5.管路计算.ppt

1、1.6 管路计算,一、化工系统中的管路系统,1、分类,简单管路：串联管路,复杂管路：分支管路（有去无回） 并联管路（殊途同归）,1.6 管路计算,2、计算类型与方法,管路计算,设计型： 给定流体流量，选用合适的管路。 关键：确定流速。,操作型： 管路已固定，需要核算输送能力或其它技术指标,1.6 管路计算,计算方法,伯努利方程,连续性方程,阻力计算公式,1.6 管路计算,二、简单管路计算,1、相同管径,Vs、u恒定，直接计算,hf =hf +hf ,2、不同管径,Vs恒定，但流速不同，分段计算,hf =hf1 + hf2+.+hf ,3、阻力对管内流动的影响,1.6 管路计算,阀门F开度减小时

2、：,阀门关小 hf,A-B uVs；,1.6 管路计算,（2）在1-A之间，由于流速u hf,1-A pA ；,（3）在B-2之间，由于流速u hf,B-2 pB 。,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。,1.6 管路计算,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。,1.6 管路计算,三、复杂管路计算,流量相互制约，但仍然遵循物料衡算和能量衡算。,1、并联管路,如果=Const.,V=V1+V2+V3,各支路能损相等,A-B：,1.6 管路计算,支路1：,

3、支路2：,支路3：,1.6 管路计算,阻力计算只考虑任一支路，绝不能相加,1.6 管路计算,流量分配：按照各支路阻力相等的分配原则,V=V1+V2+V3,试差计算,若1=2=3，则可直接计算,1.6 管路计算,支管越长、管径越小、阻力系数越大，流量越小； 反之流量越大。,1.6 管路计算,2、分支管路与汇合管路,1.6 管路计算,1、特点：,（1）主管中的流量为各支路流量之和,V=V1+V2 V2=V3+V4,V=V1+V3+V4,1.6 管路计算,EB=EC+hf,B-C =ED+hf,B-D,ED=EE+hf,D-E =EF+hf,D-F,分支点的机械能=分支终了的机械能+该分支能损,（2

4、）阻力计算：分支点总机械能一定,1.6 管路计算,（3）流量分配原则：机械能关系,EE+hf,D-E EF+hf,D-F,ED,max,EC+hf,B-C ED+hf,B-D,EB,max,EA,max= EB+ hf,AB,1.6 管路计算,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？ (1)总管流量V、支管1、2、3的流量V1、V2、V3； (2)压力表读数pA、pB。,3、阻力对管内流动的影响,1.6 管路计算,解：k1关小，则V1 减小。,假设V不变,EtA、 EtB不变,V2、 V3不变,V变小，故假设不成立,1.6 管路计算,假设V变大,EtA变小、 EtB大变,V2、V

5、3变小,V变小，故假设不成立,V ,1.6 管路计算,V ,EtA变大、 EtB变小,V2、V3变大,EtA变大、 EtB变小,pA变大、 pB 变小,1.6 管路计算,结论：,支路中局部阻力系数，如阀门关小，该支管内流量，总管流量，其余支路流量，阀门上游压力，下游压力。 这个规律具有普遍性。,1.6 管路计算,四、管路计算的任务：d, Vs, We,1、基本类型,已知管径d, 管长l, 流量Vs等，求hf，We,已知d, l, hf 等，求Vs或者流速u,采用试差法求解,已知l, Vs，hf 等，求管径d,1.6 管路计算,例1：并联管路，支管1为573, 长30m，2为894,长50m，总

6、管水量为60 m3/h， 求两支管中的流量，支管长均含局部阻力的当量长度，两管的相等。,解：,代入数据，化简，得：V1=0.406V2,1.6 管路计算,V=V1+V2=60/3600,解得：V1=0.0052m3/s=18.7m3/h V2=0.0115m3/s=41.4m3/h,1.6 管路计算,例2：12水流动管路，左支管702, 计算长度42m，右支管为762,计算长度84m，三通及出口阻力忽略，两槽液面恒定，两槽水面垂直距离2.6m, 总流量55m3/h,求流往两槽的水量,1.6 管路计算,解：取截面0，1，2，分别在0-1，0-2之间列Be：,1.6 管路计算,以2-2为基准面：Z

7、1=2.6m, Z2=0, p1=p2, u1=u2=0,1.6 管路计算,流量：Vs=Vs1+Vs2,化简：ub=3.75-0.84ua,1.6 管路计算,试差：=0.2mm，=1000kg/m3, 查得=1.263mPa.s,结果：ua=2.1 m/s, ub=1.99 m/s Vs1=25.9m3/h,1.6 管路计算,例3：从液面恒定的水塔向车间送水。塔内水面与管路出口间的垂直距离h=12m，输送管内径为50mm，管长l=56m（包括所有局部阻力的当量长度），现因故车间用水量需要增加50%，欲对原管路进行改造，提出三种方案： （1）将原管路换成内径为75mm的管子； （2）与原管路并行

8、添设一根内径25mm的管子（其包括所有局部阻力当量长度的总管长56m) （3）在原管路上并联一段管长28m（含局部阻力当量长度）、内径50mm的管子。 试计算原管路的送水量，并比较三种方案的效果。 假设各种情况下均取0.026,1.6 管路计算,解：并联管路的计算,(1)原管路流量 以水塔内液面为1-1截面，管路出口为2-2截面。两截面间列柏努利方程：,1.6 管路计算,p1=p2=0 (表压), u1=0, u2=u,1.6 管路计算,1.6 管路计算,(1)各种方案的效果,管径变为75mm时流量为原来的2.76倍（净增175.6%）,1.6 管路计算,原来管子流量不变，新增细管流量为：,两

