化工原理第一章 流體流動

化工原理第一章流體流動2023/3/141第一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（3）倒U形壓差計

指示劑密度小于被測流體密度，如空氣作為指示劑

（5）復式壓差計

（4）傾斜式壓差計

適用于壓差較小的情況。適用于壓差較大的情況。2023/3/142第二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例:如附圖所示，水在水平管道內流動。為測量流體在某截面處的壓力，直接在該處連接一U形壓差計，

指示液為水銀，讀數(shù)R＝250mm，h＝900mm。已知當?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，水的密度1000kg/m3，水銀的密度13600kg/m3。試計算該截面處的壓力。

2023/3/143第三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日解:過U管右側的水銀面作水平面A-A’由靜力學基本方程可知:2023/3/144第四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日

如附圖所示，蒸汽鍋爐上裝一復式壓力計，指示液為水銀，兩U形壓差計間充滿水。相對于某一基準面，各指示液界面高度分別為

Z0=2.1m,Z2=0.9m,Z4=2.0m,Z6=0.7m,Z7=2.5m。試計算鍋爐內水面上方的蒸汽壓力。例1-22023/3/145第五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日解:作水平面1-2、3-4、5-6由靜力學基本方程可知:2023/3/146第六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（1）近距離液位測量裝置

壓差計讀數(shù)R反映出容器內的液面高度。

液面越高，h越小，壓差計讀數(shù)R越小；當液面達到最高時，h為零，R亦為零。2.液位測量2023/3/147第七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（2）遠距離液位測量裝置

管道中充滿氮氣，其密度較小，近似認為

而所以

AB2023/3/148第八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日液封作用：確保設備安全：當設備內壓力超過規(guī)定值時，氣體從液封管排出；防止氣柜內氣體泄漏。液封高度：3.液封高度的計算

2023/3/149第九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管內流體流動基本方程式流量與流速穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動系統(tǒng)的質量守恒

——連續(xù)性方程

穩(wěn)定流動流動系統(tǒng)的能量守恒

——柏努利方程

2023/3/1410第十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日1.體積流量

單位時間內流經(jīng)管道任意截面的流體體積。

qv(VS)——m3/s或m3/h2.質量流量

單位時間內流經(jīng)管道任意截面的流體質量。qm(mS)——kg/s或kg/h。

二者關系：一、流量流量與流速2023/3/1411第十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日二、流速2.質量流速

單位時間內流經(jīng)管道單位截面積的流體質量。流速

（平均流速）單位時間內流體質點在流動方向上所流經(jīng)的距離。

kg/（m2·s）流量與流速的關系：

m/s2023/3/1412第十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日對于圓形管道：流量VS一般由生產任務決定。流速選擇：三、管徑的估算

↑→d↓→設備費用↓流動阻力↑→動力消耗↑

→操作費↑均衡考慮uu適宜費用總費用設備費操作費2023/3/1413第十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日水及一般液體1~3m/s粘度較大的液體0.5~1m/s低壓氣體8~15m/s壓力較高的氣體15～25m/s常用流體適宜流速范圍：2023/3/1414第十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日穩(wěn)定流動：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量僅隨位置變化，而不隨時間變化；

不穩(wěn)定流動：流體在各截面上的有關物理量既隨位置變化，也隨時間變化。穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動2023/3/1415第十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日對于穩(wěn)定流動系統(tǒng)，在管路中流體沒有增加和漏失的情況下：

推廣至任意截面

——連續(xù)性方程1122穩(wěn)定流動系統(tǒng)的質量守恒

——連續(xù)性方程

2023/3/1416第十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日不可壓縮性流體，圓形管道：即不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內徑的平方成反比。2023/3/1417第十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例:如附圖所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一段φ108×4mm的管2和兩段φ57×3.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9×10－3m3/s的體積流量流動，且在兩段分支管內的流量相等，試求水在各段管內的速度。

3a123b2023/3/1418第十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日3a123b解：管1的內徑d1=89-2×4=81mm=0.081m同樣d2=108-2×4=0.1md3=57-2×3.5=0.05mV=9×10－3m3/s則由連續(xù)性方程,對管１和管２有u2=0.656×1.747=1.146m/s對管1和管3有u3a=u3b=2.62×1.747=4.57m/s2023/3/1419第十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日穩(wěn)定流動系統(tǒng)的能量守恒——柏努利方程

