第一章流体流动课件

第一章第一章 流体流动流体流动 研究流体流动问题的重要性研究流体流动问题的重要性 流体流动与输送是最普遍的化工单元操作之一；流体流动与输送是最普遍的化工单元操作之一；研研究究流流体体流流动动问问题题也也是是研研究究其其它它化化工工单单元元操操作作的的重要基础。重要基础。*1*2*3 连续介质假定连续介质假定 假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备质点：由大量分子构成的微团，其尺寸远小于设备 尺寸、远大于分子自由程。尺寸、远大于分子自由程。工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究 流体。流体。*4 流体的可压缩性流体的可压缩性 不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变 化，如液体；化，如液体；可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，如气体。如气体。*5一、一、压力压力 流流体体垂垂直直作作用用于于单单位位面面积积上上的的力力，称称为为流流体体的的静压强，习惯上又称为压力。静压强，习惯上又称为压力。1.压力的单位压力的单位 SI制：制：N/m2或或Pa；标准大气压：标准大气压：1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33m H2O第一节第一节 流体静力学流体静力学*62.压力的表示方法压力的表示方法 绝对压力绝对压力 以绝对真空为基准测得的压力。以绝对真空为基准测得的压力。表压或真空度表压或真空度 以大气压为基准测得的压力。以大气压为基准测得的压力。*7表表 压压=绝对压力绝对压力 大气压力大气压力真空度真空度=大气压力大气压力 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力 绝对压力绝对压力 绝对真空绝对真空 表压表压 真空度真空度 大气压大气压*8 流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；流体压力与作用面垂直，并指向该作用面；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反；作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。3.静压力的特性静压力的特性*9二、流体的密度与比体积二、流体的密度与比体积（一）密度（一）密度 单位体积流体的质量。单位体积流体的质量。kg/m3 1.单组分密度单组分密度 液体液体 密度仅随温度变化（极高压力除外），其变密度仅随温度变化（极高压力除外），其变 化关系可从手册中查得。化关系可从手册中查得。*10 气体气体 当压力不太高、温度不太低时，可按理想当压力不太高、温度不太低时，可按理想 气体状态方程计算：气体状态方程计算：注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度 下之值，若条件不同，则需进行换算。下之值，若条件不同，则需进行换算。*112.混合物的密度混合物的密度 混合气体混合气体 各组分在混合前后质量不变，则有各组分在混合前后质量不变，则有 气体混合物中各组分的体积分数。气体混合物中各组分的体积分数。或或混合气体的平均摩尔质量；混合气体的平均摩尔质量；气体混合物中各组分的摩尔气体混合物中各组分的摩尔(体积体积)分数。分数。*12 混合液体混合液体 假设各组分在混合前后体积不变，则有假设各组分在混合前后体积不变，则有 液体混合物中各组分的质量分数。液体混合物中各组分的质量分数。（二）比体积（二）比体积单位质量流体的体积。单位质量流体的体积。m3/kg*13重力场中对液柱进行受力分析：重力场中对液柱进行受力分析：（1）上端面所受总压力）上端面所受总压力 （2）下端面所受总压力）下端面所受总压力 （3 3）液柱的重力）液柱的重力设流体不可压缩，设流体不可压缩，p0p2p1z1z2G方向向下方向向下方向向上方向向上方向向下方向向下三、三、流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式*14液柱处于静止时，上述三力的合力为零液柱处于静止时，上述三力的合力为零:静力学基本方程静力学基本方程 式式压力形式压力形式能量形式能量形式*15讨论：讨论：（1）适适用用于于重重力力场场中中静静止止、连连续续的的同同种种不不可可压压缩缩性性流体流体；（2）物理意义：）物理意义：单位质量流体所具有的位能，单位质量流体所具有的位能，J/kgJ/kg；单位质量流体所具有的静压能，单位质量流体所具有的静压能，J/kgJ/kg。