管路上的局部阻力损失

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• D、C两支管的流量,水槽的总排水量;
• 当D阀关闭时,求水槽由C支管流出的水量,设全部管路 摩擦系数为0.03,出口阻力损失另计。
由于BC和BD两管路并联
根据连续性方程
1 4
d
A2Bu
A
1 4
d
2 BC
uC
1 4
d
B2Du
D
uA 0.669uC
在高位水槽面和C-C面建立伯努 利方程
gZ1
A
➢流体流经固体表面; x0 层流内层
(2)流体在各支管流动时的阻力损失是相等的。
hfc hfa hfb
• 在并联管路中,支管1直径为 56mm×2.5m,其长 度为30m;支管2直径为 85mm×2.5m,其长度为 50m。总管路中水的流量为60m3/h,试求水在两支 管中的流量。
• 水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水,AB段管长6m, 内径41mm,BC段长15m,内径25mm,BD段长24m,内 径25mm,上述管长均包括阀门及其它局部阻力损失的当 量长度,但不包括出口动能项,分支点B的能量损失可忽 略。求
伯努利方程的三种基本形式
Z1
u12 2g
p1
g
He
Z2
u22 2g
p2
g
H
f
Z1 g
u12 2
p1
We
Z2 g
u22 2
p2
hf
某鼓风机吸入管直径为200mm,在喇叭口型进口处测得U型 管压差计读数为R=25mm,指示液为水,不计空气阻力损失, 空气密度为1.2kg/m3,求管路内空气流量。
水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管道。细管直径d=40mm, 粗管直径D为80mm,倒U型管压差计中水位差R=170mm,求水 流经扩大管段的阻力损失。
表面张力: 5kgf/m=( )N/m
在0-1000 ℃范围内,空气的质量定压热容公式为
cp (0.2377 4.466105T )kcal /(kg • C)
式中温度T单位为℃,将温度单位换为K,Cp单位 换为J/(kg·K)
物料衡算与能量衡算
• 稳态过程:连续操作过程 • 非稳态过程:间歇操作过程
i 管路系统中全部阻力系数之和,1
u 流体在管路中的流速,m/s
管路计算
• 简单管路 • 复杂管路
简单管路
简单管路是指流体从入口到出口是在一条管路中 流动,无分支或汇合的情形。整个管路直径可以相同, 也可由内径不同的管子串联组成,如图所示。
特点:
1.流体通过各管段的质量流量不变,对于不 可压缩流体,则体积流量也不变,即
5.管件与阀门
180º回弯管 三通
四通
异径管
90º弯头
闸阀
截止阀
止回阀
局部阻力系数从相关手册查得
当量长度法
直管阻力损失公式
非直管阻力损失如何计算? 将流体流过管件或阀门的局部阻力,折合成直径相 同、长度为le的直管所产生的阻力即:
管路系统中总的能量损失
管路系统中总的能量损失,J/kg 管路系统中各段直管的总长度,m 管路系统中全部管件与阀门的当量长度之和,m
测速管的内管测得的为管口所在位置的局部流体动能 与 静压能P/ρ之和,称为冲压能,
测速管的外管前端壁面四周的测压孔口与管道中流体的流动 方向相平行,所测得的是流体的静压能P/ρ
测量点处的冲压能与静压能之差Δh为
h
hA
hB
ur2 2
测量点处的流速为 ur 2h
Δh怎么求?
测速管优缺点
• 1、优点:准确性较高,流体阻力 小,适用于测量大直径管路中气体 流速。
VS1
VS
VS2
A
B
VS3
• 特点:(1)主管中的流量为并联的各支路流量之

