化工原理第一章-3

第五节管路计算1已有公式：管路简单管路复杂管路管路计算目的设计型计算操作型计算2一、设计型计算给定输送任务，要求设计经济上合理的管路。典型的设计型命题如下：1、设计要求：规定输送量V，确定最经济的管径d及须由供液点提供的势能p1/ρ。2、给定条件：(1)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e及Σζ；(3)需液点的势能p1/ρ。设计人员必须再补充条件才能满足方程式的求解3分析:V一定u↑，d↓u↓，d↑设备费↑设备费↓操作费用↑p1/ρ↑对于工艺管线车间内部的管路一般根据经验流速套用即可，p33表1-44最合理的管径或流速的选择应进行经济核算费用管径总费用设备费动力费适宜管径使每年的操作费用与按使用年限的设备折旧费之和为最小长距离大流量的输送管路5“西气东输”工程67按照国际经验，每规划380公里管线，就要建一个加压站，整个管线4000公里将建12个加压站，以始终保持84千克的管道压力。管径1016mm89输油管线

——“安大”、“安纳”、“泰纳”10安大与安纳之争11泰纳线12二、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能力或某项技术指标，这类问题的命题如下：1、给定条件：d，l，Σζ，e，p1，p2；计算目的：输送量V2、给定条件：d，l，Σζ，e，p2，V；计算目的：所需的p1。连续性方程试差法方程组有唯一解柏努利方程阻力损失计算式13§1-20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串联管路，无分支与汇合特点：①、w1=w2=w3通过各截面的流量不变V1=V2=V3

(ρ=const.)②、常见的问题：1、已知d，l+∑le，Vs→he，N；2、已知he→Vs；d14类似p33例1-11Φ57×3.5Φ89×4如图所示，用泵将20℃的苯从地面以下的贮罐送到高位槽，流量为300l/min。输送管出口比贮罐液面高10m。泵吸入管用Φ89×4mm无缝钢管，直管长度为15m，并有一个底阀（可大致按摇板式止逆阀求其当量长度），一个90o弯头；泵排出管用Φ57×3.5mm无缝钢管，直管长50m，并有一个闸阀、一个标准阀、3个90o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70%。解：如图取截面，以1截面为基准水平面，在1-2间列BE【补例11】15Φ57×3.5Φ89×4式中：p1=p2=0（表压），u1=u2=0he=10+∑hf

BE可简化为管路要分两段计算（1）Φ89×4mm吸入管的损失hf1：d1=89-2×4=81mm=0.081m

l1=15m，e=0.2mm管件、阀门的当量长度（查表1-2）摇板式止逆阀0.081×100=8.1

90o弯头0.081×35=2.8∑le=10.9m

16流速速度头20℃苯的物性，ρ=879kg/m3，μ=0.74cP=0.00074Pa•s∴查图1-27，λ1=0.02717三通2个0.05×50×2=5.0（2）Φ57×3.5mm吸入管的损失hf2：d2=57-2×3.5=70mm=0.07m

l2=50m，e=0.2mm管件、阀门的当量长度闸阀（全开）

0.05×9=0.45

90o弯头3个0.05×35×3=5.25∑le=25.70m

标准阀（全开）

0.05×300=15.018e/d2=0.2/50=0.004，查图1-27，λ2=0.029（3）全管路所需的压头和泵的功率：所需总压头质量流率有效功率泵轴功率1930m5mp34例1-12已知：l=1600m，ρ海水=1.04。z1=5m，e=2mm，20℃水温,要使Vs=6m3/s，选用多粗的管子？分析：u=?Vs=6m3/sλ=?试差法d=?BE，Wf20【补例12】如本题附图所示，水从水塔引至车间，管路为φ114×4mm的钢管，共长150m（包括管件及阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于排水口12m，问水温为12℃时，此管路的输水量为若干m3/h。解：以塔内水面为上游截面1，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BE即：式中Z1=12m

