化工原理第一章_3

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V
2、给定条件：d，l，Σζ ，e，p2，V； 计算目的：所需的p1。
连续性方程 柏努利方程 方程组有唯一解
阻力损失计算式
试差法
13
§1-20 简单管路
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：
gz1
u12 2
p1
gz2
u22 2
p2
Wf
式中Z1=12m Z2=0 u1≈0 u2=u p1=p2
W f
l d
le
u2 2
150 0.5 u2 0.106 2
2
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 d 1 u
u↓，d↑
设备费↑
u↑，d↓
设备费↓
p1/ρ↑
操作费用↑
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1-4
4
长距离大流量的输送管路
最合理的管径或 流速的选择应进行 费用 经济核算
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
摇板式止逆阀
0.081×100=8.1
90o弯头
0.081×35=2.8
∑le =10.9m
Φ57×3.5
16
流速
u1
300 1000 60 0.0812 4
0.97m
/
s
速度头
u12 2g
0.972 29.81
0.048m
20℃苯的物性，ρ=879kg/m3，μ=0.74cP=0.00074Pa•s
∴
Re 1
d 1u1
0.0810.97879
0.00074
93000
查图1-27，λ1=0.027
wenku.baidu.com hf
1
i
1
l
d
le
1
u12 2g
0.5 0.027 15 10.9 0.081 0.048 0.44m
17
（2）Φ57×3.5mm吸入管的损失hf2： d2 =57-2×3.5=70mm=0.07m l2 =50m， e=0.2mm
适宜管径
总费用 设备费
动力费 管径
5
“西气东输” 工程
6
7
管径1016mm
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。
8
9
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
d 2 u2
0.052.55879
0.00074
151000
e/d2=0.2/50=0.004，查图1-27，λ2=0.029
hf
2
o
2
l
d
le
2
u22 2g
1
0.029 50
25.7
0.05 0.33
14.8m
（3）全管路所需的压头和泵的功率：
所需总压头
he z
hf
14
【补例11】 类似p33例1-11
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%。
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第五节 管路计算
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
已有公式： u1 A1 u2 A2
gz1
u12 2
p1
We
gz2
u22 2
p2
Wf
W f
l le
d
u2 2
l
d
u2
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、 hf 14 hf 1 hf 2 hf 3 hf 4
常见的问题：
1、已知d，l+∑le，Vs→he，N； 2、已知he→Vs；d
解：如图取截面，以1截面为 基准水平面，在1-2间列BE
u2 p
he Z 2g g hf
Φ89×4
Φ57×3.5
15
式中：p1= p2= 0（表压），u1=u2=0
BE可简化为 he=10+∑hf 管路要分两段计算
Φ89×4
（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）
1
hf
10 0.44 14.8 25.24m
2
质量流率 有效功率
300 879 ms 1000 60 4.395kg / s
Ne mswe ms he g 4.395 25.24 9.81 1088J / s 1.088kW
泵轴功率
N
Ne
1.088 0.7
1.55kW
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p34 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：
Vs=6m3/s
d=? u=? BE，Wf λ=?
试差法
20
30m
5m
【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。
管件、阀门的当量长度
闸阀（全开）
0.05×9=0.45
标准阀（全开）
0.05×300=15.0
90o弯头 3个 三通2个
0.05×35×3=5.25 0.05×50×2=5.0
u1
0.97
81 2 50
2.55m / s
∑le
=25.70m
u12 2g
2.552 29.81
0.33m
18
Re 2