第三章物料輸送及輸送設(shè)備

1、：混合比：空氣密度，：被輸送的物料量，：空氣輸送量，）（氣物氣氣氣物333/mkghkgGhmQhmQGsmvhmQDvDQvQvQ/0188.0360033600424：輸送氣流速度，：空氣輸送用量，得：由：氣氣氣氣氣氣氣氣由上式計算得的管徑，在根據(jù)國家的管徑規(guī)格，選用標(biāo)準(zhǔn)管徑。輸料管一般采用無縫鋼管、普通水煤氣管、不銹鋼管或硬質(zhì)聚乙烯管等。用上述公式計算輸送管徑時，因為被輸送的物料與空氣的重度相差懸殊，物料的體積忽略不計。如果用上述公式計算空氣管的管徑，則：空氣管中的氣流速度取614m/s；壓縮空氣管路系統(tǒng)取610m/s；低壓或負(fù)壓空氣管路取1014m/s mmDPavpPavpDLKKK

2、KaabDLa：空氣管的內(nèi)徑，：空氣管路的長度，舊焊接管，焊接管光滑管）（：空氣的摩擦系數(shù)，）（彎管：）（直管：氣氣氣氣彎直111110011. 0121216 . 13 . 10 . 10125. 01221115. 05 . 12250233vvvvDLavvvpp氣氣氣：系數(shù)，由下式確定失垂直輸料管中的壓力損2 . 0302332vPavHHDLaHHHpp氣氣氣：系數(shù)，由下式計算）（損失水平壓力輸料管的壓力用：阻力系數(shù)，依下表選）（彎管輸料管的壓力損失氣氣eeeePavpp2332）（時，壓力降為：當(dāng)旋風(fēng)分離器用作除塵）（）（時，壓力降為：當(dāng)旋風(fēng)分離器作卸料器氣氣氣氣PavPavccc

3、ccpKKp241214221575. 0851PamPasvvvpp392498147. 1/27. 1443為袋濾器的壓力損失一般速，按下式計算：空氣在袋中的表觀流）（：袋濾器的壓力損失袋數(shù)袋長每個袋的周長）空氣量（p風(fēng)機(jī)=（1.11.2） p （Pa）7 . 05 . 0/33600：效率，：風(fēng)壓，：空氣體積，）（式計算風(fēng)機(jī)的消耗功率可按下PahVWQPmV1252iiPavp一般?。鈿?化工生產(chǎn)中處理的原料、中間產(chǎn)物，產(chǎn)品，大化工生產(chǎn)中處理的原料、中間產(chǎn)物，產(chǎn)品，大多數(shù)是多數(shù)是流體流體，涉及的過程大部分在流動條件下進(jìn)行。，涉及的過程大部分在流動條件下進(jìn)行。流體的流動和輸送是必不可少

4、的過程操作。流體的流動和輸送是必不可少的過程操作。 選擇輸送流體所需管徑尺寸。選擇輸送流體所需管徑尺寸。確定輸送流體所需能量和設(shè)備。確定輸送流體所需能量和設(shè)備。流體性能參數(shù)的測量流體性能參數(shù)的測量, 控制?？刂?。研究流體的流動形態(tài)，為強(qiáng)化設(shè)備和操作提供研究流體的流動形態(tài)，為強(qiáng)化設(shè)備和操作提供理論依據(jù)。理論依據(jù)。了解輸送設(shè)備的工作原理和操作性能，正確地了解輸送設(shè)備的工作原理和操作性能，正確地使用流體輸送設(shè)備。使用流體輸送設(shè)備。研究流體的流動和輸送主要是解決以下問題。研究流體的流動和輸送主要是解決以下問題。3.1 3.1 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì)3.3 3.3 流體壓力和流量的測量流體壓力和流

