流體輸送操作-管子直徑的選擇（化工單元操作課件）

項(xiàng)目一流體輸送操作任務(wù)五管子直徑的選擇引入：化工生產(chǎn)中許多單元操作都是在流體流動(dòng)的情況下進(jìn)行的，流體通過(guò)管路進(jìn)

行流動(dòng)和輸送，因此必須了解流體的流動(dòng)規(guī)律。

生活用水管里的水，在水壓高的時(shí)候流得快，水壓低的時(shí)候，流得很慢，甚至于呈滴狀，所以水流有快有慢。那么怎么衡量流體的快慢？想一想任務(wù)：回憶速度的概念一、流量與流速1．流量

單位時(shí)間流經(jīng)某一截面流體的量質(zhì)量體積用q表示（2）體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管路任一截面處流體的體積，

用qV表示，單位為m3/s，m3/h

。

（1-11）（1）質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管路任一截面處流體的質(zhì)量，

用qm表示，單位為kg/s，kg/h

。任務(wù)：質(zhì)量m、體積V和密度ρ的關(guān)系推導(dǎo)：質(zhì)量流量和體積流量的關(guān)系qm=

ρ

×qV一、流量與流速2．流速如何表示流體流動(dòng)速度的快慢？（1）定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離聯(lián)系速度的定義及意義（2）表達(dá)式：?jiǎn)挝粫r(shí)間流體在流動(dòng)方向上流過(guò)的距離，用u表示，單位m/S。

任務(wù)：

流速u、質(zhì)量流量qm和體積流量qV的關(guān)系qV=u×Aqm=ρqV=

ρuA一、流量與流速雙邊交流：生活觀察---當(dāng)我們站在河邊觀察水的流動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)河中間水的

流速與靠近岸邊水的流速有什么不同？U=0u

流體實(shí)際流動(dòng)時(shí)，由于流體具有黏性，管內(nèi)流體同一截面上各點(diǎn)的流速不同，管中心處流速最大，由于摩擦力的存在，越靠近管壁流速越小，在管壁處流體質(zhì)點(diǎn)粘附在管壁，管壁處流速為0，所以工程上采用平均流速作為流體的流速。二、管徑的估算及管子的選取對(duì)于圓形管道，

管徑、流量和流速之間的關(guān)系——流量方程

流量qV一般由生產(chǎn)任務(wù)決定，而流速的選擇：反之，流速過(guò)小，操作費(fèi)用可相應(yīng)減小，但管徑增大，管路的設(shè)備費(fèi)用隨之增加。注意：?jiǎn)挝唤y(tǒng)一，u的單位m/s，qV的單位統(tǒng)一為m3/s二、管徑的估算及管子的選取一般液體的流速為0.5-3m/s，氣體的流速為10-30m/s，蒸汽為20-50m/s流體的類別及情況流速范圍/m/s水及低粘度液體（0.1~1.0MPa）工業(yè)供水（0.8MPa以下）鍋爐供水（0.8MPa以下）飽和蒸汽一般氣體（常壓）離心泵排出管（水一類液體）液體自流速度（冷凝水等）真空操作下氣體流速1.5~3.01.5~3.0>3.020~4010~202.5~3.00.5<10二、管徑的估算及管子的選取例：某廠要求安裝一根輸水量為30m3/h的管道，水在管內(nèi)流速為1.8m/s，

試選擇一合適的管子。例：某廠精餾塔進(jìn)料量為36000kg/h，該料液性質(zhì)與水相近，其密度為960kg/m3，

試選擇進(jìn)料管的管徑。三、連續(xù)性方程穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)（1）穩(wěn)定流動(dòng)：

若流動(dòng)系統(tǒng)中各物理量的大小僅隨位置變化、不隨時(shí)間變化，則稱為穩(wěn)定流動(dòng)。

根據(jù)流體在管路系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)各種參數(shù)的變化情況，可以將流體的流動(dòng)分為穩(wěn)定流動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)。（2）不穩(wěn)定流動(dòng)：

若流動(dòng)系統(tǒng)中各物理量的大小不僅隨位置變化、而且隨時(shí)間變化，則稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。

工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)操作過(guò)程，如生產(chǎn)條件控制正常，則流體流動(dòng)多屬于穩(wěn)定流動(dòng)。連續(xù)操作的開(kāi)車、停車過(guò)程及間歇操作過(guò)程屬于不穩(wěn)定流動(dòng)。本任務(wù)所涉及的流體流動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。觀察兩圖的區(qū)別（流速、壓力）（平穩(wěn)狀態(tài)）情境：電動(dòng)車的行駛過(guò)程三、連續(xù)性方程引入：物料衡算（質(zhì)量守恒）輸入物料量=輸出物料量+損失物料量

實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到異徑管，流體在異徑管中流動(dòng)遵循物料守恒。qm1qm2三、連續(xù)性方程

不可壓縮流體不僅流經(jīng)各截面的質(zhì)量流量相等，而且它們的體積流量也相等。而且管道截面積A與流體流速u成反比，截面積越小，流速越大。若不可壓縮流體在圓管內(nèi)流動(dòng)，因A=Πd2/4，則若流體為不可壓縮流體，即ρ=常數(shù)，則有：

qV=uA=常數(shù)qV----流體的體積流量，指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道有效截面積的流體體積，m3/s流速u與截面積A、管徑d2成反比，反映流速隨管徑的變化。截面積A越大，流速越小截面積A越小，流速越大（管徑d）（管徑d）三、連續(xù)性方程例1：某液體在內(nèi)徑為d1的管路中穩(wěn)定流動(dòng)，其平均流速為u1，當(dāng)它以相同的體積流量通過(guò)某內(nèi)徑為d2（d2=1/2d1）的管子時(shí)，流速將變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？例2：如圖所示的串聯(lián)變徑管路中，已知小管規(guī)