在同一静止流体中，处在不同位置流体的在同一静止流体中，处在不同位置流体的位位能和静压能能和静压能各不相同，但二者可以转换，其各不相同，但二者可以转换，其总和总和保持不变保持不变。*16（3）在在静静止止的的、连连续续的的同同种种流流体体内内，处处于于同同一一水水平平面面上上各各点点的的压压力力处处处处相相等等。压压力力相相等等的的面面称称为为等等压压面面。（4 4）压压力力具具有有传传递递性性：液液面面上上方方压压力力变变化化时时，液液体体内部各点的压力也将发生相应的变化。内部各点的压力也将发生相应的变化。*17四、静力学基本方程的应用四、静力学基本方程的应用 （一）（一）压力测量压力测量 1.U形管液柱压差计形管液柱压差计 设指示液的密度为设指示液的密度为 ，被测流体的密度为被测流体的密度为 。A与与A面面 为等压面，即为等压面，即而而p1p2mRAA*18所以所以整理得整理得若被测流体是气体，若被测流体是气体，则有，则有*19讨论：讨论：U形形管管压压差差计计可可测测系系统统内内两两点点的的压压力力差差，当当将将U形形管管一一端端与与被被测测点点连连接接、另另一一端端与与大大气气相相通通时时，也也可可测测得流体的表压或真空度；得流体的表压或真空度；指示液的选取：指示液的选取：指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；指示液与被测流体不互溶，不发生化学反应；其密度要大于被测流体密度。其密度要大于被测流体密度。应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。应根据被测流体的种类及压差的大小选择指示液。*202.倒倒U形管压差计形管压差计 指示剂密度小于被测流体密度，指示剂密度小于被测流体密度，如如空气作为指示剂空气作为指示剂*213.斜管斜管压差计压差计 适用于压差较小的情况。适用于压差较小的情况。值越小，读数放大倍数越大。值越小，读数放大倍数越大。*22 密度接近但不互溶的两种指示密度接近但不互溶的两种指示 液液A和和C ；4.微差压差计微差压差计 扩扩大大室室内内径径与与U管管内内径径之之比比应应大于大于10。*23（二）（二）液位测量液位测量 1.1.近距离液位测量装置近距离液位测量装置 压差计读数压差计读数R反映出容器反映出容器内的液面高度。内的液面高度。液液面面越越高高，h越越小小，压压差差计计读读数数R越越小小；当当液液面达到最高时，面达到最高时，h为零，为零，R亦为零。亦为零。*242.2.远距离液位测量装置远距离液位测量装置 管管道道中中充充满满氮氮气气，其其密密度度较较小小，近近似似认为认为 而而所以所以 AB*25（三）（三）液封高度的计算液封高度的计算 液封作用：液封作用：确确保保设设备备安安全全：当当设设备备内内压压力力超超过过规规定定值值时时，气气体从液封管排出；体从液封管排出；防止气柜内气体泄漏。防止气柜内气体泄漏。液封高度：液封高度：*26第二节第二节 管内流体流动的基本方程管内流体流动的基本方程 1.体积流量体积流量 单位时间内流经管道任意截面的流体体积。单位时间内流经管道任意截面的流体体积。qVm3/s或或m3/h2.2.质量流量质量流量 单位时间内流经管道任意截面的流体质量。单位时间内流经管道任意截面的流体质量。qmkg/s或或kg/h。二者关系：二者关系：（一）流量（一）流量一、一、流量与流速流量与流速*27（二）流速（二）流速2.2.质量流速质量流速 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。1.1.流速流速（平均平均流速）流速）2.2.单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。kg/（m2s）流量与流速的关系：流量与流速的关系：m/s*28对于圆形管道：对于圆形管道：流量流量qV一般由生产任务决定。一般由生产任务决定。流速选择：流速选择：3.管径的估算管径的估算 d 设备费用设备费用 流动阻力流动阻力 动力消耗动力消耗 操作费操作费均衡均衡考虑考虑uu适宜适宜费费用用总费用总费用设备费设备费操作费操作费*29 二、二、稳态流动与非稳态流动与非稳稳态流动态流动稳稳态态流流动动：各各截截面面上上的的温温度度、压压力力、流流速速等等物物理理量量仅随位置变化，而不随时间变化；仅随位置变化，而不随时间变化；非非稳稳态态流流动动：流流体体在在各各截截面面上上的的有有关关物物理理量量既既随随位位置变化，也随时间变化。