化工原理第一章_3

1、LogoDepartment of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke第五节第五节 管路计算管路计算2 feWpugzWpugz 22221211222211AuAu 2222udludllWef 已有公式：已有公式：管路管路简单管路简单管路复杂管路复杂管路管路计算目的管路计算目的设计型计算设计型计算操作型计算操作型计算3一、设计型计算一、设计型计算 给定输送任务，要求设计给定输送任务，要求设计经济经济上上合理合理的管路。的管路。典型的设计型命题如下：典型的设计型命题如下：1、设计要求：规定输送量、设计要求：规定输送量V

2、，确定最经济的管径，确定最经济的管径d及须由供液点提供的势能及须由供液点提供的势能p1/。2、给定条件：、给定条件：(1)供液与需液点间的距离。即管长供液与需液点间的距离。即管长l；(2)管道材料及管件配置，即管道材料及管件配置，即e及及；(3)需液点的势能需液点的势能p1/。设计人员必须再补充条件才能满足方程式的求解设计人员必须再补充条件才能满足方程式的求解4分析分析:V一定一定ud1 u，du，d设备费设备费设备费设备费操作费用操作费用p1/对于工艺管线对于工艺管线车间内部的管路车间内部的管路一般根据经验流速套用即可，一般根据经验流速套用即可，p33 表表1-45 最合理的管径或最合理的管

3、径或流速的选择应进行流速的选择应进行经济核算经济核算费用费用管径管径总费用总费用设备费设备费动力费动力费适宜管径适宜管径 使每年的操作费用使每年的操作费用与按使用年限的设备与按使用年限的设备折旧费之和为折旧费之和为最小最小长距离大流量的输送管路长距离大流量的输送管路 6“西气东输西气东输” 工程工程78 按照国际经验，每规划按照国际经验，每规划380公里公里管线，就要建一个加压站，整个管线，就要建一个加压站，整个管线管线4000公里将建公里将建12个加压站，个加压站，以始终保持以始终保持84千克的管道压力。千克的管道压力。 管径管径1016mm 910输油管线 “安大” 、“安纳”、“泰纳”1

4、1安大与安纳之争安大与安纳之争12泰纳线13二、操作型计算二、操作型计算 管路已定，要求核算在某给定条件下管路的输送管路已定，要求核算在某给定条件下管路的输送能力或某项技术指标，这类问题的命题如下：能力或某项技术指标，这类问题的命题如下： 1、给定条件：、给定条件：d，l，e，p1，p2；计算目的：输送量计算目的：输送量V2、给定条件：、给定条件：d，l， ，e，p2，V；计算目的：所需的计算目的：所需的p1。连续性方程连续性方程试差法试差法方程组有唯一解方程组有唯一解柏努利方程柏努利方程阻力损失计算式阻力损失计算式141-20 简单管路简单管路 简单管路通常指直径相同的管路或不同直径组成的简

5、单管路通常指直径相同的管路或不同直径组成的串联管路，无分支与汇合串联管路，无分支与汇合 特点：特点： 、w1=w2=w3通过各截面的流量不变通过各截面的流量不变V1=V2=V3 (=const.) 432141fffffhhhhh、 常见的问题：常见的问题： 1、已知、已知d，l+le，Vshe，N；2、已知、已知heVs；d15类似类似p33例例1-11573.5894如图所示，用泵将如图所示，用泵将20的苯从地面以下的贮罐送到高位槽，的苯从地面以下的贮罐送到高位槽，流量为流量为300l/min。输送管出口比贮罐液面高。输送管出口比贮罐液面高10m。泵吸入管用。泵吸入管用894mm无缝钢管，

6、直管长度为无缝钢管，直管长度为15m， 并有一个底阀（可并有一个底阀（可大致按摇板式止逆阀求其当量长度），一个大致按摇板式止逆阀求其当量长度），一个90o弯头；泵排出弯头；泵排出管用管用573.5mm无缝钢管，直管长无缝钢管，直管长50m，并有一个闸阀、一，并有一个闸阀、一个标准阀、个标准阀、3个个90o弯头和两个三通。阀门都按全开考虑。试弯头和两个三通。阀门都按全开考虑。试求泵的轴功率，设泵的效率为求泵的轴功率，设泵的效率为70%。 解：如图取截面，以解：如图取截面，以1截面为截面为基准水平面，在基准水平面，在1-2间列间列BEfehgpguZh 22【补例【补例1111】16573.589

