张希恒老师阀门流体力学学习教案

1、会计学1张希恒老师阀门张希恒老师阀门(f mn)流体力学流体力学第一页，共37页。1 1、阀门的流体、阀门的流体(lit)(lit)计算原理计算原理2 2、闭路、闭路(b l)(b l)阀的压力损失阀的压力损失第1页/共37页第二页，共37页。1 1、阀门的流体计算原理、阀门的流体计算原理 水平水平(shupng)(shupng)管道内的总压头耗费管道内的总压头耗费 fhTVHHHHH式中：H-总压头（m）； -消耗在速度上的压头损失（m）； -克服管道摩擦(mc)的压头损失（m）； -克服管道转弯、管接头、异径管等处的压力损失； -克服阀门局部阻力的压头损失（m）；VHTHhHfH第2页/共

2、37页第三页，共37页。流动有两种状态 层流：压头损失与管路中液体的平均流速(li s)成比例，当 时，产生紊流。 DReKReDReKRe第3页/共37页第四页，共37页。圆形截面(jimin)管道 Re =1000DD动力粘度(zhn d)与运动粘度(zhn d)关系 1020000第4页/共37页第五页，共37页。阀门(f mn)的压头损失 2= v+BvfHA 介质的流动(lidng)呈紊流状态： 2= vtHB 实际(shj)压差： x=1.62.4 x= vtHB第5页/共37页第六页，共37页。流速(li s) NvAqv0036. 0密度(md) NmAqv6 . 3cTcKR

3、TKp01. 0式中：T在给定条件下，气体的理论密度（g/mm3），或； Kc压缩系数，考虑实际密度与理论密度（按理想气体计算）间的误差，几种气体的Kc值按图3-1图3-10选取(xunq)； T热力学温度（K），T=273+t； R气体常数（kgm/kgK），R=848/M； M相对分子质量； p绝对压力（MPa）。第6页/共37页第七页，共37页。压头与压力关系 水： 其他(qt)液体：100Hp 100Hp 100Hp管道(gundo)压力fhTVppppp第7页/共37页第八页，共37页。消耗在速度(sd)上的压力损失： 1022gvpV克服管道(gundo)摩擦的压力损失 ： 克服管

4、道转弯(zhun wn)、连接件、弯管及异径管等阻力的压力损失 ： 克服闭路阀或调节阀局部阻力的压力损失 ： 1022gvDLfpT1022gvphh2f102fvpg第8页/共37页第九页，共37页。102102)1 (22gvgvDLfpfh 由此可见，在已知总压头的情况下，管道内介质的流速及流经管道的介质流量，将根据管道和安装在管道上的阀门的阻力而有所不同。 在管道阀门系统内，当总压头恒定时，阀门阻力的变化会改变介质的流量，而流量的改变却改变不了压头损失的总和，当重新(chngxn)进行稳定流速时，压头损失的总和仍旧不变。f值对流速变化的影响取决于管道系统的总阻力。第9页/共37页第十页

5、，共37页。阀门(f mn)压差1022gvpff考虑到介质的可压缩性对压头损失的影响，对于气态介质，引入系数；考虑到粘性介质对压力降p的影响，对于气态介质，引入系数p。阀门(f mn)压差通用公式1022gvpp第10页/共37页第十一页，共37页。流阻系数 已知开启(kiq)截面积AS（mm2）及阀门在给定开启(kiq)高度AS/AN下的总流量系数KV 2)(SVNAKA 已知许用通过(tnggu)能力KV 2)0504. 0(VNKA第11页/共37页第十二页，共37页。2 2、闭路、闭路(b l)(b l)阀的压力损失阀的压力损失 不可压缩的液体介质不可压缩的液体介质 1022gp可压

6、缩的液体(yt)介质 121102pgp 值取决于气体的膨胀(png zhng)比，也取决于压力比值 111121ppppppp第12页/共37页第十三页，共37页。不同压差下可压缩的液体介质(jizh)压力降 第一压力降的第范围： 9 . 012pp11 . 0pp 第二(d r)压力降的第范围： 第三(d sn)压力降的第范围： 210.50.9pp110.50.1ppp 5 . 012pp15 . 0pp 第13页/共37页第十四页，共37页。第一(dy)压力降的第范围： 11 . 0pp 2max110.1102Pg最大流速(li s)： 11111max444. 0100020pgp

7、流速小于最大流速，按不可压缩流体(lit)计算： max第14页/共37页第十五页，共37页。第二压力降的第范围： 气体流过阀瓣后的膨胀现象对气体的流动影响(yngxing)较大 110.50.1ppp 临界压力 比达到(d do)最大，流速最大； 喷嘴(pnzu)临界压力比21=pZp2Z=)11kkk第15页/共37页第十六页，共37页。空气(kngq)和双原子气体（氧、氢、氮、一氧化、一氧化氮、氯化氢） k=1.4。，Z=0.53 绝热指数与压力(yl)比过热(u r)蒸汽及三原子气体，k=1.3，Z=0.55 从孔板（带锐边的孔）流出时，对于空气Z值为0.04（从喷嘴流出时Z=0.52

