流体流动例题PPT课件

.,1,例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m，密度,，水层高度h2=0.6m，,1）判断下列两关系是否成立PAPA，PBPB。2）计算玻璃管内水的高度h。,密度为,.,2,解：（1）判断题给两关系是否成立A，A在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上,因B，B虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液体，即截面B-B不是等压面，故,（2）计算水在玻璃管内的高度h,PA和PA又分别可用流体静力学方程表示,设大气压为Pa,.,3,.,4,1）用普通压差计，以苯为指示液，其读数R为多少？,例：用三种压差计测量气体的微小压差,2）用倾斜U型管压差计，=30，指示液为苯，其读数R为多少？3）若用微差压差计，加入苯和水两种指示液，此时读数R为多少？R为R的多少倍？,已知：苯密度,水密度,计算时可忽略气体密度的影响。,.,5,2）倾斜U型管压差计,3）微差压差计,故：,解：1）普通管U型管压差计,.,6,例1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。,解：过液封管口作基准水平面o-o，在其上取1，2两点。,.,7,例2：真空蒸发器操作中产生的水蒸气，往往送入本题附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器的上方与真空泵相通，不时将器内的不凝气体（空气）抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，致使设备内真空度降低，因此，气压管必须插入液封槽中，水即在管内上升一定高度h，这种措施称为液封。若真空表读数为80104Pa，试求气压管内水上升的高度h。,解：设气压管内水面上方的绝对压强为P，作用于液封槽内水面的压强为大气压强Pa，根据流体静力学基本方程式知：,.,8,.,9,体积流量:2.55103m3/s,求水在各段管内的速度,.,10,(1)确定流体的流量例：20的空气在直径为800mm的水平管流过，现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示，文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉径处接一细管，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计，当U管压差计读数R=25mm，h=0.5m时，试求此时空气的流量为多少m3/h?当地大气压为101.33103Pa。,.,11,.,12,解：取测压处及喉颈分别为截面1-1和截面2-2截面1-1处压强：,截面2-2处压强为：,流经截面1-1与2-2的压强变化为：,.,13,在截面1-1和2-2之间列机械能衡算式。以管道中心线作基准水平面。由于两截面无外功加入，We=0。能量损失可忽略不计Wf=0。机械能衡算式可写为：,式中：Z1=Z2=0P1=3335Pa（表压），P2=-4905Pa（表压）,.,14,化简得：,由连续性方程有：,.,15,联立(a)、(b)两式,.,16,(2)确定容器间的相对位置例：如本题附图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽中的液面维持恒定，塔内表压强为9.81103Pa，进料量为5m3/h，连接管直径为382.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg(不包括出口的能量损失)，试求高位槽内液面应比塔内的进料口高出多少？,.,17,分析：,解：取高位槽液面为截面1-1，连接管出口内侧为截面2-2,并以截面2-2的中心线为基准水平面，在两截面间列机械能衡算式,液面、出口两截面,u、p已知,求Z,机械能衡算式,.,18,式中：Z2=0；Z1=?P1=0(表压)；P2=9.81103Pa(表压）,由连续性方程,A1A2,We=0，,u1P4，而P4P5P6，这是由于流体在管内流动时，位能和静压能相互转换的结果。,.,29,(5)流向的判断在453mm的管路上装一文丘里管，文丘里管上游接一压强表，其读数为137.5kPa，管内水的流速u1=1.3m/s，文丘里管的喉径为10mm，文丘里管喉部一内径为15mm的玻璃管，玻璃管下端插入水池中，池内水面到管中心线的垂直距离为3m，若将水视为理想流体，试判断池中水能否被吸入管中？若能吸入，再求每小时吸入的水量为多少m3/h？,.,30,解：在管路上选1-1和2-2截面，并取3-3截面为基准水平面设支管中水为静止状态。在1-1截面和2-2截面间列机械能衡算式：,.,31,式中：,.,32,2-2截面的总机械能为（注意无动能）,3-3截面的总机械能为,3-3截面的总势能大于2-2截面的总机械能，水能被吸入管路中。,求每小时从池中吸入的水量,机械能衡算式,在池面与玻璃管出口内侧间列柏努利方程式：,.,33,式中：,代入机械能衡算式中：,.,34,例：20C的水在内径为50mm的管内流动，流速为2m/s，试分别用SI制和物理制计算Re数的数值。解：1）用SI制计算：从附录五查得20C时，=998.2kg/m3，=1.005mPa.s，,.,35,管径d=0.05m，流速u=2m/s，,2）用物理单位制计算：,.,36,例：分别计算下列情况下，流体流过763mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。,（1）密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s；（2）20的水，流速为2.2m/s。,解:(1)油品：,流动为层流,摩擦系数可从Moody磨擦系数图查取,也可以用下式计算:,.,37,（2）20水的物性：,Pas,流动为湍流,求摩擦系数尚需知道相对粗糙度/d,查表1-1，取钢管的绝对粗糙度为0.2mm，,根据Re=1.53105及/d0.00286查图1-25，得0.027,.,38,要使Vs=4m3/h,Z=?,.,39,2000,层流,=64/Re,沿程阻力:,局部阻力:,查各管件的值,即可求得.,取内侧:局部阻力有突外缩小,900弯头,阀门，出口截面有动能；取外侧:局部阻力有突外缩小,900弯头,阀门,忽然扩大，出口动能为零.,.,40,2-2面取管出口外侧:,2-2面取管出口内侧:,所以两种取法的结果相同,.,41,例：用泵把20的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用894mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵的轴功率。