VS VS1 VS2 VS3
(2)并联管路中各支路的单位质量流体的能量损失均 相等。
hf 1 hf 2 hf 3 hfAB
分支管路
A
C
O
特点:
B
(1)主管中的流量为各支路流量之和;
VS VS1 VS 2
输入量与输出量相等 ws1 ws2
ws u1A11 u2 A22
质量守恒
ws u1A11 u2 A22 uA 常数
伯努利方程的讨论
公式只适用于不可压缩的理想流体做稳定流动, 并且无外功输入的情况
gZ1
u12 2
p1
gZ2
u22 2
p2
位能+动能+势能=常数(机械能)
势能
位能
动能
2gR(A )
质量流量与压差的关系:s C0 A0 2gR(A )
系数C0由实验测定
标准孔板的流量系数
孔板流量计优缺点
• 1、 优点:制造简单,随测量条件变 化时,更换方便。
• 2、缺点:能量损失较大。
文丘里流量计
Ao:喉管出 截面积
接U型管 接U型管 体积流量与压差的关系:
文丘里流量计优缺点
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强
流体流动基本方程
p1
gz1 Hale Waihona Puke Baidu
p2
gz2
p2 p1 h
g
p2 p0 gh
流体流动基本方程
单位时间内流过管道任一截面的流体量,称为流量
流量
体积流量(Vs) 质量流量(ws)
ws Vs
单位时间内流体方向上流过的距离,称为流速(u)
密度为950kg/m3、粘度为1.24mPa·s的料液从高位槽送入塔 中,高位槽的液面维持恒定,并高于塔的进料口4.5m,塔 内表压强为3.82×103Pa,送液管道直径为 45mm×2.5m, 长为35m,管壁的绝对粗糙度为0.2m,求输液量。
初值λ 重设λ值
Vs d 2u 4
复杂管路
• 1、并联管路
1、传递过程(三传理论)
(1)动量传递过程(单相或多相流动); (2)热量传递过程——传热; (3)质量传递过程——传质;
2、研究方法论 (1)试验研究方法(经验方法) 优点、不足 (2)数学模型方法(半理论半经验方法) 必要性、 广泛被应用
单位制与单位换算
质量热容: 3kcal/(kg·℃)=( )J/(kg·K)
4.出口
流体从管内进入容器,相当于流体从小截面A1进 入无限大截面A2
A1 /A2=0, ζe=1------出口阻力系数
注意点
当流体从管子直接排放到管外空间时,管出 口内侧截面上的压强可取为与管外空间相同,但 出口截面上的动能及出口阻力应与截面选取相匹 配。若截面取管出口内侧,则表示流体并未离开 管路,此时截面上仍有动能,系统的总能量损失 不包含出口阻力;若截面取管出口外侧,则表示 流体已经离开管路,此时截面上动能为零,而系 统的总能量损失中应包含出口阻力。由于出口阻 力系数,两种选取截面方法计算结果相同。
u
d
流体内部的速度梯度
u
与流体内的粘滞力成正比
d
• 湍流的描述 • 主要特征:质点的脉动 • 瞬时速度= 时均速度+ 脉动速度
u
ui'
ui
θ1
θ2
θ
点A处流体质点的速度脉动曲线示意图
边界层的概念
① 边界层的形成条件
➢流动;
➢实际流体;
us
层流边界层
us
us
湍流边界层
➢流过固体表面。
② 形成过程
δ
雷诺准数
流体的流动类型可用雷诺数Re判断。
Re du
Re准数是一个无因次的数群。
[Re]
[ du ]
L•
L T

M L3
L0 • M 0 • T 0
M
L•T
无量纲量
雷诺数的物理意义
Re
du
u2 u
d
惯性力与粘 性力的比值
u
单位时间通过单位质量截面积流体的质量
u2
单位时间通过单位质量截面积流体的动量
• 2、缺点:管壁大多为玻璃制品, 不能受高温和高压,易破碎而且安 装时要求保持垂直。
习题课(绪论、第一章)
化工生产过程: 对原料进行化学加工,最终获得有价值产品的生
产过程
单元操作: 构成多种化工产品生产的物理过程按照原理都
可以归纳为几个基本过程,这些过程称为化工单 元操作。
化工原理课程的两条主线
• 1、优点:能量损失小 • 2、缺点:各部分尺寸要求严格,
要精细加工,造价高。
转子流量计
当被测流体自锥管下端流入流量 计时,由于流体的作用,浮子上 下端面产生一差压,该差压即为 浮子的上升力。当差压值大于浸 在流体中浮子的重量时,浮子开 始上升。随着浮子的上升.浮子 最大外径与锥管之间的环形面积 逐渐增大,流体的流速则相应下 降,作用在浮子上的上升力逐渐 减小,直至上升力等于浸在流体 中的浮子的重量时,浮子便稳定 在某一高度上。这时浮子在锥管 中的高度与所通过的流量有对应 的关系。
物料衡算
G 1
G0 GA
适合非稳态过程
G 1
G0
适合稳态过程
式中:
G 1
G0
GA
输入物料的总和 输出物料的总和 累积的物料量
本质表征:质量守恒
能量衡算
热量衡算 QI Q0 QL QI 进入系统的总热量 QO 离开系统的总热量 QL 散失的总热量
第一章 流体流动
大气压强,绝对压强,表压强(真空度)之间的关系
引入压差降校正系数C2
u02 u12 C1C2
2( pa pb )
根据连续性方程,对于不可压缩流体,则有 u1A1 u2 A2
u12
u02 (
A0 A1
)2
则有:

则有:
体积流量与压差的关系:
质量流量与压差的关系:
若压差由U型管读出,则有:
pa pb gR(A )
体积流量与压差的关系:Vs C0 A0
平均流速:u Vs ( ws ) AA
对于内径为d的圆形管道
u
Vs
d2
4
则有:d 4Vs
u
管中心处流 速最大,管 壁处流速为

稳态流动和非稳态流动
稳态流动:各截面上流体的流速、压强、密度等物理 性质不随位置变化; 非稳态流动:流体在各个截面上的物理性质随位置的 改变而变化。
连续性方程
稳态流动系统
从实验中观察到,当水的流 速从小到大时,有色液体变化 如图所示。实验表明,流体在 管道中流动存在两种截然不同 的流型。
(a) 层流;(b) 过渡流;(c)湍流
层流(或滞流) 如图(a)所示,流体质点仅沿着与管轴平行的 方向作直线运动,质点无径向脉动,质点之间互不混合; 湍流(或紊流) 如图(c)所示,流体质点除了沿管轴方向向前 流动外,还有径向脉动,各质点的速度在大小和方向上都随时变 化,质点互相碰撞和混合。 过渡流是介于这两种流型之间的流动。
管路上的局部阻力损失
阻力系数法
将局部能量损失表示成流动动能因子 的一个函数,
即有:h'f
u2 2
或:
ζ——局部阻力系数 。
系数由实验 测定
1.突然扩大
2.突然缩小
a曲线:管截面突然扩大 b曲线:管截面突然缩小
3.进口
流体从容器进入管内,相当于流体从无限大截面A1 进入小截面A2
A2 /A1=0, ζc=0.5------进口阻力系数
伯努利方程的讨论
gZ1
u12 2
p1
We
gZ2
u22 2
p2
hf
对于非理想流体,由于存在流动过程中的能量损失, 如果无外功输入,系统的总机械能沿流动方向逐渐 减小
对于实际流体,在管路流动中,上游的总机械能大 于下游的总机械能
伯努利方程的讨论
Ne :有效功率,单位时间输送设备所做的有效功
Ne Wes s:流体的质量流量,单位为J/s
p1
u12 2
gZC
pC
uC2 2
hf 1C
hf 1C
( lAB d AB
u
2 A
2
lBC d BC
uB2C ) 2
带入数据计算得到
10
9.81
2.195u
2 A
9.5uB2C
uBC 3.06m / s,uA 2.05m / s,uD 2.43m / s
括号内不加 阻力系数
流量测量
测速管(Pitot管)
VS1 VS2 VS3
2.整个管路的总能量损失等于各段能量损失 之和,即
hf hf1 hf2 hf3
用泵把20度的苯从地下储罐送到高位罐,流量为300L/min, 高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管用 89mmX 4mm的无缝钢管,直管长10m,管路上装有一底阀,一个 标准弯头;泵排除管用 57mmX 3.5mm的无缝钢管,直管 长度为50m,管路上装有一个全开的闸阀,一个全开的截 止阀,三个标准的弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气 压。设储罐及高位槽液面维持恒定,求泵的轴功率,泵的 效率为70%。
设Vf为转子体积,Af为转子最大部分的截面积,ρf为转子 密度, ρ为被测流体密度。流体流经环形截面产生的压强 差为(p1-p2)
当转子平衡时,
根据孔板流量计流量公式, 将压强差(p1-p2)带入上式
AR:环隙面积
转子流量计优缺点
• 1、优点:读数方便,能量损失小, 测量范围宽,能用于腐蚀性流体的 测量。
• 2、缺点:不能直接测出平均流速, 且压差读数较小,当流体中含固体 杂质时,易将测压孔堵塞,故不宜 适用测速管。
孔板流量计
1
0 0
1
缩脉,流速最大
设不可压缩流体在管内做水平流动,在1-1‘和0-0’处建立伯努利 方程,并忽视能量损失,则有: 对于水平管,则有:
整理得到:
引入校正系数C1,校正忽视能量损失带来的误差
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