置变化，也随时间变化。*30三、三、连续性方程式连续性方程式 对对于于稳稳态态流流动动系系统统，在在管管路路中中流流体体没没有有增增加加和和漏漏失失的情况下：的情况下：推广至任意截面推广至任意截面 连续性方程式连续性方程式11 2 2*31不可压缩性流体，不可压缩性流体，圆形管道圆形管道：即即不不可可压压缩缩流流体体在在管管路路中中任任意意截截面面的的流流速速与与管内径的平方成反比管内径的平方成反比。*32四、伯四、伯努利方程式努利方程式（一）伯努利方程式（一）伯努利方程式dxpA(p+dp)A gdmdz在在x方向上对微元段受力分析：方向上对微元段受力分析：（1）两端面所受压力分别为）两端面所受压力分别为及及（2）重力的分量）重力的分量故合力为故合力为*33动量变化率动量变化率动量原理动量原理伯努利方程式伯努利方程式 不可压缩性流体，不可压缩性流体，（1）*34（二）伯努利方程式的物理意义（二）伯努利方程式的物理意义单位质量流体所具有的位能，单位质量流体所具有的位能，J/kg；单位质量流体所具有的静压能，单位质量流体所具有的静压能，J/kg；单位质量流体所具有的动能，单位质量流体所具有的动能，J/kg。各项意义：各项意义：*35将将(1)(1)式各项同除重力加速度式各项同除重力加速度g:（2）式中各项单位为式中各项单位为z 位压头位压头动压头动压头静压头静压头总压头总压头*36 式式（1）为为以以单单位位质质量量流流体体为为基基准准的的机机械械能能衡衡算算式式，式式（2）为为以以重重量量流流体体为为基基准准的的机机械械能能衡衡算算式式，表表明明理理想想流流体体在在流流动动过过程程中中任任意意截截面面上上总总机机械械能能、总总压压头头为为常常数数，三三种种能能量量形形式式可可以以相相互互转转换。换。*37Hz2210*38五、五、实际流体的机械能衡算式实际流体的机械能衡算式（一）实际流体机械能衡算式（一）实际流体机械能衡算式*39（2）外加功（）外加功（外加压头外加压头）1kg流体从流体输送机械所获得的能量为流体从流体输送机械所获得的能量为W(J/kg)。（1）能量损失（压头损失）能量损失（压头损失）设设1kg流体损失的能量为流体损失的能量为hf（J/kg）。（3）（4）或或伯努利方程式伯努利方程式*40其中其中He外加压头或有效压头，外加压头或有效压头，m;hf压头损失，压头损失，m。（二）伯努利方程的讨论（二）伯努利方程的讨论（1 1）若若流流体体处处于于静静止止，u=0，hf=0，W=0，则则柏柏努努利方程变为利方程变为 说说明明柏柏努努利利方方程程即即表表示示流流体体的的运运动动规规律律，也也表表示流体静止状态的规律示流体静止状态的规律。*41 W、hf 在在两两截截面面间间单单位位质质量量流流体体获获得得或消耗的能量。或消耗的能量。（2）zg、某某截截面面上上单单位位质质量量流流体体所所具有的位能、动能和静压能具有的位能、动能和静压能；有效功率有效功率：轴功率轴功率：*42（3）伯努利方程式伯努利方程式适用于不可压缩性流体。适用于不可压缩性流体。对对于于可可压压缩缩性性流流体体，当当 时时，仍仍可可用用该该方方程程计计算算，但但式式中中的的密密度度应应以以两两截截面面的的平平均均密度密度m代替。代替。*43（三）伯努利方程的应用（三）伯努利方程的应用 管内流体的流量；管内流体的流量；输送设备的功率；输送设备的功率；管路中流体的压力；管路中流体的压力；容器间的相对位置等。容器间的相对位置等。利用伯努利方程与连续性方程利用伯努利方程与连续性方程，可以确定：可以确定：*44（1）根根据据题题意意画画出出流流动动系系统统的的示示意意图图，标标明明流流体体的的流流动动方方向向，定定出出上上、下下游游截截面面，明明确确流流动动系系统统的的衡衡算范围算范围；（2）位能基准面的选取位能基准面的选取 必须与地面平行；必须与地面平行；宜于选取两截面中位置较低的截面；宜于选取两截面中位置较低的截面；若若截截面面不不是是水水平平面面，而而是是垂垂直直于于地地面面，则则基基准准面面应选过管中心线的水平面。应选过管中心线的水平面。*45（4）各各物物理理量量的的单单位位应应保保持持一一致致，压压力力表表示示方方法法也也应一致，即同为绝压或同为表压。应一致，即同为绝压或同为表压。