一、總能量衡算2023/3/1420第二十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（1）內能貯存于物質內部的能量。1kg流體具有的內能為U（J/kg）。衡算范圍：1-1′、2-2′截面以及管內壁所圍成的空間衡算基準：1kg流體基準面：0-0′水平面（2）位能流體受重力作用在不同高度所具有的能量。1kg的流體所具有的位能為zg（J/kg）。

2023/3/1421第二十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（3）動能1kg的流體所具有的動能為(J/kg)（4）靜壓能

靜壓能=1kg的流體所具有的靜壓能為

(J/kg)（5）熱設換熱器向1kg流體提供的熱量為(J/kg)。

lAV2023/3/1422第二十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（6）外功(有效功)1kg流體從流體輸送機械所獲得的能量為We(J/kg)。以上能量形式可分為兩類：機械能：位能、動能、靜壓能及外功，可用于輸送流體；內能與熱：不能直接轉變?yōu)檩斔土黧w的能量。2023/3/1423第二十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2．實際流體的機械能衡算

假設流體不可壓縮，則流動系統(tǒng)無熱交換，則流體溫度不變，則

(1)以單位質量流體為基準

設1kg流體損失的能量為ΣWf（J/kg），有：(1)式中各項單位為J/kg。并且實際流體流動時有能量損失。2023/3/1424第二十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（2）以單位重量流體為基準

將(1)式各項同除重力加速度g:令

則

（2）式中各項單位為2023/3/1425第二十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日z——位壓頭He——外加壓頭或有效壓頭?！o壓頭總壓頭Σhf——壓頭損失2023/3/1426第二十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（3）以單位體積流體為基準

將(1)式各項同乘以:式中各項單位為（3）——壓力損失2023/3/1427第二十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日3．理想流體的機械能衡算

理想流體是指流動中沒有摩擦阻力的流體。

（4）（5）——柏努利方程式

2023/3/1428第二十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日4.柏努利方程的討論

（1）若流體處于靜止，u=0，ΣWf=0，We=0，則柏努利方程變?yōu)檎f明柏努利方程即表示流體的運動規(guī)律，也表示流體靜止狀態(tài)的規(guī)律。（2）理想流體在流動過程中任意截面上總機械能、總壓頭為常數(shù)，即2023/3/1429第二十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日Hz22102023/3/1430第三十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日We、ΣWf——在兩截面間單位質量流體獲得或消耗的能量。（3）zg、、——某截面上單位質量流體所具有的位能、動能和靜壓能；有效功率：軸功率：2023/3/1431第三十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（4）柏努利方程式適用于不可壓縮性流體。對于可壓縮性流體，當時，仍可用該方程計算，但式中的密度ρ應以兩截面的平均密度ρm代替。2023/3/1432第三十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管內流體的流量；輸送設備的功率；管路中流體的壓力；容器間的相對位置等。利用柏努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：4．柏努利方程的應用2023/3/1433第三十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（1）根據(jù)題意畫出流動系統(tǒng)的示意圖，標明流體的流動方向，定出上、下游截面，明確流動系統(tǒng)的衡算范圍；（2）位能基準面的選取必須與地面平行；宜于選取兩截面中位置較低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準面應選過管中心線的水平面。

2023/3/1434第三十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（4）各物理量的單位應保持一致，壓力表示方法也應一致，即同為絕壓或同為表壓。

（3）截面的選取與流體的流動方向相垂直；兩截面間流體應是定態(tài)連續(xù)流動；截面宜選在已知量多、計算方便處。

2023/3/1435第三十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例如附圖所示，從高位槽向塔內進料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內的壓力均為大氣壓。送液hpa管為φ45×2.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設料液在管內的壓頭損失為1.2m（不包括出口能量損失），試問高位槽的液位要高出進料口多少米？2023/3/1436第三十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日hpa解：如圖取截面1-1，和截面2-2。在兩截面間列伯努利方程:1122取料液進口為基準面,則z1=hZ2=0p1=p2=0(表壓)u1=0002023/3/1437第三十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日