Z2=0

u1≈0

u2=u

p1=p2

21将以上各值代入BE，整理得出管内水的流速为：而设λ=0.024，代入得：从附录查得12℃时水的粘度为1.236×10-3Pa·s，于是22查出的λ值与所设λ值基本相符。输水量为：23分支或汇合管路§1-21复杂管路有分支或汇合的管路并联管路V1V2V3241、并联管路目的：减少管线压强降，降低泵的能量消耗。特点：①m=m1+m2+m3；ρ=const；V=V1+V2+V3；②③长而细的支管通过的流量小，短而粗的支管则流量大并联管路V1V2V325注意：计算并联管路的阻力时只需考虑其中任一管段的阻力即可，绝不能将并联的各管段阻力全部加和作为并联管路的阻力。由此可见，并联管路在不另加能量的前提下能适当增大流体输送量。(最为经济便利的增大流量的方法，但有限)。26【补例13】用内径为300mm的钢质管子输送20℃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计的支管的装置，如图所示，在2m长的一段主管路上并联了一根总长为10m（包括分支直管及局部阻力的当量长度）的Φ60mm*3.5mm的支管。支管上转子流量计读数为3m3×h-1，试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0.02和0.03。解：支管流速u2为：27由于并联管路中主管阻力hf1等于支管阻力hf2

将λ1=0.02，λ2=0.03，l1=2m，l2+le=10m，d1=0.3m，d2=0.053m，u2=0.378m/s代入上式得：282、分支与汇合管路特点：①

②

既是说，可对分支点与支管出口分别作能量衡算29分馏塔吸收解吸塔37m5mp4=0.5kgf/cm2表压p3=12kgf/cm2①②③④⑤30m6400kgf/h10800kgf/h例1-15已知：40oC粗汽油（d=0.71），V1=10800kg/h，V2=6400kg/h，Σhf1-3=2m,Σhf3-4=6m，Σhf3-5=5m，η=60%，u2/2g=0，其它数据见图。求：N分析：离心泵提供的总压头在③处应保证将液体压到④和⑤保证能将液体压到所需压头大的支路30分馏塔吸收解吸塔37m5mp4=0.5kgf/cm2表压p3=12kgf/cm2①②③④⑤30m6400kgf/h10800kgf/h解：粗汽油ρ=710kg/m3截面④的总压头截面⑤的总压头保证从③压到④并达到规定流量，③处的总压头为31必须保证③处的总压头为保证从③压到⑤并达到规定流量，③处的总压头为在①至③间列BE32第六节流量测量33§1-22变压头的流量计一、测速管（皮托（Pitot）管）1、结构2、原理A点处——冲压头：B点两管压力差为：

ρu2/2,3435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。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，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1/50。2.测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，(必须保证测量点位于均匀流段)一般测量点的上、下游最好各有50d以上的直管段作为稳定段。3.测速管管口截面要严格垂直于流动方向测速管的优点：结构简单、阻力小、使用方便，尤其适用于测量气体管道内的流速。缺点：36二、孔板流量计角接法取压口在法兰上；两种取压方式：径接法上游取压口在距孔板1倍管径处，下游取压口在距孔板1/2倍管径处。37暂不计摩擦损失，1、2之间有：影响两测压点间的压力差的因素：孔板结构、流速测量原理38A0/A1、雷诺数Re1=du1/、取压位置、孔口的形状、加工精度。需由实验确定。影响孔流系数C0的因素：39流量计所测范围最好落在这一区域内40[测量范围]：孔板流量计不适合测量流量范围太宽的场合计算流量CO

试差法假设Co（0.6～0.7）→u1

→Re1→C`o→比较C`o、Co→是Vs

↓否←重新假设←←←↑↑41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，上游长度至少应为(15~40)d1，下游为5d1缺点：机械能损失（称之为永久损失）大当d0/d1=0.2时，永久损失约为测得压差的90%，常用的d0/d1=0.5情形下，永久损失也有75%。优点：构造简单，制造和安装都很方便42三、文丘里流量计收缩段锥角通常取1525，扩大段锥角要取得小些，一般为57缺点：加工比孔板复杂，因而造价高，且安装时需占去一定管长位置优点：其永久损失小，故尤其适用于低压气体的输送。43

u0

11

u122升力浮力重力§1-23变截面的流量计转子流量计——变截面，恒压头结构测量原理微锥形玻璃管，锥角约为4左右转子（或称浮子）直径略小于玻璃管内径转子密度须大