9、根管子的总流量为：,并联25mm管子后，流量净增17.7%。,1.6 管路计算,并联管段每根管中的流量为主流量的1/2，且并联管段每根管子的能量损失相等,例4： 用泵输送密度为710kg/m3的油品，如附图所示，从贮槽经泵出口后分为两路：一路送到A塔顶部，最大流量为10800kg/h，塔内表压强为98.07104Pa。另一路送到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的阀门全开，且流量达到规定的最大值时油品流经各段管路的阻力损失是：由截面1-1至2-2为20J/kg；由截面2-2至3-3为6

10、0J/kg；由截面2-2至4-4为50J/kg。油品在管内流动时的动能很小，可以忽略。 已知泵的效率为60%，求此情况下泵的轴功率。,1.6 管路计算,解：在1-1与2-2截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面。,Z1=5m， p1=49103Pa u10 hf1-2=20J/kg,设E为任一截面上三项机械能之和， 则截面2-2上的E2=gZ2+p2/+u22/2代入柏努利方程得,1.6 管路计算,截面2-2与3-3的柏努利方程，求E2。,=1804J/kg,截面2-2与4-4之间的柏努利方程求E2,=2006J/kg,1.6 管路计算,比较结果，当E2=2006 J/kg时才能保证输送任务。

11、,将E2值代入式中，得 We=200698.06=1908 J/kg,Ne=Wews=19084.78=9120W=9.12kW,P80, 28题,解：（1）BD支管阀门关闭， 设AB段的流速为u1，BC段流速为u2.,选择高位槽液面与C-C两截面间列柏努利方程：,Z0=11, Z1=0, u0=0, p0=p2=0,d12u1=d22u2,u1=0.7u2,选择高位槽液面与B-B两截面间列柏努利方程：,Z0=11, Z1=0, u0=0, p0=p2=0,u1=2.46m/s,1.7 流体流量的测定,1. 测速管 (Pitot管),1-静压管 2-冲压管,测速管的内管测得的是管口处的冲压能：

12、,hA=ur2/2+p/,测速管的外管测得的是管口处的静压能：,hB=p/,测速管的两测量点之差为：,h=ur2/2,局部流速,u12/2+p1/ = u22/2+ p2/,2. 孔板流量计orifice flowmeter,在孔板前导管上取一截面1-1 取孔板后缩脉处为2-2截面，,若不考虑能量损失，在两截面 之间列柏努利方程：,Z1g+ u12/2+p1/ = Z2 g+u22/2+ p2/,是水平管道，故Z1=Z2,由连续性方程：u1A1= u2A2 u1= u2（A2 /A1）,以孔口的截面积A0来代替A2，以孔口处的压强p0和流速u0 分别代替p2和u2。,考虑到流体通过孔板有收缩造

13、成能量损失，用一个校正系数C1对其加以校正，则上式变为：,实际安装时连接U形管压强计的两测压孔并不一定在1-1截面和孔口处，而是紧靠着孔板前后的位置上。,U形管压强计测出的压强并不一定是（p1-p0），而是紧靠孔板前后的压强差，用（pa-pb）表示,此时还需引入一个校正系数C2,则,C0为孔板流量计的孔流系数 ,由实验或经验公式求得，一般为0.610.63。,A0、A1、C1、C2都是常数，,则：pa-pb=gR(A -),根据流速u0可求出流量Vs，Ws。,假设为被测流体的密度， A为U形管压强计内指示液的密度， 液柱压力计的读数为R，,3. 文丘里流量计Venturi flowmeter,

14、Cv为文氏管的流量系数，由实验测定，约为0.98,文氏管的主要部件： 收缩管和扩大管。,采用逐渐缩小，然后逐渐扩大的方式以减少能量的损失。,其最小截面处（即文氏管喉管）的流速为u0,4. 转子流量计rotameter,工作原理：,流体从玻璃管底部进入，从顶部导出。当流体流经转子与玻璃管之间的环隙时，流道截面，流速，静压强，转子底面所受静压力顶面所受静压力大，转子被托起，向上升。,当转子所受压力差=转子重力时，转子就停留在一定高度，这一高度表示流体一定的流量，可以从玻璃管外侧的刻度直接读出。,流量越大，转子停留的位置越高。,1. 已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700kg/m3、760kg/m3

15、和900kg/m3 ,分别计算此三种油类混和液体的密度. (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20、 30和50； (2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20、30和50。,解： (1)因混和物各组分质量百分数 已知，可取1kg混合液体为基准 。 汽油、轻油、柴油的质量分别为0.2kg、 0.3kg和0.5kg, 汽油、轻油、柴油的体积分别为器0.2/700、0.3/760、0.5/900,(2)因混和体积百分数已知，可取1m3混合液体为基准 。 汽油、轻油、柴油的体积分别为0.2m3、0.3m3和0.5m3,质量分别为0.2700，0.3760，0.5900,2、两容器直径分别D1=1000mm D2=400mm，容器1水面上方真空度p1=13.33kPa维持不变，容器2为敞口容器，当阀门F关闭时，两容器的水面高度分别为z1=2.5m， z2=1.5m，问（1）当阀门开启时，两液面能否维持不变？（2）若不能维持原状，当再次达到平衡时，液面高度有何变化？,解： (1)阀门开启后，如果液体仍保持静止状态，液面将维持不变。液体仍处于