（3）截面的选取）截面的选取 与流体的流动方向相垂直；与流体的流动方向相垂直；两截面间流体应是定态连续流动；两截面间流体应是定态连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。截面宜选在已知量多、计算方便处。*46（一）（一）牛顿粘性定律牛顿粘性定律 或或Fuududy式中：式中：F内摩擦力，内摩擦力，N；剪应力，剪应力，Pa；法向速度梯度，法向速度梯度，1/s；比例系数，称为流体的粘度，比例系数，称为流体的粘度，Pas 。一、一、流体的粘度流体的粘度 第三节第三节 管内流体流动管内流体流动现象现象*47（二）（二）流体的粘度流体的粘度（动力粘度（动力粘度）1.1.粘度的物理意义粘度的物理意义 流流体体流流动动时时在在与与流流动动方方向向垂垂直直的的方方向向上上产产生生单位速度梯度所需的剪应力。单位速度梯度所需的剪应力。液体液体:T 气体气体:一般一般T 超高压超高压p 粘度的物理本质粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。分子间的引力和分子的运动与碰撞。*482.粘度的单位粘度的单位SI制：制：Pas 或或 kg/(ms)物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊）换算关系换算关系1cP10-3 Pas3.运动粘度运动粘度 粘度粘度与密度与密度之比。之比。m2/s*49（三）剪应力与动量通量（三）剪应力与动量通量 分分子子动动量量传传递递是是由由于于流流体体层层之之间间速速度度不不同同，动动量量由速度大处向速度小处传递。由速度大处向速度小处传递。动量通量：单位时间、通过单位面积传递的动量。动量通量：单位时间、通过单位面积传递的动量。剪应力动量通量剪应力动量通量*50动量浓度梯度动量浓度梯度运动粘度或动量扩散系数运动粘度或动量扩散系数动量通量动量扩散系数动量通量动量扩散系数 动量浓度梯度动量浓度梯度*51牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体；粘性定律的流体；非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。（四）牛顿型流体与非牛顿型流体（四）牛顿型流体与非牛顿型流体 *52二、流体流动类型与雷诺数二、流体流动类型与雷诺数（一）雷诺实验（一）雷诺实验*53 层层流流（或或滞滞流流）：流流体体质质点点仅仅沿沿着着与与管管轴轴平平行行的的方方向向作作直直线线运运动动，质质点点无无径径向向脉脉动动，质质点点之之间间互互不不混合；混合；湍湍流流（或或紊紊流流）：流流体体质质点点除除了了沿沿管管轴轴方方向向向向前前流流动动外外，还还有有径径向向脉脉动动，各各质质点点的的速速度度在在大大小小和和方方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。（二）（二）流型判据流型判据雷诺准数雷诺准数 无因次数群无因次数群*541.判断流型判断流型Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；时，流动为层流，此区称为层流区；Re4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000 Re 4000 时时，流流动动可可能能是是层层流流，也也可可能能是是湍流，该区称为不稳定的过渡区。湍流，该区称为不稳定的过渡区。2.物理意义物理意义 Re反反映映了了流流体体流流动动中中惯惯性性力力与与粘粘性性力力的的对对比比关关系系，标志着流体流动的湍动程度。，标志着流体流动的湍动程度。*55三、三、流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布（一）层流时的速度分布（一）层流时的速度分布*56由压力差产生的推力由压力差产生的推力 流体层间内摩擦力流体层间内摩擦力 管壁处管壁处rR时，时，0，可得速度分布方程，可得速度分布方程*57管中心流速为最大，即管中心流速为最大，即r0时，时，umax 管截面上的平均速度管截面上的平均速度:即即层流流动时的平均速度为管中心最大速度的层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。即流体在圆形直管内即流体在圆形直管内层流流动层流流动时，其速度呈时，其速度呈抛物线分布抛物线分布。*58（二）湍流时的速度分布（二）湍流时的速度分布 剪应力剪应力：e为湍流粘度，与流体的流动状况有关。