化工原理(南京理工大学)01流体流动5-管路课件

单击此处编辑母版标题样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,南京理工大学化工学院化学工程系,第一章 流体流动,（,5,）管路计算,化工原理（上）,1.5,管路计算,1.5.1,简单管路,计算,1.5.2,复杂管路,计算,1.5.1,简单管路计算,一、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。,Vs,1,d,1,Vs,3,d,3,Vs,2,d,2,不可压缩流体,(2),整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和,。,二、管路计算,基本方程：,连续性方程：,柏努利方程：,阻力计算,（摩擦系数）：,物性,、,一定时，需给定独立的,9,个参数，方可求解其它,3,个未知量。,（,1,）设计型计算,设计要求：规定输液量,V,s,，,确定一经济的管径及供液点提供的位能,z,1,(,或静压能,p,1,),。,给定条件：,（,1,）供液与需液点的距离，即管长,l,；,（,2,）,管道材料与管件的配置，即,及 ；,（,3,）需液点的位置,z,2,及压力,p,2,；,（,4,）,输送机械做功,W,e,。,选择适宜流速,确定经济管径,（,2,）操作型计算,已知：管子,d,、,、,l,，,管件和阀门，供液点,z,1,、,p,1,，,需液点的,z,2,、,p,2,，,输送机械,W,e,；,求：流体的流速,u,及供液量,V,S,。,已知：管子,d,、,、,l,、,管件和阀门、流量,V,s,等，,求：供液点的位置,z,1,；,或供液点的压力,p,1,；,或输送机械有效功,W,e,。,试差法计算流速的步骤,：,（,1,）根据柏努利方程列出试差等式；,（,2,）试差：,符合？,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,试差，可直接解析求解。,三、阻力对管内流动的影响,p,A,p,B,p,a,F,1,1,2,2,A,B,（,2,）在,1-A,之间，由于,流速,u,h,f,1-A,p,A,；,（,3,）在,B-2,之间，由于,流速,u,h,f,B-2,p,B,。,阀门,F,开度减小时：,（,1,）阀关小，阀门局部阻力系数,h,f,A,-B,流速,u,即流量,；,p,A,p,B,p,a,F,1,1,2,2,A,B,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。,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。,例,1,粘度为,30cP,、,密度为,900kg/m,3,的某油品自容器,A,流过内径,40mm,的管路进入容器,B,。,两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长,50m,，,阀后管长,20m,（,均包括所有局部阻力的当量长度）。,p,1,p,2,A,B,p,a,p,a,当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为,8.83kPa,和,4.42kPa,。,现将阀门打开至,1/4,开度，阀门阻力的当量长度为,30m,。,试求：,（,1,）管路中油品的流量；,（,2,）定性分析阀前、阀后的压力表的读数有何变化？,解：,阀门全关时，阀前后的压力表读数表示两高位槽液柱高度差为：,管路总长度,假设流体流动处于层流状态，则,稳定流动时动力阻力,检验流动是否处于层流状态,Re2000,，假设成立。,例,2 10,C,水流过一根水平钢管，管长为,300m,，,要求达到的流量为,0.05,l/h,，有,2m,的压头可供克服流动的摩擦损失，试求管径。,解：,水平管高度差为零：,管路总长度,压头,流速,假设流体作层流流动：,解得管径为：,雷诺数：,Re2000,，假设成立。,例,3,如附图所示的循环系统，液体由密闭容器,A,进入离心泵，又由泵送回容器,A,。,循环量为,1.8m,3,/h,，,输送管路为内径等于,25mm,的碳钢管，容器内液面至泵入口的压头损失为,0.55m,，,离心泵出口至容器,A,液面的压头损失为,1.6m,，,泵入口处静压头比容器液面静压头高出,2m,。试求：,z,A,（,1,）管路系统需要离心泵提供的压头；,（,2,）容器液面至泵入口的垂直距离,z,。,解：,水经泵循环后，机械能不变，泵有效功等于摩擦损耗：,图中截面间列柏努利方程,z,A,1,1,2,2,流速,理论分析出发点：,稳定流动时，管路任意位置处的,压强,p,、竖直高度,z,、流体流速,u,及流体物性等数值恒定,唯一,。,稳定流动的连续性方程，即管路每一节点处的流体流入量等于流出量。,1.5.2,复杂管路,计算,A,V,S,V,S1,V,S2,V,S3,B,一、,并联管路,（,2,）并联管路中各支路的能量损失均相等。,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,可，不能重复计算。,1,、特点：,（,1,）主管中的流量为并联的各支路流量之和；,2.,并联管路的流量分配,而,支管越长、管径越小、阻力系数越大,流量越小；,反之,流量越大。,C,O,A,B,分支管路,C,O,A,B,汇合管路,二、分支管路与汇合管路,1,、特点：,（,1,）主管中的流量为各支路流量之和；,不可压缩流体,（,2,）,流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。,例,4,如图所示，从自来水总管接一管段,AB,向实验楼供水，在,B,处分成两路各通向一楼和二楼（两楼高度差,5m,）。两支路各安装一球形阀，出口分别为,C,和,D,。,已知管段,AB,、,BC,和,BD,的长度分别为,100m,、,10m,和,20m,（,仅包括管件的当量长度），管内径皆为,30mm,。,假定总管在,A,处的表压为,3.5,at,，不考虑分支点,B,处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为,0.03,，试求：,（,1,）,C,阀全开（）时，二楼能否有水供应？,BC,管的流量为多少？,（,2,）,C,阀关小至流量减半时，,BD,管的流量最大可为多少？总管流量又为多少？,5m,A,C,D,B,自,来,水,总,管,u,0,u,2,u,1,分析：,（,1,）自来水管内水流速近似为,0,；,（,2,）能否有水意义为阀门,D,全关时阀门左侧水压是否大于右侧（大气压）；,（,3,）,BD,流量最大的情形对应于管路阻力最小情形，即阀,D,全开。,解：,（,1,）设,BD,管水速为,0,，则,BD,间：,V,sA,-B,=,V,SB-C,，,d,=,d,，则,u,AB,=,u,BC,。,AC,间,AB,间,此时二楼不可能有水。,（,2,）,BC,管水流量降为,1/2,：,BD,间,AB,间,B,节点处物料衡算,阀,D,全开时,D,最小，流速最大：,3.,阻力对管内流动的影响,p,0,p,A,p,1,F,A,1,1,2,2,0,A,p,B,F,B,3,3,B,p,2,p,3,（,2,）在,1-0,之间，由于,p,0,p,1-0,h,f,1-0,u,1-0,；,（,3,）在,0-3,之间，由于,流速,p,0,p,0-3,h,f,0-3,u,0-3,。,阀门,F,A,开度减小时：,（,1,）阀关小，阀门局部阻力系数,A,h,f,0-A,压降,p,0-A,p,0,；,（,3,）在,0-2,之间，由于,流速,u,1-0,u,0-3,u,0-2,。,p,0,p,a,F,2,2,3,3,0,p,a,1,1,（,2,）由于,p,0,p,1-0,p,2-0,u,1-0,u,2-0,（,3,）随着开度减小，,u,1-0,u,2-0,中较小者先降为零，而后流速反向,。,阀门,F,开度减小时：,（,1,）阀关小，阀门局部阻力系数,h,f,0-3,p,0,