例在φ45×3mm的管路上裝一文丘里管，文丘里管的上游接一壓力表，其讀數(shù)為5kPa，壓力表軸心與管中心的垂直距離為0.3m，管內水的流速為1.5m/s，文丘里管的喉徑為10mm。文丘里喉部接一內徑為15mm的玻璃管，玻璃管的下端插入水池中，池內水面到管中心的垂直距離為3m。若將水視為理想流體，試判斷池中水能否被吸入管中。若能吸入，再求每小時吸入的水量為多少m3/h。2023/3/1438第三十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日3.0m1120.3m200u2023/3/1439第三十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例某化工廠用泵將敞口堿液池中的堿液（密度為1100kg/m3）輸送至吸收塔頂，經(jīng)噴嘴噴出，如附圖所示。泵的入口管為φ108×4mm的鋼管，管中的流速為1.2m/s，出口管為φ76×3mm的鋼管。貯液池中堿液的深度為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。堿液流經(jīng)所有管路的能量損失為30.8J/kg（不包括噴嘴），在噴嘴入口處的壓力為29.4kPa（表壓）。設泵的效率為60%，試求泵所需的功率。

2023/3/1440第四十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日20m1.5m2023/3/1441第四十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管內流體流動現(xiàn)象粘度流體的流動型態(tài)與雷諾數(shù)流體在圓管內的速度分布流體流動邊界層2023/3/1442第四十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管內流體流動現(xiàn)象一、牛頓粘性定律

粘度或Fuu＋dudy式中：F——內摩擦力，N；

τ——剪應力，Pa；

——法向速度梯度，1/s；μ——比例系數(shù)，稱為流體的粘度，Pa·s。

2023/3/1443第四十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日牛頓型流體：剪應力與速度梯度的關系符合牛頓粘性定律的流體；非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。

二、流體的粘度

（動力粘度）1.粘度的物理意義

流體流動時在與流動方向垂直的方向上產生單位速度梯度所需的剪應力。2023/3/1444第四十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日液體:T↑→↓氣體:一般T↑→↑超高壓p↑→↑粘度的物理本質：分子間的引力和分子的運動與碰撞。2.粘度的單位SI制：Pa·s或kg/(m·s)物理制：cP(厘泊）換算關系1cP＝10-3Pa·s2023/3/1445第四十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日3.運動粘度

粘度μ與密度ρ的之比。m2/s2023/3/1446第四十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流體的流動型態(tài)

一、雷諾實驗2023/3/1447第四十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日層流（或滯流）：流體質點僅沿著與管軸平行的方向作直線運動，質點無徑向脈動，質點之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質點的速度在大小和方向上都隨時變化，質點互相碰撞和混合。二、流型判據(jù)——雷諾準數(shù)

無因次數(shù)群2023/3/1448第四十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日判斷流型Re≤2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re≥4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000<Re<4000時，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。2.物理意義

Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關系，標志著流體流動的湍動程度。

2023/3/1449第四十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日1.3.3流體在圓管內的速度分布速度分布：流體在圓管內流動時,管截面上質點的速度隨半徑的變化關系。

一、層流時的速度分布

2023/3/1450第五十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日由壓力差產生的推力

流體層間內摩擦力

管壁處r＝R時，＝0，可得速度分布方程

2023/3/1451第五十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管中心流速為最大，即r＝0時，＝umax

管截面上的平均速度:即層流流動時的平均速度為管中心最大速度的1/2。

即流體在圓形直管內層流流動時，其速度呈拋物線分布。2023/3/1452第五十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日二、湍流時的速度分布

剪應力：e為湍流粘度，與流體的流動狀況有關。

湍流速度分布的經(jīng)驗式：2023/3/1453第五十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日n與Re有關，取值如下：

1/7次方定律當時，流體的平均速度:2023/3/1454第五十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流體流動邊界層一、邊界層的形成與發(fā)展

流動邊界層：存在著較大速度梯度的流體層區(qū)域，即流速降為主體流速的99％以內的區(qū)域。邊界層厚度：邊界層外緣與壁面間的垂直距離。2023/3/1455第五十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流體在平板上流動時的邊界層：

2023/3/1456第五十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日邊界層區(qū)（邊界層內）：沿板面法向的速度梯度很大，需考慮粘度的影響，剪應力不可忽略。主流區(qū)（邊界層外）：速度梯度很小，剪應力可以忽略，可視為理想流體。2023/3/1457第五十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日邊界層流型：層流邊界層和湍流邊界層。層流邊界層：在平板的前段，邊界層內的流型為層流。湍流邊界層：離平板前沿一段距離后，邊界層內的流型轉為湍流。