5、量的測量 3.5 3.5 流體輸送設(shè)備流體輸送設(shè)備3.4 3.4 管內(nèi)流體流動的阻力管內(nèi)流體流動的阻力3.1 3.1 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì) 1 1密度密度 單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度流體的密度，其表達(dá)式為：其表達(dá)式為：流體密度，流體密度，kkm m-3-3 ; m ; m流體質(zhì)量，流體質(zhì)量，kgkg；V V流體體積，流體體積，m m3 3。 氣體具有可壓縮性及熱膨脹性，其密度隨壓力氣體具有可壓縮性及熱膨脹性，其密度隨壓力和溫度有較大的變化。氣體密度可近似地用理想氣和溫度有較大的變化。氣體密度可近似地用理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行計算：體狀態(tài)方程進(jìn)行計算：

6、 =pM/RT p p氣體壓力氣體壓力 kNkNm m-2-2或或kPakPa；T T氣體溫度氣體溫度 K K；M M氣體摩爾質(zhì)量氣體摩爾質(zhì)量 g gmolmol-1-1；R R氣體常數(shù)氣體常數(shù)Jmo1Jmo1-1-1K K-1-1。=m=mV V 化工生產(chǎn)中所遇到的流體，往往是含有多個組化工生產(chǎn)中所遇到的流體，往往是含有多個組分的混合物。對于分的混合物。對于液體混合物液體混合物，各組分的濃度常用，各組分的濃度常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。 I I液體混合物中各純組分液體的密度，液體混合物中各純組分液體的密度，kgkgm m-3-3；w wI I液體混合物中各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。液體混合物中

7、各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。I I氣體混合物各純組分的密度，氣體混合物各純組分的密度，kgkgm m-3-3； I I氣體氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。 iinnMwWWW22111對于對于氣體混合物氣體混合物: :iiiim22112 2比體積比體積 單位質(zhì)量流體所具有的體積稱為流體的單位質(zhì)量流體所具有的體積稱為流體的比體積比體積，以以表示，它與流體的密度互為倒數(shù)表示，它與流體的密度互為倒數(shù): : 一流體的比體積，一流體的比體積，m m3 3kgkg-1-1；流體的密度，流體的密度，kgkgm m-3-3。 =1/=1/3 3壓力壓力 流體垂直作用于單位面積上的力稱為流體

8、垂直作用于單位面積上的力稱為壓力壓力：p p流體的壓力，流體的壓力，PaPa；F F流體垂直作用于面積流體垂直作用于面積A A上的力，上的力，N N；A A作用面積，作用面積，m m2 2。壓力的單位壓力的單位PaPa（PascalPascal，帕），即帕），即N Nm m-2-2。latmlatm760mmHg760mmHg1.013251.0132510105 5PaPa10.33mH10.33mH2 2O O1.033kgf1.033kgf-2-2常用壓力單位與常用壓力單位與PaPa之間的換算關(guān)系如下：之間的換算關(guān)系如下：p p= F= FA A 壓力有兩種表達(dá)方式。一是以絕對零壓為起點

9、壓力有兩種表達(dá)方式。一是以絕對零壓為起點而計量的壓力；另一個是以大氣壓力為基準(zhǔn)而計量而計量的壓力；另一個是以大氣壓力為基準(zhǔn)而計量的壓力，當(dāng)被測容器的壓力高于大氣壓時，所測壓的壓力，當(dāng)被測容器的壓力高于大氣壓時，所測壓力稱為力稱為表壓表壓，當(dāng)測容器的壓力低于大氣壓時，所測，當(dāng)測容器的壓力低于大氣壓時，所測壓力稱為壓力稱為真空度真空度。 兩種表達(dá)壓力間的換兩種表達(dá)壓力間的換算關(guān)系為算關(guān)系為 表壓表壓= =絕對壓力絕對壓力- -大氣壓力大氣壓力真空度大氣壓力真空度大氣壓力- -絕對壓力絕對壓力用圖用圖3 31 1來表示其關(guān)系來表示其關(guān)系4 4流量和流速流量和流速 單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體