8、8），对于过热蒸汽Z值为0.13（从喷嘴流出时Z=0.546）。第16页/共37页第十七页，共37页。阀门(f mn)压力比 带空心(kng xn)窗形阀瓣调节阀的Z值应近似于经孔板流出的值。 对柱塞形阀瓣调节阀的Z值（当调节阀的开度很小时）则应近似于从喷嘴流出的Z值。 空气安全阀采用Z=0.30.4。 闭路阀，气体的等熵指数k=1.21.6。 节流阀，柱形阀瓣调节阀中，当阀门开度大时，临界压力比接近于理论值，即Z=0.5。 第17页/共37页第十八页，共37页。第二范围(fnwi)阀门压力降10221gp理想气体(l xin q t)形成的流速的伯努利方程 22112212121212ppk

9、kHHkgkg气体(qt)从喷嘴流出时，21HH 1=0122212P=112pkkkkg第18页/共37页第十九页，共37页。出口(ch ku)流速2211212ppkkg21211121100120pppkkg多变过程(guchng)12kk12=ppkkppkkg1121121100120第19页/共37页第二十页，共37页。流量(liling)计算11226 . 36 . 3NcmAAqkpp12112212211111112003.63.61kkkmCNqAppkgpAAkpp第20页/共37页第二十一页，共37页。压缩系数1122NcAA22cNAA1221122111kkkppk

10、pppkpp根据(gnj)阿洛诺维奇的数据：2111 0.46pp第21页/共37页第二十二页，共37页。k=1.4 压差(y ch)计算 71. 11248. 1121215 . 3ppppppp688. 01012171. 11243. 1121ppppp21ppp第22页/共37页第二十三页，共37页。临界(ln ji)流速851. 01012177. 11254. 1121ppppp21pppk=1.3RTL38. 3R=29.27，t=20 临界(ln ji)流速C=313/Lm s第23页/共37页第二十四页，共37页。压力降还未超出第 范围时，管内介质(jizh)的最大流速 21

11、=pZp21pZP1211LLpppPZ210.5pZp10.5pP max2.11max16.84100p由 第24页/共37页第二十五页，共37页。第二范围的流速(li s)特点 max1max第25页/共37页第二十六页，共37页。第三压力降的范围： 在阀座孔的开启截面内气体的流速不会高于流速，阀前压力的增加不会引起阀座孔狭窄截面处流速的增高，而且管道(gundo)内介质流速趋向稳定，相当于在阻力系数和给定气体状态下局部阻力所造成的临界压力比。15 . 0pp 流速(li s)特点 1max=第26页/共37页第二十七页，共37页。压力降分析综述： 流束的转弯和流体流线变化所引起的阻力，

12、能使 和 值有某些变化。但是对于实际应用来说，对于阀门的一般计算，上述(shngsh) 和 的计算式是完全适用的 maxmaxmaxmax第27页/共37页第二十八页，共37页。当 值很小时， 和 的值很大，以致可以超过声速。当气体和蒸汽(zhn q)从圆筒形喷嘴流出时，其流速比可能超过声速，实际上，在管道中采用的介质流速一般都比声速低若干倍。所求得的和值还不是实际流速，而至在相应的压头范围内的极限流速，因此，求得的 和 数据如果超过声速。 maxmaxmaxmax第28页/共37页第二十九页，共37页。 所求得不是实际流速，而至在相应的压头范围内的极限流速，因此，求得的 和 数据如果超过声速

13、。而至在相应的压头范围内的极限流速，因此，求得的 和 数据如果超过声速，只说明在实际条件下，阀门的压力降不很大（ ），可以不考虑气体或蒸汽膨胀的影响(yngxing)，按非压缩性介质公式进行计算。 maxmaxmaxmax11 . 0 pp 第29页/共37页第三十页，共37页。压力降计算步骤 1）按已知介质(jizh)的流量，计算流速 1(/ )v m s113.6VNqvA 2）计算极限(jxin)流速 和 max(/ )vm smax(/ )vm smaxmax(/ )=1.5(/ )vm svm smax1p1(/ )=0.444vm s第30页/共37页第三十一页，共37页。 3）将

14、 值与 和 值相比较(bjio)，确定 压力范围 maxv1vmaxv21pp 4）确定(qudng)闭路阀的压力降 如果(rgu) ，则 即 1maxvv210.9pp10.1pp 21102vpg 第31页/共37页第三十二页，共37页。 如果(rgu) ，则 即 max1maxvvv210.530.9pp 110.10.5ppp K=1.41.431.7122211111100.688ppvpppK=1.3 1.541.7722211111100.851ppvppp 如果(rgu) ，则1maxvv1maxvv10.5Lpp第32页/共37页第三十三页，共37页。说明(shumng) 指数 的公式准确地反映出理想气体的绝热过程(ju r u chn)，且符合下式范围内的实际气体特性：PVCC:0.5LLPTPT 实际气体，在临界的高温高压下，在绝热膨胀公