2023/3/1458第五十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流體在圓管內流動時的邊界層

2023/3/1459第五十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日充分發(fā)展的邊界層厚度為圓管的半徑；進口段內有邊界層內外之分。也分為層流邊界層與湍流邊界層。進口段長度：層流：湍流：2023/3/1460第六十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日湍流流動時：2023/3/1461第六十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日湍流主體：速度脈動較大，以湍流粘度為主，徑向傳遞因速度的脈動而大大強化；過渡層：分子粘度與湍流粘度相當；層流內層：速度脈動較小，以分子粘度為主，徑向傳遞只能依賴分子運動。——層流內層為傳遞過程的主要阻力Re越大，湍動程度越高，層流內層厚度越薄。2023/3/1462第六十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2.邊界層的分離ABS2023/3/1463第六十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日A→C：流道截面積逐漸減小，流速逐漸增加，壓力逐漸減小（順壓梯度）；C→S：流道截面積逐漸增加，流速逐漸減小，壓力逐漸增加（逆壓梯度）；S點：物體表面的流體質點在逆壓梯度和粘性剪應力的作用下，速度降為0。SS’以下：邊界層脫離固體壁面，而后倒流回來，形成渦流，出現(xiàn)邊界層分離。2023/3/1464第六十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日邊界層分離的后果：產生大量旋渦；造成較大的能量損失。邊界層分離的必要條件：流體具有粘性；流動過程中存在逆壓梯度。2023/3/1465第六十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流體流動阻力直管阻力局部阻力

2023/3/1466第六十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日1.4流體流動阻力直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內摩擦而產生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。

1.4.1直管阻力一、阻力的表現(xiàn)形式

2023/3/1467第六十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動。2023/3/1468第六十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日若管道為傾斜管，則

流體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少；水平安裝時，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。

2023/3/1469第六十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日二、直管阻力的通式

由于壓力差而產生的推動力：流體的摩擦力：令

定態(tài)流動時2023/3/1470第七十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日——直管阻力通式（范寧Fanning公式）

其它形式：——摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）

則

J/kg壓頭損失m壓力損失Pa該公式層流與湍流均適用；注意與的區(qū)別。2023/3/1471第七十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日三、層流時的摩擦系數(shù)

速度分布方程又——哈根-泊謖葉

（Hagen-Poiseuille）方程

2023/3/1472第七十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日能量損失層流時阻力與速度的一次方成正比。變形：比較得2023/3/1473第七十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日四、湍流時的摩擦系數(shù)1.因次分析法

目的：（1）減少實驗工作量；（2）結果具有普遍性，便于推廣?；A：因次一致性即每一個物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，而且每一項都應具有相同的因次。2023/3/1474第七十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日基本定理：白金漢（Buckinghan）π定理設影響某一物理現(xiàn)象的獨立變量數(shù)為n個，這些變量的基本因次數(shù)為m個，則該物理現(xiàn)象可用N＝（n－m）個獨立的無因次數(shù)群表示。

湍流時壓力損失的影響因素：（1）流體性質：，（2）流動的幾何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流動條件：u2023/3/1475第七十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日物理變量n＝7基本因次m＝3無因次數(shù)群N＝n－m＝4

無因次化處理式中：——歐拉（Euler）準數(shù)即該過程可用4個無因次數(shù)群表示。2023/3/1476第七十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日——相對粗糙度——管道的幾何尺寸——雷諾數(shù)根據(jù)實驗可知，流體流動阻力與管長成正比，即

或2023/3/1477第七十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日莫狄（Moody）摩擦因數(shù)圖：2023/3/1478第七十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（1）層流區(qū)（Re≤2000）

λ與無關，與Re為直線關系，即,即與u的一次方成正比。（2）過渡區(qū)（2000<Re<4000)將湍流時的曲線延伸查取λ值。（3）湍流區(qū)（Re≥4000以及虛線以下的區(qū)域）

2023/3/1479第七十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（4）完全湍流區(qū)