10、量，單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱為稱為流體的流量流體的流量。若流體量用體積來計量，稱為。若流體量用體積來計量，稱為體體積流量積流量，以符號，以符號q qv v表示，單位為表示，單位為m m3 3s s-1-1；若流體量用若流體量用質(zhì)量來計量，則稱為質(zhì)量來計量，則稱為質(zhì)量流量質(zhì)量流量，以符號，以符號q qm m表示，其表示，其單位為單位為kgkgs s-1-1。若流體量用物質(zhì)的量表示，稱為若流體量用物質(zhì)的量表示，稱為摩摩爾流量爾流量，以符號，以符號q qn n表示，其單位為表示，其單位為molmols s-1-1。qm=qV 質(zhì)量流量與摩爾流量的關(guān)系為質(zhì)量流量與摩爾流量的關(guān)系為 q

11、mMqn 體積流量和質(zhì)量流量的關(guān)系為：體積流量和質(zhì)量流量的關(guān)系為： 單位時間內(nèi)，流體在管道內(nèi)沿流動方向所流過單位時間內(nèi)，流體在管道內(nèi)沿流動方向所流過的距離，稱為流體的流速，以的距離，稱為流體的流速，以u u表示，單位為表示，單位為 m ms s-1-1。u=qV/ /S S S與流體流動方向相垂直的管道截面積，與流體流動方向相垂直的管道截面積，m m2 2 管道中心的流速最大，離管中心距離越遠(yuǎn)，流管道中心的流速最大，離管中心距離越遠(yuǎn)，流速越小，而在緊靠管壁處，流速為零。速越小，而在緊靠管壁處，流速為零。通常所說的流速是指流道整個截面上的平均流速，通常所說的流速是指流道整個截面上的平均流速，以流

12、體的體積流量除以管路的截面積所得的值來表以流體的體積流量除以管路的截面積所得的值來表示：示： 質(zhì)量流速質(zhì)量流速的定義是單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管路單的定義是單位時間內(nèi)流體流經(jīng)管路單位截面積的質(zhì)量，以位截面積的質(zhì)量，以w w表示，單位為表示，單位為 kgkgs s-1-1m m-2-2，表表達(dá)式為：達(dá)式為： w=qmS 流速和質(zhì)量流速兩者之間的關(guān)系：流速和質(zhì)量流速兩者之間的關(guān)系：液體液體3.0m ms s-1-1，高粘度液體高粘度液體 1.0 m ms s-1-1；氣體氣體101020 20 m ms s-1-1，高壓氣體高壓氣體151525 25 m ms s-1

13、-1；飽和水飽和水蒸氣蒸氣202040 40 m ms s-1-1，過熱水蒸氣過熱水蒸氣303050 50 m ms s-1-1。 w=u工業(yè)上用的流速范圍大致為：工業(yè)上用的流速范圍大致為：5 5粘度粘度 粘性是流體內(nèi)部摩擦力的表現(xiàn)，粘度是衡量流粘性是流體內(nèi)部摩擦力的表現(xiàn)，粘度是衡量流體粘性大小的物理量，是流體的重要參數(shù)之一。流體粘性大小的物理量，是流體的重要參數(shù)之一。流體的粘度越大，其流動性就越小。體的粘度越大，其流動性就越小。 流體在圓管內(nèi)的流動，可以看成分割成無數(shù)極流體在圓管內(nèi)的流動，可以看成分割成無數(shù)極薄的圓筒層，其中一層套著一層，各層以不同的速薄的圓筒層，其中一層套著一層，各層以不同

