创新工场董事长兼首席执行官 曾任Google全球副总裁兼中国区总裁 微软公司全球副总裁 微软亚洲研究院首任院长,你认识问题的深度,你的时间,你修正自己的能力,教育家B.F.Skinner说：“当我们将学过的东西忘得一干二净，最后剩下来的东西就是教育的本质了。”所谓“剩下来的东西”，其实就是自学的能力，也就是举一反三或无师自通的能力。在大学期间，学习专业知识固然重要，但更重要的还是要学习思考的方法，培养举一反三的能力，只有这样，大学毕业生才能适应瞬息万变的未来世界。 自学能力必须在大学期间开始培养。大学生不应该只会跟在老师的身后亦步亦趋，而应当主动走在老师的前面。最好的学习方法是在老师讲课之前就把课本中的相关问题琢磨清楚，然后在课堂上对照老师的讲解弥补自己在理解和认识上的不足之处。,课堂练习,用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流量为原流量( )倍，假定液面高度、管长、局部阻力及摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项可忽略。 某设备上，真空表的读数为80mmHg，其绝压( )Pa，该地区大气压强为720mmHg。 常温下水密度为1000kg/m3，黏度1cP，在100mm管内3m/s速度运动，流动类型为( )。 20的水通过10m长，内径100mm的水平钢管，流量10m3/h，摩擦系数0.02，阻力降P( )。 无论层流湍流，在管道任意截面上流体质点的速度沿管径而变，管壁处速度为( )，到管中心速度( )。层流时，圆管截面的平均速度为最大速度度的( )。,4/58,1.6 管路计算 1.6.1 简单管路 习题 1.6.2 复杂管路 习题 1.6.3 可压缩流体的管路计算（自学）,第一章 流体流动,5/58,1.6 管路计算,已有公式：,机械能衡算方程可以告诉我们,水塔高度（设计） 输送机械功率（设计） 流量（操作）,7/58,简单管路：没有分支或汇合的单一管路，包括：等径管路、变径管路、循环管路。,1.6.1 简单管路-没有分支和汇合,8/58,1.6.1 简单管路-没有分支和汇合,若 d 相同，各管段内的 u 相等。,9/58,流量qV一般由生产任务决定。,流速选择：,10/58,11/58,管路设计,主要涉及管子的选择、管径的确定和管件的选择等。,1。管子的选择 原则：根据介质和压力确定管子的材质。 规格：AB A表示管子外径，B表示管子壁厚，单位为mm,2。管径的确定 原则：根据流体的性质和流速u确定管径。,3。管件的确定 原则：管件尽可能少，宜少弯曲，尽量省去不必要的阀门。一般不作突然扩大和缩小，而采用渐变管连接。管的进、出口也可制作成喇叭形。,12/58,（1）已知z 、p、he、u和d 计算管路长度l （2）已知z 、p、he、u和 l 计算管子内径d,试差法计算过程（如已知l 和u计算d ）： 假设 的初值（0.020.03间） 根据机械能衡算式求hf 根据 求d 根据 求Re 根据 求新的 值 循环计算直到满足计算精度,命题：,13/58,用泵将地面敞开贮槽中的溶液送到10m高的容器中，容器内表压为0.05MPa，如图所示。经选定，泵的吸入管路为57mm3.5mm的钢管，管长为6m，管路中有一个止逆阀，一个90弯头。压出管路为48mm4mm的钢管，管长为25m，其中有一个全开闸阀，10个90弯头。溶液的密度为900kg/m3，粘度为1.5mPas。当流体的流量为4.510-3 m3/s时，外界必需向流体补加的压头。,问题：摩擦系数不知,例1 泵送液所需的机械能,14/58,解：在1-1截面和2-2截面作机械能衡算式 gz1p1/ hegz2p2/ hf 已知： 1u2，z1，z210，p，p20.05106Pa 则 hegz2p2/hf 9.81100.05106/900hf 153.66hf,15/58,吸入管路中的流速： 入 2.29m/s Re1 6.87104 取管壁粗糙度为0.2mm，/d0.004，查图得10.03 吸入管路的局部阻力系数 10.7510+0.511.25（90弯头0.75 ，止逆阀10 ）,16/58,压出管路中的流速 出 3.58m/s Re2 8.59104 取管壁粗糙度为0.2mm，/d0.005，查图得20.03 压出管路的局部阻力系数20.17100.75+18.67,17/58,则阻力损失为 hf 214.65 J/kg He he/g =（154hf）/g（153.66214.65）/ 9.81 37.5 m,18/58,19/58,操作型计算问题 给定条件：d、l、p2、z2、z1或p1、qV； 计算目的：p1或z1 或 给定条件：d、l、 p1、z1、p2、z2； 计算目的：输送量qV 试差,20/58,计算方法,为了求qV，必需先求流速u，而流速不知，则Re不知，摩擦系数不知，所以问题变成怎么样求摩擦系数的问题。 而摩擦系数、Re、流速u之间存在一个复杂的非线性关系，解上述方程需试差法。 如果要计算进口的压强或高度，则比较简单。,21/58,试 差 法,22/58,例2. 高度的计算,如图所示，有一粘度为1.7cP、密度为765kg/m3的液体，由一高位槽经直径1144mm的钢管流入一密闭容器中，密闭容器的表压为1.6105Pa，流体在管内的流速为1.0m/s。