（虛線以上的區(qū)域）

λ與Re無關，只與有關。該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。一定時，經(jīng)驗公式：（1）柏拉修斯（Blasius）式：適用光滑管Re＝5×103～105（2）考萊布魯克（Colebrook）式2023/3/1480第八十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2.管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響

光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相對粗糙度：絕對粗糙度與管內徑的比值。層流流動時：流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與

無關，只與Re有關。2023/3/1481第八十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日湍流流動時：水力光滑管只與Re有關，與無關。完全湍流粗糙管只與有關，與Re無關。2023/3/1482第八十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日

例分別計算下列情況下，流體流過φ76×3mm、長10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（1）密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；（2）20℃的水，流速為2.2m/s。2023/3/1483第八十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日五、非圓形管內的流動阻力

當量直徑：

套管環(huán)隙，內管的外徑為d1，外管的內徑為d2:邊長分別為a、b的矩形管:2023/3/1484第八十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日說明：（1）Re與Wf中的直徑用de計算；（2）層流時：正方形C＝57套管環(huán)隙C＝96（3）流速用實際流通面積計算。2023/3/1485第八十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日局部阻力

一、阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。

或

ζ——局部阻力系數(shù)

J/kgJ/N=m2023/3/1486第八十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日1.突然擴大2023/3/1487第八十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2.突然縮小2023/3/1488第八十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日3.管進口及出口進口：流體自容器進入管內。

ζ進口=0.5進口阻力系數(shù)出口：流體自管子進入容器或從管子排放到管外空間。

ζ出口=1出口阻力系數(shù)4.管件與閥門2023/3/1489第八十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2023/3/1490第九十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2023/3/1491第九十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日蝶閥2023/3/1492第九十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2023/3/1493第九十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2023/3/1494第九十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日二、當量長度法將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為Le的直管所產生的阻力。Le——

管件或閥門的當量長度，m。2023/3/1495第九十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日總阻力：減少流動阻力的途徑：管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；盡量不安裝不必要的管件和閥門等；管徑適當大些。2023/3/1496第九十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例如圖所示，料液由常壓高位槽流入精餾塔中。進料處塔中的壓力為0.2at（表壓），送液管道為φ45×2.5mm、長8m的鋼管。管路中裝有180°回彎頭一個，全開標準截止閥一個，90°標準彎頭一個。塔的進料量要維持在5m3/h，試計算高位槽中的液面要高出塔的進料口多少米？hpa2023/3/1497第九十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管路計算

簡單管路

復雜管路

2023/3/1498第九十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日管路計算

簡單管路

一、特點

（1）流體通過各管段的質量流量不變，對于不可壓縮流體，則體積流量也不變。

(2)整個管路的總能量損失等于各段能量損失之和。Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可壓縮流體2023/3/1499第九十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日二、管路計算基本方程：連續(xù)性方程：柏努利方程：阻力計算（摩擦系數(shù)）：物性、一定時，需給定獨立的9個參數(shù)，方可求解其它3個未知量。2023/3/14100第一百頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（1）設計型計算

設計要求：規(guī)定輸液量Vs，確定一經(jīng)濟的管徑及供液點提供的位能z1(或靜壓能p1)。給定條件：（1）供液與需液點的距離，即管長l；

（2）管道材料與管件的配置，即及；

（3）需液點的位置z2及壓力p2；（4）輸送機械We。選擇適宜流速確定經(jīng)濟管徑2023/3/14101第一百零一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（2）操作型計算

已知：管子d、、l，管件和閥門，供液點z1、p1，需液點的z2、p2，輸送機械We；求：流體的流速u及供液量VS。

已知：管子d、

l、管件和閥門、流量Vs等，求：供液點的位置z1；或供液點的壓力p1；或輸送機械有效功We。2023/3/14102第一百零二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日試差法計算流速的步驟：（1）根據(jù)柏努利方程列出試差等式；（2）試差：符合？可初設阻力平方區(qū)之值注意：若已知流動處于阻力平方區(qū)或層流，則無需試差，可直接解析求解。2023/3/14103第一百零三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日三、阻力對管內流動的影響pApBpaF1122AB閥門F開度減小時：（1）閥關小，閥門局部阻力系數(shù)↑

→Wf,A-B

↑→流速u↓→即流量↓；2023/3/14104第一百零四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（2）在1-A之間，由于流速u↓→Wf,1-A