7、4 式中：式中：p1= p2= 0（表压），（表压），u1=u2=0 he=10+hf BE可简化为可简化为 管路要分两段计算管路要分两段计算 （1）894mm吸入管吸入管的损失的损失hf1： d1 =89-24=81mm=0.081m l1 =15m， e=0.2mm管件、阀门的当量长度（查表管件、阀门的当量长度（查表1-2） 摇板式止逆阀摇板式止逆阀 0.081100=8.1 90o弯头弯头 0.08135=2.8le =10.9m 17流速 smu/97. 04081. 060100030021 速度头 mgu048. 081. 9297. 02221 20苯的物性，=879kg/m3，

8、=0.74cP=0.00074Pas 9300000074. 087997. 0081. 0Re111 ud查图1-27，1=0.027 mgudllheif44. 0048. 0081. 09 .1015027. 05 . 0221111 18 三通三通2个个 0.05502=5.0（2）573.5mm吸入管吸入管的损失的损失hf2： d2 =57-23.5=70mm=0.07m l2 =50m， e=0.2mm管件、阀门的当量长度管件、阀门的当量长度闸阀（全开）闸阀（全开） 0.059=0.45 90o弯头弯头 3个个 0.05353=5.25le =25.70m 标准阀（全开）标准阀（全

9、开） 0.05300=15.0 smu/55. 2508197. 021 mgu33. 081. 9255. 22221 19 087955. 205. 0Re222 ude/d2=0.2/50=0.004，查图1-27，2=0.029 mgudllheof8 .1433. 005. 07 .2550029. 01222222 （3）全管路所需的压头和泵的功率：）全管路所需的压头和泵的功率： 所需总压头所需总压头 mhhzhffe24.258 .1444. 01021 质量流率质量流率skgms/395. 4601000879300 有效功率有效功率泵轴功率泵轴功率k

10、WsJghmwmNesese088. 1/108881. 924.25395. 4 kWNNe55. 17 . 0088. 1 2030m5mp34 p34 例例1-121-12已知：已知：l=1600m， 海水海水=1.04。z1=5m，e=2mm，20水温水温, ,要使要使Vs=6m3/s，选用多粗的，选用多粗的管子？管子？分析：分析：u=?Vs=6m3/s=?试差法试差法d=?BE，Wf21【补例【补例12】如本题附图所示，水从如本题附图所示，水从水塔引至车间，管路为水塔引至车间，管路为114 4mm的的钢管，共长钢管，共长150m（包括管件及阀门（包括管件及阀门的当量长度，但不包括进、

11、出口损的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高失）。水塔内水面维持恒定，并高于排水口于排水口12m，问水温为，问水温为12时，此时，此管路的输水量为若干管路的输水量为若干m3/h。解：以塔内水面为上游截面解：以塔内水面为上游截面1，排水管出口内测为下游截面，排水管出口内测为下游截面2，并通过排水管出口中心作基准水平面。在两截面间并通过排水管出口中心作基准水平面。在两截面间BE 即：即： fWpugzpugz 2222121122式中式中Z1=12m Z2=0 u10 u2=u p1=p2 25 . 0106. 0150222uudllWef 22将以上各值代入将以上各值代入

12、BE，整理得出管内水，整理得出管内水的流速为：的流速为：5 . 114154 .2355 . 1106. 01501281. 92 u而而 设设=0.024，代入得：，代入得： 从附录查得从附录查得12时水的粘度为时水的粘度为1.236 10-3Pas，于是，于是 udf Re,smu/58. 25 . 1024. 014154 .235 53102 . 210236. 1100058. 2106. 0Re du23查出的查出的值与所设值与所设值基本相符。值基本相符。输水量为：输水量为： hmudVh/96.8158. 2106. 04360043600322 24分支或汇合管路分支或汇合管路