如果两槽液面保持不变，且知阀门的当量长度为管内径的50倍，管子的相对粗糙度为0.002。 求：两液面的垂直距离,23/58,解 ：从1至2面列机械能衡算式,p1=0，p2=1.6105Pa（表压） =765kg/m3，He=0 u1=u2=0,欲求（z1z2），只需求出Hf 即可,查摩擦系数图可得=0.027,24/58,25/58,例3. 流速的计算,如图所示，有一粘度为1.7cP、密度为765kg/m3的液体，由一高位槽经直径1144mm的钢管流入一密闭容器中，密闭容器的表压为1.6105Pa，两槽液面的垂直距离为30m。如果两槽液面保持不变，且知阀门的当量长度为管内径的50倍，管子的相对粗糙度为0.002。 求：管路中输水量的大小,26/58,解：由机械能衡算式,-方程（1）,假设 =0.02，代入方程（1）可得,u = 2.107(m/s),查摩擦系数图可得=0.025,27/58,再以=0.025带入方程（1）可得,u = 1.892(m/s),查摩擦系数图可得=0.0254，与=0.025基本相等。 最终流速 u = 1.892m/s,28/58,解：1-1面和2-2面（出口截面外侧）间有：,29/58,30/58,1.6.2 复杂管路-有分支和汇合,思考：并联管路的控制体如何选取？机械能衡算方程如何列？,31/58,1.6.2 复杂管路-有分支和汇合,32/58,1.6.2 复杂管路-有分支和汇合,33/58,证明一：,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？ (1)总管流量qv、支管1、2、3的流量qv1、qv2、qv3； (2)压力表读数pA、pB。,例5 复杂管路的操作型问题分析,34/58,35/58,证明二：（1）k1关小，则qv1 减小。 假设qv不变,假设qv变大,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？ (1)总管流量qv、支管1、2、3的流量qv1、qv2、qv3； (2)压力表读数pA、pB。,36/58,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？ (1)总管流量qv、支管1、2、3的流量qv1、qv2、qv3； (2)压力表读数pA、pB。,37/58,38/58,39/58,2在右图所示的输水系统中，阀A、B和C全开时，各管路的流速分别为uA、uB和uC，现将B阀部分关小，则各管路流速的变化应为_。 A uA不变，uB变小，uC变小 B uA变大，uB变小，uC不变 C uA变大，uB变小，uC变小 D uA变小，uB变小，uC变小,40/58,复杂管路计算的注意事项: 在设计计算分支管路所需的能量时，为了保证将流体输送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的那支管路计算。通常是由最远的支管开始，由远及近，依次进行各支管的计算。如在按已知的流量和管路计算出的能量不等时，应取能量最大的为依据。这样确定的能量对需要能量较小的支路而言太大，此时可通过该支路上的阀门进行调节，让多余的能量消耗在阀门上。 在计算管路的总阻力时，如果管路上有并联管段存在，则总阻力损失应为主管部分与并联部分的阻力损失和。在计算并联管段的阻力时，只需考虑其中任一管段的阻力即可，绝不能将并联的各段阻力全部加在一起作为并联管段的阻力。,优化问题,41/58,例6 复杂管路的设计型问题举例,如图所示，某厂计划建一水塔，将20水分别送至第一、第二车间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的吸收塔内压力为20kPa（表压）。总管为573.5mm的钢管，管长为（30+z0）m，通向两吸收塔的支管均为252.5mm的钢管，管长分别为28m和15m（以上各管长均已包括所有局部阻力的当量长度在内）。喷嘴的阻力损失可以忽略。钢管的绝对粗糙度可取为=0.2mm。现要求向第一车间的吸收塔供应1800kg/h的水，向第二车间的吸收塔供应2400kg/h的水，试确定水塔离地面至少多高才行？ 已知20C水的黏度 Pas，可用下式计算：,42/58,573.5mm,（30+z0）,252.5mm,28m,15m,20kPa(表),1800kg/h,2400kg/h,43/58,解：这是分支管路设计型问题，可沿两分支管路分别计算所 需的z0，从中选取较大者。 总管：,44/58,通向吸收塔一的支路：,45/58,通向吸收塔二的支路：,46/58,为计算满足吸收塔一的供水量水塔应处的高度，在0-0面和1-1面间列机械能衡算方程：,将有关数据代入得：,解之得：,47/58,再计算为满足吸收塔二的供水量，水塔应处的高度，为此在0-0面和2-2面间列机械能衡算方程：,将有关数据代入得：,解之得：,48/58,为了同时满足第一、二车间的供水要求，应取z0、z0中较大者，即水塔离地面至少13.9m才行。实际操作时，第一车间供水量可通过关小阀门来调节。,49/58,1.6.3 可压缩流体的管路计算（自学）,1.无黏性可压