14、的速度向前流動，如圖度向前流動，如圖32所示。所示。圖圖3一一3所示，將下板固定，而對上板施加一個恒定所示，將下板固定，而對上板施加一個恒定的外力，上板就以某一恒定速度的外力，上板就以某一恒定速度u沿著沿著x方向運動。方向運動。 實驗證明實驗證明，對于一定的液體，內(nèi)摩擦力對于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩與兩流體層間的速度差流體層間的速度差u呈正比，與兩層間的接觸面積呈正比，與兩層間的接觸面積A呈正比，而與兩層間的垂直距離呈正比，而與兩層間的垂直距離y呈反比呈反比，即：即： F(u/y)A 引入比例系數(shù)引入比例系數(shù) ，則：，則： F（u/y）A 單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，單位面積

15、上的內(nèi)摩擦力稱為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，以以表示，則有：表示，則有： FA（u/y） 當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度的變化并不是當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則有：直線關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則有： （du/dy） du/dy速度梯度，即在與流動方向相垂直的速度梯度，即在與流動方向相垂直的y方方向向上流體速度的變化率上流體速度的變化率 比例系數(shù)，亦稱為粘性系數(shù)，簡稱粘度。比例系數(shù)，亦稱為粘性系數(shù)，簡稱粘度。 凡符合牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體，凡符合牛頓粘性定律的流體稱為牛頓型流體，所有氣體和大多數(shù)液體都屬于牛頓型流體。所有氣體和大多數(shù)液體都屬于牛頓型流體。 液體的

16、粘度隨著溫度的升高而減小，氣體的粘液體的粘度隨著溫度的升高而減小，氣體的粘度隨著溫度的升高而增加。度隨著溫度的升高而增加。 壓力變化時，液體的粘度基本上不變，氣體的壓力變化時，液體的粘度基本上不變，氣體的粘度隨壓力的增加而增加得很少。粘度隨壓力的增加而增加得很少。=/(du/dy)=(Nm-2)/(ms-1m-1)Nsm-2Pas流體的粘度還用粘度流體的粘度還用粘度與密度與密度的比值來表示，稱為的比值來表示，稱為運動粘度，以運動粘度，以表示之：表示之： 對于低壓氣體混合物的粘度，可采用下式進(jìn)行計對于低壓氣體混合物的粘度，可采用下式進(jìn)行計算算1 P100cP（厘泊）厘泊）=10-1Pas單位為單

17、位為m2s-1 1st100 cst(厘沲厘沲)10-4m2s-1在工業(yè)上常常遇到各種流體的混合物。在工業(yè)上常常遇到各種流體的混合物。m常壓下混合氣體的粘度；常壓下混合氣體的粘度； yi氣體混合物中某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)；氣體混合物中某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)；m=（yiiMi1/2)（yiMi1/2)=/i與氣體混合物相同溫度下某一組分的粘度；與氣體混合物相同溫度下某一組分的粘度； Mi氣體混合物中某一組分的相對分子質(zhì)量。氣體混合物中某一組分的相對分子質(zhì)量。iixlg m液體混合物的粘度；液體混合物的粘度； xi液體混合物中某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)；液體混合物中某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)； i與液體混合物相同溫度下某

18、一組分的粘度與液體混合物相同溫度下某一組分的粘度 對于分子不發(fā)生締合的液體混合物的粘度，采用下對于分子不發(fā)生締合的液體混合物的粘度，采用下式計算：式計算：lgm=1定態(tài)流動和非定態(tài)流動定態(tài)流動和非定態(tài)流動 流體在管道或設(shè)備中流動流體在管道或設(shè)備中流動時，若在任一截面上流體的時，若在任一截面上流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物流速、壓力、密度等有關(guān)物理量僅隨位置而改變，但不理量僅隨位置而改變，但不隨時間而改變，稱為定態(tài)流隨時間而改變，稱為定態(tài)流動；反之，若流體在各截面動；反之，若流體在各截面上的有關(guān)物理量中，只要有上的有關(guān)物理量中，只要有一項隨時間而變化，則稱為一項隨時間而變化，則稱為非定態(tài)流動。非

