化工原理课件 流动流体 15.ppt

第一章流体流动 1 5 1管路计算类型与基本方法1 5 2简单管路的计算1 5 3复杂管路的计算1 5 4阻力对管内流动的影响 1 5管路计算 1 5 1管路计算的类型与方法 管路计算 设计型 操作型 对于给定的流体输送任务 如一定的流体的体积 流量 选用合理且经济的管路 关键 流速的选择 管路系统已固定 要求核算在某给定条件下的输送能力或某项技术指标 三种计算 1 已知流量和管器尺寸 管件 计算管路系统的阻力损失2 给定流量 管长 所需管件和允许压降 计算管路直径3 已知管道尺寸 管件和允许压强降 求管道中流体的流速或流量 直接计算 d u未知 试差法或迭代法 Re无法求 无法确定 已有公式 管路 简单管路 复杂管路 流体从入口到出口是在一条管路中流动的 没有出现流体的分支或汇合的情况单一管路 管径不变的管路串联管路 不同管径管道连接成的管路循环管路 起点与终点重合的管路 存在流体的分流或合流的管路分支管路 汇合管路 并联管路 1 5 2简单管路的计算 1 单一管路连续性方程 能量衡算式 阻力 当被输送的流体已定 其物性 已定 上面给出的三个方程中已包含有9个变量即需给定6独立变量 才能解出3个未知量 单一管路的设计型计算已知 qm或qv l p2 求 d4个未知量三个方程 需补充条件 结合操作费 维修费用两方面确定最佳流速 某些流体在管道中常用流速范围 例1 5 1钢管总长为100m 200C的水在其中的流率为27m3 h 输送过程中允许摩擦阻力为40J kg 试确定管路的直径 解 本题为简单管路的设计型计算问题 待求量为管径 由于面积未知 即使已知 也无法求 无法计算 不能确定 故须用试差法计算 根据题给条件 有将代入上式并整理 得 计算结果 故计算的管道内径d为0 0788m 实际上市场上没有此规格的管子 必须根据教材附录提供的管子规格选用合适的标准管 选用3号管 验算采用此管时的摩擦阻力是否超过允许值 计算结果说明 摩擦阻力小于允许值40J kg 故所选管合适 单一管路的操作型计算已知 等6个量 求 或已知 等6个量 求 计算的目的不同 命题中须给定的条件亦不同 但是 在各种操作型问题中 有一点是完全一致的 即都给定了6个变量 方程组有唯一解 在第一种命题中 由于未知 未知 无法确定流型 不知道 必须用试差法求解 设初值 求出d u 比较 计与初值 是否接近 修正 2 串联管路a 通过各管段的质量不变 对于不可压缩性流体 b 整个管路的阻力损失等于各管段直管阻力损失之和 3 循环管路的计算任取一截面同时作为上游和下游外加的能量全部用于克服流动阻力 分支 汇合管路的特点 1 单位质量流体在两支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等 且等于分支点处的总机械能 2 主管流量等于两支管流量之和 1 5 3复杂管路的计算 1 分支 汇合管路 例 12 的水在本题附图所示的管路系统中流动 已知左侧支管的直径为 70 2mm 直管长度及管件 阀门的当量长度之和为42m 右侧支管的直径为 76 2mm直管长度及管件 阀门的当量长度之和为84m 连接两支管的三通及管路出口的局部阻力可以忽略不计 a b两槽的水面维持恒定 且两水面间的垂直距离为2 6m 若总流量为55m3 h 试求流往两槽的水量 解 设a b两槽的水面分别为截面1 1 与2 2 分叉处的截面为0 0 分别在0 0 与1 1 间 0 0 与2 2 间列柏努利方程式 表明 单位质量流体在两支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等 且等于分支点处的总机械能 若以截面2 2 为基准水平面 代入式 a 由连续性方程 主管流量等于两支管流量之和 即 c 代入 b 式 由c式得 d e两个方程式中 有四个未知数 必须要有 a ua b ub的关系才能解出四个未知数 而湍流时 u的关系通常又以曲线表示 故要借助试差法求解 取管壁的绝对粗糙度为0 2mm 水的密度1000kg m3 查附录得粘度1 263mPa s最后试差结果为 2 3 2 5 133500 0 003 0 0271 1 55 96120 0 0028 0 0274 1 45 假设值偏高 2 106800 0 003 0 0275 2 07 120600 0 0028 0 027 2 19 假设值偏低 2 1 112100 0 003 0 0273 1 99 115900 0 0028 0 0271 2 07 假设值可以接受 并联管路的特点 1 并联管路中各支管的能量损失相等 2 主管中的流量等于各支管流量之和 3 并联管路中各支管的流量关系为 2 并联管路 例 如本题附图所示的并联管路中 支管1是直径2 的普通钢管 长度为30m 支管2是直径为3 的普通钢管 长度为50m 总管路中水的流量为60m3 h 试求水在两支管中的流量 各支管的长度均包括局部阻力的当量长度 且取两支管的 相等 解 在A B两截面间列柏努利方程式 即 对于支管1 对于支管2 由连续性方程 主管中的流量等于各支管流量之和 对于支管1 对于支管2 由附录17查出2英寸和3英寸钢管的内径分别为0 053m及0 0805m 1 5 4阻力对管内流动的影响 1 简单管路内阻力对管内流动的影响 阀门由全开转为半开 试讨论各流动参数的变化 2020 1 27 3 同理 由于管路流速小 导致B处到截面2 2 的阻力损失下降 而截面2 2 处的机械能不变 B点的静压强将下降 一般性结论 1 任何局部阻力的增大将使管内各处的流速下降 2 下游的阻力增大将导致上游的静压强的上升 3 上游的阻力增大将使下游的静压强下降 2 分支管路中阻力对管内流动的影响 某一支路阀门由全开转为半开 试讨论各流动参数的变化 2 O点处静压强的上升将使总流速u0下降 1 阀门A关小 阻力系数 A增大 支管中的流速u2将出现下降趋势 O点处的静压强将上升 3 O点处静压强的上升使另一支管流速u3出现上升趋势 忽略动压头 总之 分支管路中的阀门关小 其结果是阀门所在支管的流量减小 另一支管的流量增大 而总流量则呈现下降趋势 注意两种极端情况 1 总管阻力可以忽略 支管阻力为主任一支管情况的改变不致影响其他支管的流量如 城市供水 煤气管线2 总管阻力为主 支管阻力可以忽略总管中的流量不因支管情况而变 支管的启闭仅改变各支管间的流量的分配 3 汇合管路中阻力对管内流动的影响 阀门由全开转为半开 试讨论各流动参数的变化 阀门关小 总管流量下降 O点静压强升高 u1 u2降低 例3 水从高位槽A流向低位槽B 管路为 108 4mm钢管 管长150m 管路上有1个90 弯头 一个标准阀 全开 两槽液面维持恒定 高差为12m 试问水温20 时 此管路的输水量为若