13、1-21 复杂管路复杂管路有分支或汇合的管路有分支或汇合的管路并联管路并联管路V1V2V325222233332222221111udludludl 1、并联管路、并联管路 目的：减少管线压强降，目的：减少管线压强降，降低泵的能量消耗。降低泵的能量消耗。 特点：特点： m=m1+m2+m3； =const；V=V1+V2+V3； 321ffffhhhhBA 321fBoAofBoAofBoAohHHhHHhHH335322521151321:ldldldVVV 并联管路并联管路V1V2V326注意注意：计算并联管路的阻力时只需考虑计算并联管路的阻力时只需考虑其中任一管段其中任一管段的的阻力阻力

14、即可，绝不能将并联的各管段阻力全部加和作即可，绝不能将并联的各管段阻力全部加和作为并联管路的阻力。为并联管路的阻力。由此可见，并联管路在不另加能量的前提下能适当由此可见，并联管路在不另加能量的前提下能适当增大流体输送量。增大流体输送量。( (最为经济便利的增大流量的方法，最为经济便利的增大流量的方法，但有限但有限) )。27【补例【补例13】用内径为】用内径为300mm的钢质管的钢质管子输送子输送20的水。为了测量管内水的的水。为了测量管内水的流量，采用主管旁边并联安装一转子流量，采用主管旁边并联安装一转子流量计的支管的装置，如图所示，在流量计的支管的装置，如图所示，在2m长的一段主管路上并联

15、了一根总长长的一段主管路上并联了一根总长为为10m（包括分支直管及局部阻力的当（包括分支直管及局部阻力的当量长度）的量长度）的60mm*3.5mm的支管。的支管。支管上转子流量计读数为支管上转子流量计读数为3m3 h-1，试，试求水在总管中的流量。假设主管与支求水在总管中的流量。假设主管与支管的摩擦阻力系数分别为管的摩擦阻力系数分别为0.02和和0.03。解：支管流速解：支管流速u2为：为： smu/378. 0053. 043600322 28由于并联管路中主管阻力由于并联管路中主管阻力hf1等于支管阻力等于支管阻力hf2 gudllhgudlheff22222222111111 将将1=0

16、.02，2=0.03，l1=2m，l2+le=10m，d1=0.3m，d2=0.053m，u2=0.378m/s代入上式得：代入上式得：221)378. 0(053. 01003. 03 . 0202. 0 usmu/46. 21 hmudV/626360046. 2)3 . 0(785. 04321211 hmVVVo/6293626321 292、分支与汇合管路、分支与汇合管路 特点：特点： CBAoVVVV . EDCBAoVVVVVV CBAfCCCfBBBfAAAoooOhgugpzhgugpzhgugpzgugpzH 22222222 既是说，可对分支点与支管出口分别作能量衡算既是

17、说，可对分支点与支管出口分别作能量衡算 30分馏塔分馏塔吸收解吸塔吸收解吸塔37m5mp4=0.5kgf/cm2表压表压p3=12kgf/cm230m6400kgf/h10800kgf/h例例1-15已知：已知：40oC粗汽油（粗汽油（d=0.71），），V1=10800kg/h，V2=6400kg/h，hf 1-3=2m, hf 3-4=6m， hf 3-5=5m，=60%，u2/2g=0，其它数，其它数据见图。据见图。求：求：N分析：分析：离心泵提供的总压头在离心泵提供的总压头在处应保证将液体压到处应保证将液体压到 和和保证能将液体压到所需保证能将液体压到所需压头大的支路压头大的支路31分

18、馏塔分馏塔吸收解吸塔吸收解吸塔37m5mp4=0.5kgf/cm2表压表压p3=12kgf/cm230m6400kgf/h10800kgf/h解：粗汽油解：粗汽油=710kg/m3截面截面的总压头的总压头mgpzh2 .442 . 73781. 97101050373444 截面截面 的总压头的总压头mgpzh3 .2023 .1723081. 9710102 . 1306555 mhhhf2 .5062 .444343 保证从保证从压到压到 并达到规定流量，并达到规定流量， 处的总压头为处的总压头为32必须保证必须保证处的总压头为处的总压头为保证从保证从压到压到 并达到规定流量，并达到规定流