设泵的效率为70%。,.,42,.,43,分析：,求泵的轴功率,机械能衡算式,管径不同,范宁公式,l、d已知,摩擦因数图,.,44,解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。,式中：,.,45,式中,管件、阀门的当量长度为：底阀(按旋转式止回阀全开时计）6.3m标准弯头2.7m,进口阻力系数=0.5,（1）吸入管路上的能量损失,.,46,苯的密度为880kg/m3，粘度为6.510-4Pas,取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037，查得=0.029,.,47,（2）排出管路上的能量损失wf,b,式中:,管件、阀门的当量长度分别为：全开的闸阀0.33m全开的截止阀17m三个标准弯头1.63=4.8m,出口阻力系数=1,.,48,仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006，查得=0.0313,.,49,（3）管路系统的总能量损失:,苯的质量流量为：,泵的有效功率为：,泵的轴功率为：,.,50,例：一管路总长为70m，要求输水量30m3/h，输送过程的允许压头损失为4.5m水柱，求管径。已知水的密度为1000kg/m3，粘度为1.010-3Pas，钢管的绝对粗糙度为0.2mm。,分析：,求d,求u,试差法,u、d、未知,.,51,设初值,求出d、u,比较计与初值是否接近,修正,注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需试差，可直接解析求解。,.,52,解：根据已知条件,u、d、均未知，用试差法，值的变化范围较小，以为试差变量假设=0.025,.,53,解得：d=0.074m，u=1.933m/s,查图得：,与初设值不同，用此值重新计算,解得：,.,54,查图得：,与初设值相同。计算结果为：,按管道产品的规格，可以选用3英寸管，尺寸为88.54mm内径为80.5mm。此管可满足要求，且压头损失不会超过4.5mH2O。,.,55,例：估计空气体积流量?,以测压孔所在的截面与管出口(外侧)之间列机械能衡算,按不可压缩流体处理,相等,u1=u,p已知,由理想气体状态方程求,u2=0,d,l已知,四个弯头:41=40.75,2=1(突然扩大),未知数:u,?,迭代法:u,u=u1,.,56,1600m,=1040kg/m3,至少要用多粗的管子才能保证排放量为6m3.s-1?,=2mm,管路上安装闸阀,取水池液面和以管口外侧为1-1、2-2截面，海平面为基准:,管入口(突然缩小):1=0.5闸阀(全开):2=0.17管出口(突然扩大):3=1.0,.,57,设一个值,然后代入上式进行计算得d值.,5m,0,0,-30m,0,gz2,1+2+3,1600,迭代法,.,58,d值,计算值与设定值比较,相差较小,所求,设定值,.,59,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。,.,60,查得2英寸和3英寸钢管的内径分别为0.053m及0.0805m,.,61,例：如本题附图所示，用泵输送密度为710kg/m3的油品，从贮槽输送到泵出口以后，分成两支：一支送到A塔顶部，最大流量为10800kg/h，塔内表压强为98.07104Pa，另一支送到B塔中部，最大流量为6400kg/h，塔内表压强为118104Pa。贮槽C内液面维持恒定，液面上方的表压强为49103Pa。现已估算出当管路上阀门全开，且流量达到规定的最大值时，油品流经各段管路的能量损失是：由截面1-1至2-2(三通上游）为20J/kg；由截面2-2至3-3（管出口内侧)为60J/kg；由截面2-2至4-4（管出口内侧）为50J/kg。油品在管内流动时的动能很小，可以忽略。各截面离地面的垂直距离见本题附图。已知泵的效率为60%，求新情况下泵的轴功率。,.,62,.,63,分析：,求轴功率,柏努利方程,1-1至2-2,解：在截面1-1与2-2间列柏努利方程，并以地面为基准水平面,式中：,.,64,设E为任一截面三项机械能之和，即总机械能，则2-2截面的总机械能为：,将以上数值代入柏努利方程式，并简化得：泵1kg油品应提供的有效能量为：,(a),.,65,求We,已知E2,2-2到3-3,2-2到4-4,选Max,仍以地面为基准水平面，各截面的压强均以表压计，且忽略动能，则截面3-3的总机械能为：,截面4-4的总机械能为：,.,66,保证油品自截面2-2送到截面3-3，分支处所需的总机械能为,保证油品自截面2-2送到截面4-4，分支处所需的总机械能为,将E2值代入式(a),通过泵的质量流量为：,.,67,泵的有效功率为：,泵的轴功率为：,当输送设备运转正常时，油品从截面2-2到4-4的流量正好达到6400kg/h的要求，但是油品从截面2-2到3-3的流量在阀门全开时便大于10800kg/h的要求。所以，操作时可把左侧支管的调节阀关小到某一程度，以提高这一支管的能量损失，到使流量降到所要求的数值。,.,68,阀门F开度减小,阀门局部阻力系数,Wf,A-B,流量,流速u,（2）在1-A之间，由于流速uWf,1-ApA；,（3）在B-2之间，由于流速uWf,B-2pB。,(1),例:如图所示液面恒定的高位槽内液体沿等径管输送至某一车间。现将阀门开度减小，试分析以下各流动参数的变化：Vs、PA、PB,.,69,结论：（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量下降；（2）下游阻力的增大使上游压力上升；（3）上游阻力的增大使下游压力下降。可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。,.,70,例：将支路上的阀门关小，考察各参数将如何变化？,（1）总管和各支管的流量分析,k1关小,支路及wfAB增大,支路的流量减小,总阻力损失wf12一定,wf1A,wfB2减小,总管流量VS减小,EtA=Et1-wf1A增大EtB=Et2+wfB2减小,EtA-EtB增大,VS2，VS3增大,.,71,（2）压力表读数的变化分析,EtA增大位能不变动能减小,压力能增大，PA增大,wfB2减小,B与2-2间机械能衡算,PB减小,结论：并联管中任一支管阻力系数