19、定態(tài)流動。 當(dāng)流體在流動系統(tǒng)中作定態(tài)流動時，根據(jù)質(zhì)量當(dāng)流體在流動系統(tǒng)中作定態(tài)流動時，根據(jù)質(zhì)量作用定律，在沒有物料累積和泄漏的情況下，單位作用定律，在沒有物料累積和泄漏的情況下，單位時間內(nèi)通過流動系統(tǒng)任一截面的流體的質(zhì)量應(yīng)相等。時間內(nèi)通過流動系統(tǒng)任一截面的流體的質(zhì)量應(yīng)相等。 對上圖所示截面對上圖所示截面11和和22之間作物料衡算：之間作物料衡算： qm,1=qm,2因為因為qm=uS，所以：所以：1u1S1=2u2S 在任何一個截面上，則：在任何一個截面上，則： qm=1u1S12u2S2nunSn=常數(shù)常數(shù) 對于不可壓縮流體，對于不可壓縮流體，=常數(shù)，則：常數(shù)，則： 它反映在定態(tài)流動體系中，流

20、量一定時，管路各截面它反映在定態(tài)流動體系中，流量一定時，管路各截面上流體流速的變化規(guī)律。上流體流速的變化規(guī)律。 3流體定態(tài)流動過程的能量衡算流體定態(tài)流動過程的能量衡算柏努利方程柏努利方程 流動體系的能量形式主要有流動體系的能量形式主要有：流體的動能、位能、流體的動能、位能、靜壓能以及流體本身的內(nèi)能。靜壓能以及流體本身的內(nèi)能。 qV=u1S1=u2S2=unSn=常數(shù)常數(shù) 動能動能 流體以一定的流速流動時，便具有一定的動流體以一定的流速流動時，便具有一定的動能。動能為能。動能為mu2/2，單位為單位為kJ。 位能位能 流體因受重力的作用，在不同高度處具有不流體因受重力的作用，在不同高度處具有不同

21、的位能，相當(dāng)在高度同的位能，相當(dāng)在高度Z處所做的功，即處所做的功，即mgZ，單位為單位為kJ。 靜壓能靜壓能 靜止流體內(nèi)部任一處都存在一定的靜壓靜止流體內(nèi)部任一處都存在一定的靜壓力。力。 把流體引入壓力系統(tǒng)把流體引入壓力系統(tǒng)所做的功，稱為流動功。所做的功，稱為流動功。流體由于外界對它作流動流體由于外界對它作流動功而具有的能量，稱為功而具有的能量，稱為靜靜壓能壓能。 內(nèi)能內(nèi)能 內(nèi)能（又稱熱力學(xué)能）是流體內(nèi)部大量分內(nèi)能（又稱熱力學(xué)能）是流體內(nèi)部大量分子運動所具有的內(nèi)動能和分子間相互作用力而形成的子運動所具有的內(nèi)動能和分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能的總和。以內(nèi)位能的總和。以U表示單位質(zhì)量的流體所具有

22、的內(nèi)表示單位質(zhì)量的流體所具有的內(nèi)能，則質(zhì)量為能，則質(zhì)量為m（kg）的流體的內(nèi)能為的流體的內(nèi)能為mU，單位單位kJ。 流體的流動過程實質(zhì)上是流動體系中各種形式能流體的流動過程實質(zhì)上是流動體系中各種形式能量之間的轉(zhuǎn)化過程。量之間的轉(zhuǎn)化過程。（1）理想流體流動過程的能量衡算）理想流體流動過程的能量衡算 理想流體是指在流理想流體是指在流動時沒有內(nèi)摩擦力存在動時沒有內(nèi)摩擦力存在的流體，即粘度為零。的流體，即粘度為零。 如上圖，設(shè)在單位時間內(nèi)有質(zhì)量為如上圖，設(shè)在單位時間內(nèi)有質(zhì)量為m(kg)、密度為密度為的的理想流體在導(dǎo)管中做定態(tài)流動，在與流體流動的垂直方向理想流體在導(dǎo)管中做定態(tài)流動，在與流體流動的垂直方向