19、量， 处的总压头为处的总压头为 mhhhf3 .20753 .2025353 mh3 .2073 在在至至间列间列BE 31312112 fhhhegpguz 23 .2072 . 705 hemhe1 .197 kgJgheWe/193481. 91 .197 skgms78. 4 kWmWeNse24. 9 kWN4 .156 . 024. 9 LogoDepartment of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke第六节 流量测量34 u A R igRu21-22 变压头的流量计变压头的流量计一、测速管（皮托（一、

20、测速管（皮托（Pitot）管）管）1、结构、结构 2、原理、原理 A点处点处冲压头：冲压头：gpguhA 22B点点 gphB 两管压力差为：两管压力差为： u2/2, gRui 2235 0.9 0.8uumax 0.7 0.6 0.5 102 103 104 105 106 107 Remax= umaxd/ Re=ud/测 umax平均速度流量36 u A R 不能直接测出平均速度，不能直接测出平均速度，且压差计读数小，常须放大才能读得准确。且压差计读数小，常须放大才能读得准确。测压小孔易堵塞，故不适用于测量含有固体粒子的液体测压小孔易堵塞，故不适用于测量含有固体粒子的液体 4.测气体时

21、，测气体时， igRui2 测速管加工及使用注意事项测速管加工及使用注意事项1.测速管的尺寸不可过大，一般测速管直径不应超过管道直径的测速管的尺寸不可过大，一般测速管直径不应超过管道直径的1/50。2.测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，(必须保证测必须保证测量点位于均匀流段量点位于均匀流段)一般测量点的上、下游最好各有一般测量点的上、下游最好各有50d以上的直管以上的直管段作为稳定段。段作为稳定段。3.测速管管口截面要严格垂直于流动方向测速管管口截面要严格垂直于流动方向测速管的测速管的优点优点：结构简单、阻力小、使用方便，结构简单、阻力

22、小、使用方便，尤其适用于测量气体管道内的流速。尤其适用于测量气体管道内的流速。缺点：缺点：37结结构构 p1 p2 1 2 R 孔板流量计孔板流量计二、孔板流量计二、孔板流量计角接法角接法 取压口在法兰上；取压口在法兰上；两种取压方式：两种取压方式： 径接法径接法 上游取压口在距孔板上游取压口在距孔板1 1倍管倍管径处，下游取压口在距孔板径处，下游取压口在距孔板1/21/2倍管径处。倍管径处。38 p1 p2 1 2 0 R 孔板流量计孔板流量计22222211upup )(002211孔孔口口uAuAuA 212122002111ppAAAu 21212000211ppAACAuD 用 A0

23、代替 A2，再考虑到机械能损失暂不计摩擦损失，暂不计摩擦损失，1、2之间有：之间有：影响两测压点间的压力差的因素：影响两测压点间的压力差的因素：孔板结构、流速孔板结构、流速测量原理测量原理39 210212100221ppCppAACuD 孔流系数 20gRC 20000gRACAuVs A0/A1、雷诺数、雷诺数Re1=du1 / 、取压位置、孔口的形状、加、取压位置、孔口的形状、加工精度。工精度。 需由实验确定。需由实验确定。影响孔流系数影响孔流系数C0的因素：的因素：40 1010,ReAAmmfC 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0

24、0.72 A1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 104 105 106 Re1 孔流系数C0与Re1及m (A0/A1)的关系 流量计所测范围最流量计所测范围最好落在这一区域内好落在这一区域内 41测量范围测量范围：孔板流量计不适合测量流量范围太宽的场合：孔板流量计不适合测量流量范围太宽的场合 )(2 gRACVoos计算流量计算流量 CO )(Re,1AAfCoo 试差法试差法 假设假设Co（0.60.7） u1 Re1 Co 比较比较Co、Co 是是 Vs 否否 重新假设重新假设 428 .0220 uhf使用注意事项使用注意事项 安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上游长度至少应为游长度至少应为(1540)d1，下游为，下游为5d1缺点：缺点： 机械能损失（称之为永久损失）大机械能损失（称之为永久损失）大 当当d0/d1=0.2时，永久损失约为测得压差的时，永久损失约为测得压差的90%， 常用的常用的d0/d1=0.5情形下，永久损失也有情形下，永久损失也有75%。优点：优点： 构造简单，制造和安装都很方便构造简单，制造和安装都很方便