为湍流粘度，与流体的流动状况有关。湍湍流流速速度度分分布布的经验式：的经验式：*59n与与Re有关，取值如下：有关，取值如下：1/7次方定律次方定律当当 时，流体的平均速度时，流体的平均速度:*60湍流流动时：湍流流动时：*61湍流流动时沿径向分为三层：湍流流动时沿径向分为三层：湍流主体湍流主体 过渡层过渡层 层流内层层流内层*62第四节第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而 产生的阻力；产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速 大小及方向的改变而引起的阻力。大小及方向的改变而引起的阻力。一、一、直管阻力直管阻力（一）阻力的表现形式（一）阻力的表现形式*63流体在水平等径直管中作定态流动。流体在水平等径直管中作定态流动。*64若管道为倾斜管，则若管道为倾斜管，则 流体的流动阻力表现为静压能的减少；流体的流动阻力表现为静压能的减少；水水平平安安装装时时，流流动动阻阻力力恰恰好好等等于于两两截截面面的的静静压压能之差。能之差。*65（二）（二）直管阻力的通式直管阻力的通式 由于压力差而产生的推动力：由于压力差而产生的推动力：流体的摩擦力：流体的摩擦力：令令 定态流动时定态流动时*66直管阻力通式（范宁直管阻力通式（范宁Fanning公式）公式）其它形式：其它形式：摩擦系数（摩擦因数）摩擦系数（摩擦因数）则则 J/kg压头损失压头损失m压力损失压力损失Pa 该公式层流与湍流均适用；该公式层流与湍流均适用；注意注意 与与 的区别。的区别。*67（三）（三）层流时的摩擦系数层流时的摩擦系数 速度分布方程速度分布方程又又哈根哈根-泊谡叶泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程方程*68能量损失能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比层流时阻力与速度的一次方成正比 。变形：变形：比较得比较得*69（四）湍流时的摩擦系数（四）湍流时的摩擦系数1.量纲分析法量纲分析法 目的目的：（：（1）减少实验工作量；）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。）结果具有普遍性，便于推广。基础基础：量纲一致性：量纲一致性 即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的量纲。而且每一项都应具有相同的量纲。*70基本定理基本定理：白金汉（：白金汉（BuckinghamBuckingham）定理定理 设影影响响某某一一物物理理现象象的的独独立立变量量数数为n个个，这些些变量量的的基基本本因因次次数数为m个个，则该物物理理现象象可可用用N（nm）个独立的无量个独立的无量纲数群表示。数群表示。湍流时压力损失的影响因素：湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：）流体性质：，（2）流动的几何尺寸：）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）管壁粗糙度）（3）流动条件：）流动条件：u*71物理变量物理变量 n 7基本量纲基本量纲 m3无量纲数群无量纲数群 Nnm4 无量纲化处理无量纲化处理式中：式中：欧拉（欧拉（Euler）准数准数即该过程可用即该过程可用4个无量纲数群表示。个无量纲数群表示。*72相对粗糙度相对粗糙度管道的几何尺寸管道的几何尺寸雷诺数雷诺数根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即 或或*73莫狄（莫狄（Moody）摩擦因数图：摩擦因数图：*74（1）层流区（）层流区（Re 2000）与与 无关，与无关，与ReRe为直线关系，即为直线关系，即 ,即即 与与u的一次方成正比。的一次方成正比。（2）过渡区（）过渡区（2000Re4000)将湍流时的曲线延伸查取将湍流时的曲线延伸查取值值。（3 3）湍流区（）湍流区（Re44000以及虚线以下的区域）以及虚线以下的区域）*75（4）完全湍流区）完全湍流区（虚线以上的区域）（虚线以上的区域）与与Re无关，只与无关，只与 有关有关。该区又称为阻力平方区。该区又称为阻力平方区。一定时，一定时，经验公式经验公式：柏拉修斯（柏拉修斯（BlasiusBlasius）式：式：适用光滑管，适用光滑管，Re2.5103105*762.