23、上選取截面上選取截面1l和截面和截面22，在兩截面之間進(jìn)行能量，在兩截面之間進(jìn)行能量衡算。衡算。 入E 今流體在截面今流體在截面 22處的流速為處的流速為u2， 即即出E= mgZ1+m u12/2+p1m/= mgZ2+m u22/2+p2m/ 根據(jù)能量守恒定律，若在兩截面之間沒有外界能根據(jù)能量守恒定律，若在兩截面之間沒有外界能量輸入，流體也沒有對外界作功，則流體在截面量輸入，流體也沒有對外界作功，則流體在截面11”和截面和截面22”之間應(yīng)符合：之間應(yīng)符合： =入E出E 即 mgZ1+m u12/2+p1m/=mgZ2+m u22/2+p2m/ 對于單位質(zhì)量流體，則：對于單位質(zhì)量流體，則：

24、gZ1+ u12/2+p1/=gZ2+u22/2+p2/ 對于單位重力（重力單位為牛頓）流體，有：對于單位重力（重力單位為牛頓）流體，有： Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) =Z2+u22/(2g)+p2/(g) 工程上，將單位重力的流體所具有的能量單位為工程上，將單位重力的流體所具有的能量單位為JN-1，即即m，稱為稱為“壓頭壓頭”，則，則Z、u2/(2g)和和p/(g)分分別是以壓頭形式表示的位能、動能和靜壓能，分別稱別是以壓頭形式表示的位能、動能和靜壓能，分別稱為為位壓頭、動壓頭和靜壓頭位壓頭、動壓頭和靜壓頭。 使用壓頭形式表示能量時，應(yīng)注明是哪一種流體，使用壓頭形式表示能量時，

25、應(yīng)注明是哪一種流體，如流體是水，應(yīng)說它的壓頭是多少米水柱。如流體是水，應(yīng)說它的壓頭是多少米水柱。 以上各式都是理想流體在定態(tài)流動時的能量衡以上各式都是理想流體在定態(tài)流動時的能量衡算方程式，又稱為算方程式，又稱為柏努利方程柏努利方程（Bernoulli equation）由柏努利方程可知，由柏努利方程可知，理想流體在管道各個截面上的理想流體在管道各個截面上的每種能量并不一定相等，它們在流動時可以相互轉(zhuǎn)每種能量并不一定相等，它們在流動時可以相互轉(zhuǎn)化，但其在管道任一截面上各項能量之和相等，即化，但其在管道任一截面上各項能量之和相等，即總能量（或總壓頭）是一個常數(shù)?？偰芰浚ɑ蚩倝侯^）是一個常數(shù)。 為克

26、服流動阻力使流體流動，往往需要安裝流體為克服流動阻力使流體流動，往往需要安裝流體輸送機(jī)械（如泵或風(fēng)機(jī)）。設(shè)單位重力的流體從流體輸送機(jī)械（如泵或風(fēng)機(jī)）。設(shè)單位重力的流體從流體輸送機(jī)械所獲得的外加壓頭為輸送機(jī)械所獲得的外加壓頭為He，單位單位JN-1域域m。 則實際流體在流動時的柏努利方程為：則實際流體在流動時的柏努利方程為： 對于靜止?fàn)顟B(tài)的流體，對于靜止?fàn)顟B(tài)的流體，u=0，沒有外加能量，沒有外加能量，He =0，而且也沒有因摩擦而造成的阻力損失而且也沒有因摩擦而造成的阻力損失f=0，則柏則柏努利方程簡化為：努利方程簡化為： Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) +He=Z2+u22/(2g)