↓

→pA↑

；（3）在B-2之間，由于流速u↓→Wf,B-2

↓

→pB↓。

結論：（1）當閥門關小時，其局部阻力增大，將使管路中流量下降；（2）下游阻力的增大使上游壓力上升；（3）上游阻力的增大使下游壓力下降。可見，管路中任一處的變化，必將帶來總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當作整體考慮。2023/3/14105第一百零五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例1-9粘度為30cP、密度為900kg/m3的某油品自容器A流過內徑40mm的管路進入容器B。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門，閥前管長50m，閥后管長20m（均包括所有局部阻力的當量長度）。當p1p2ABpapa2023/3/14106第一百零六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日閥門全關時，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為8.83kPa和4.42kPa?，F(xiàn)將閥門打開至1/4開度，閥門阻力的當量長度為30m。試求：（1）管路中油品的流量；（2）定性分析閥前、閥后的壓力表的讀數(shù)有何變化？例1-1010C水流過一根水平鋼管，管長為300m，要求達到的流量為500l/min，有6m的壓頭可供克服流動的摩擦損失，試求管徑。2023/3/14107第一百零七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日例1-11如附圖所示的循環(huán)系統(tǒng)，液體由密閉容器A進入離心泵，又由泵送回容器A。循環(huán)量為1.8m3/h，輸送管路為內徑等于25mm的碳鋼管，容器內液面至泵入口的壓頭損失為0.55m，離心泵出口至容器A液面的壓頭損失為1.6m，泵入口處靜壓zA頭比容器液面靜壓頭高出2m。試求：（1）管路系統(tǒng)需要離心泵提供的壓頭；（2）容器液面至泵入口的垂直距離z。2023/3/14108第一百零八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日復雜管路

一、并聯(lián)管路

AVSVS1VS2VS3B1、特點：（1）主管中的流量為并聯(lián)的各支路流量之和；2023/3/14109第一百零九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（2）并聯(lián)管路中各支路的能量損失均相等。

不可壓縮流體注意：計算并聯(lián)管路阻力時，僅取其中一支路即可，不能重復計算。2023/3/14110第一百一十頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日2.并聯(lián)管路的流量分配而支管越長、管徑越小、阻力系數(shù)越大——流量越?。环粗髁吭酱?。2023/3/14111第一百一十一頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日COAB分支管路COAB匯合管路二、分支管路與匯合管路

2023/3/14112第一百一十二頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日1、特點：（1）主管中的流量為各支路流量之和；不可壓縮流體（2）流體在各支管流動終了時的總機械能與能量損失之和相等。

2023/3/14113第一百一十三頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日

例1-12如圖所示，從自來水總管接一管段AB向實驗樓供水，在B處分成兩路各通向一樓和二樓。兩支路各安裝一球形閥，出口分別為C和D。已知管段AB、BC和BD的長度分別為100m、10m和20m（僅包括管件的當量長度），管內徑皆為30mm。假定總管在A處的表壓為0.343MPa，不考慮分支點B處的動能交換和能量損失，且可認為各管段內的流動均進入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)皆為0.03，試求：2023/3/14114第一百一十四頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日（1）D閥關閉，C閥全開（）時，BC管的流量為多少？（2）D閥全開，C閥關小至流量減半時，BD管的流量為多少？總管流量又為多少？5mACDB自來水總管2023/3/14115第一百一十五頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流速與流量的測量

測速管孔板流量計文丘里流量計轉子流量計2023/3/14116第一百一十六頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日流速與流量的測量測速管（皮托管）一、結構二、原理內管A處外管B處2023/3/14117第一百一十七頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日點速度：即討論：（1）皮托管測量流體的點速度，可測速度分布曲線；2023/3/14118第一百一十八頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日三、安裝（1）測量點位于均勻流段，上、下游各有50d直管距離；（2）皮托管管口截面嚴格垂直于流動方向；（3）皮托管外徑d0不應超過管內徑d的1/50，即d0<d/50。（2）流量的求?。河伤俣确植记€積分測管中心最大流速，由求平均流速，再計算流量。2023/3/14119第一百一十九頁，共一百三十六頁，2022年，8月28日孔板流量計孔板流量計2023/3/14120第一百二十頁，共一百三十六頁，2022年，8月2