管壁粗糙度对摩擦系数的影响管壁粗糙度对摩擦系数的影响 光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。粗糙管：钢管、铸铁管等。绝对粗糙度绝对粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度相对粗糙度 ：绝对粗糙度与管内径的比值。：绝对粗糙度与管内径的比值。层流流动时：层流流动时：流流速速较较慢慢，与与管管壁壁无无碰碰撞撞，阻阻力力与与 无无关关，只与只与Re有关。有关。*77 湍流流动时：湍流流动时：水力光滑管水力光滑管 只与只与Re有关，与有关，与 无关无关 完全湍流粗糙管完全湍流粗糙管 只与只与 有关，与有关，与Re无关无关*78（五）（五）非圆形管内的流动阻力非圆形管内的流动阻力 当量直径：当量直径：套管环隙，内管的外径为套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为外管的内径为d2:边长分别为边长分别为a、b的矩形管的矩形管:*79说明：说明：（1）Re与与hf中的直径用中的直径用de计算；计算；（2）层流时：）层流时：正方形正方形 C57套管环隙套管环隙 C96（3）流速用实际流通面积计算流速用实际流通面积计算。*80二、二、局部阻力局部阻力 （一）阻力系数法（一）阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。将局部阻力表示为动能的某一倍数。或或 局部阻力系数局部阻力系数 J/kgJ/N=m*811.突然扩大突然扩大*822.突然缩小突然缩小*833.管进口及出口管进口及出口进口：流体自容器进入管内。进口：流体自容器进入管内。进口进口=0.5 进口阻力系数进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。空间。出口出口=1 出口阻力系数出口阻力系数4.管件与阀门管件与阀门*84*85*86蝶阀蝶阀*87*88*89（二）当量长度法（二）当量长度法 将将流流体体流流过过管管件件或或阀阀门门的的局局部部阻阻力力，折折合合成成直直径相同、长度为径相同、长度为le e的直管所产生的阻力的直管所产生的阻力。le 管件或阀门的当量长度，管件或阀门的当量长度，m。*90三、三、流体在管路中的总阻力流体在管路中的总阻力减少流动阻力的途径：减少流动阻力的途径：管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；尽量不安装不必要的管件和阀门等；尽量不安装不必要的管件和阀门等；管径适当大些。管径适当大些。*91第五节第五节 管路计算管路计算 一、一、简单管路简单管路（一）特点（一）特点（1）流流体体通通过过各各管管段段的的质质量量流流量量不不变变，对对于于不不可可压缩流体，则体积流量也不变。压缩流体，则体积流量也不变。(2)整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和。qV1,d1qV3,d3qV2,d2不可压缩流体不可压缩流体*92（二）管路计算（二）管路计算（1）摩擦损失计算）摩擦损失计算 已知：流量已知：流量qV 、管长、管长l，管件和阀门管件和阀门 ，管径，管径d d，粗糙度粗糙度 求：求：hf*93 已知：管子已知：管子d 、l，管件和阀门管件和阀门 ，供液点，供液点z z1.1.p p1 1，需液点的需液点的z z2.2.p p2 2，输送机械输送机械 W；求：流体的流速求：流体的流速u及供液量及供液量qV。（2）流量计算）流量计算 湍流区：湍流区：*94 试差法计算流速的步骤试差法计算流速的步骤：（1 1）根据柏努利方程列出试差等式；）根据柏努利方程列出试差等式；（2 2）试差：）试差：符合？符合？可初设阻力平方区之值可初设阻力平方区之值注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需 试差，可直接解析求解。试差，可直接解析求解。*95 已知：流已知：流量量qV，管子管子、l，管件和阀门管件和阀门 ，供液点，供液点z z1.1.p p1 1，需液点的需液点的z2.p2，输送机械输送机械W 等；等；求：管径求：管径d。（3）管径计算）管径计算 用试差法解决。用试差法解决。*96（三）阻力对管内流动的影响（三）阻力对管内流动的影响pApBpaF11 22 AB 阀门阀门F开度减小时：开度减小时：（1）阀关小，阀门局部阻力系数）阀关小，阀门局部阻力系数 hf,A-B 流速流速u 即流量即流量；*97（2）在）在1-A之间，由于之间，由于流速流速u hf,1-A pA A ；（3）在）在B-2之间，由于之间，由于流速流速u hf,B-2 pB 。结论：结论：（1）当当阀阀门门关关小小时时，其其局局部部阻阻力力增增大大，将将使使管管路路中中流量下降；流量下降；（2）下游阻力的增大使上游压力上升；）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。）上游阻力的增大使下游压力下降。可可见见，管管路路中中任任一一处处的的变变化化，必必将将带带来来总总体体的的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。*98二、二、复杂管路复杂管路 （一）（一）并联管路并联管路 AqVqV1qV2qV3B1.特点：特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；）主管中的流量为并联的各支路流量之和；*99（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。）并联管路中各支路的能量损失均相等。不可压缩流体不可压缩流体注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即 可，不能重复计算。可，不能重复计算。*1002.流量分配流量分配而而支管越长、管径越小、阻力系数越大支管越长、管径越小、阻力系数越大流量越小；流量越小；反之反之 流量越大。流量越大。*101COAB分支管路分支管路COAB汇合管路汇合管路（二）分支管路与汇合管路（二）分支管路与汇合管路*102 特点：特点：（1）主管中的流量为各支路流量之和；）主管中的流量为各支路流量之和；不可压缩性流体不可压缩性流体（2）流流体体在在各各支支管管流流动动终终了了时时的的总总机机械械能能与与能能量量损损失之和相等。失之和相等。*103第六节第六节 流量的测定流量的测定 一、一、测速管（皮托管）测速管（皮托管）（一）结构（一）结构（二）原理（二）原理 内管内管A处处外管外管B处处*104点速度：点速度：即即讨论：讨论：（1）皮皮托托管管测测量量流流体体的的点点速速度度，可可测测速速度度分分布布曲线；曲线；*105（三）安装（三）安装（1）测量点位于均匀流段，上、下游各有）测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离；直管距离；（2）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；（3）皮托管外径）皮托管外径d0不应超过管内径不应超过管内径d的的1/50，即，即d0Re临界临界时，时，一般一般 =0.60.7Re临界值*112（三）安装及优缺点（三）安装及优缺点（1）安装在稳定流段，上游）安装在稳定流段，上游 l 10d，下游下游l 5d；（2）结构简单，制造与安装方便）结构简单，制造与安装方便；（3）能量损失较大）能量损失较大。*113三、三、文丘里流量计文丘里流量计 属差压式流量计；属差压式流量计；能量损失小，造价高。能量损失小，造价高。*114CV流量系数（流量系数（0.980.99）A0喉管处截面积喉管处截面积*115四、四、转子流量计转子流量计 （一）结构与原理（一）结构与原理 从从转转子子的的悬悬浮浮高高度度直接读取流量数值。直接读取流量数值。*116（二）流量方程（二）流量方程 转子受力平衡转子受力平衡即即仿孔板流量计仿孔板流量计CR流量系数流量系数*117体积流量体积流量（1）特点：）特点：恒压差、恒流速、变截面恒压差、恒流速、变截面截面式流量计。截面式流量计。讨论：讨论：（2）刻度换算）刻度换算标定流体：标定流体：20水（水（1000kg/m3）20、101.3kPa下空气（下空气（1.2kg/m3）*118CR相同相同,同刻度时同刻度时式中：式中：1标定流体；标定流体；2被测流体。被测流体。气体转子流量计气体转子流量计 *119（三）安装及优缺点（三）安装及优缺点（1）永永远远垂垂直直安安装装，且且下下进进、上上出出，安安装装支支路路，以以便于检修。便于检修。（2）读读数数方方便便，流流动动阻阻力力很很小小，测测量量范范围围宽宽，测测量量精度较高；精度较高；（3）玻玻璃璃管管不不能能经经受受高高温温和和高高压压，在在安安装装使使用用过过程程中玻璃容易破碎。中玻璃容易破碎。*120