27、+p2/(g)+hfp1- p2= g(Z1 -Z2) Z1+ p1/(g) =Z2+p2/(g)或或 實際流體在流動時，由于流體粘性的存在，必然實際流體在流動時，由于流體粘性的存在，必然造成阻力損失。造成阻力損失。 （2）實際流體流動過程的能量衡算）實際流體流動過程的能量衡算 連續(xù)性方程和柏努利方程可用來計算化工生產(chǎn)連續(xù)性方程和柏努利方程可用來計算化工生產(chǎn)中流體的流速或流量、流體輸送所需的壓頭和功率等中流體的流速或流量、流體輸送所需的壓頭和功率等流體流動方面的實際問題。流體流動方面的實際問題。 作圖作圖 根據(jù)題意作出流動系統(tǒng)的示意圖以助分根據(jù)題意作出流動系統(tǒng)的示意圖以助分析題意。析題意。 單

28、位務(wù)必統(tǒng)一單位務(wù)必統(tǒng)一 最好均采用國際單位制。最好均采用國際單位制。 4流體流動規(guī)律的應(yīng)用舉例流體流動規(guī)律的應(yīng)用舉例 在應(yīng)用柏努利方程時，應(yīng)該注意以下幾點。在應(yīng)用柏努利方程時，應(yīng)該注意以下幾點。截面的選取截面的選取 確定出上下游截面以明確對流動系確定出上下游截面以明確對流動系統(tǒng)的衡算范圍。統(tǒng)的衡算范圍?；鶞?zhǔn)水平面的選取基準(zhǔn)水平面的選取 為了簡化計算，通常將所選為了簡化計算，通常將所選兩個截面中位置較低的一個作為基準(zhǔn)水平面。兩個截面中位置較低的一個作為基準(zhǔn)水平面。例例 3l 今有一離心水泵，其吸入管規(guī)格為今有一離心水泵，其吸入管規(guī)格為88.5mm4 mm，壓出管為壓出管為75.5mm3.75mm

29、，吸入管中水的流速吸入管中水的流速為為 1.4 ms-1，試求壓出管中水的流速為多少？試求壓出管中水的流速為多少？ （1）管道流速的確定）管道流速的確定解解：吸入管內(nèi)徑吸入管內(nèi)徑dl=88.52 480.5 mm 壓出管內(nèi)徑壓出管內(nèi)徑 d275.52 3.75=68 mm根據(jù)連續(xù)性方程根據(jù)連續(xù)性方程 u1S1= U2S2 圓管的截面積圓管的截面積S=d2/4，上式寫成：上式寫成： u2/ul=(dl/d2)2壓出管中水的流速為：壓出管中水的流速為： u2=(dl/d2)2 ul=(80.5/68)21.4ms-11.96 ms-1表明：當(dāng)流量一定時，圓管中流體的流速與管徑的表明：當(dāng)流量一定時，

30、圓管中流體的流速與管徑的平方呈反比。平方呈反比。（2）容器相對位置的確定）容器相對位置的確定 例例32 采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。高采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。高位槽和反應(yīng)釜均與大氣相通。要求物料在管內(nèi)以位槽和反應(yīng)釜均與大氣相通。要求物料在管內(nèi)以 1.05 ms-1的速度流動。若料液在管內(nèi)流動時的能量的速度流動。若料液在管內(nèi)流動時的能量損失為損失為 2.25 JN-1，試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的，試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出多少米才能滿足加料要求？出口高出多少米才能滿足加料要求？解解：作示意圖，：作示意圖，取高位槽的液面為截面取高位槽的液面為截面11，虹吸管的出口內(nèi)側(cè)為

31、截面虹吸管的出口內(nèi)側(cè)為截面22，并取截面，并取截面22為基準(zhǔn)水為基準(zhǔn)水平面。平面。Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) +He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+hf 式中式中Z1=h，u1 =0 p1=0(表壓表壓)，He =0； Z20，u2=1.05 ms-1，p2=0（表壓），表壓），h f2.25 JN-1在兩截面間列出柏努利方程式：在兩截面間列出柏努利方程式：代入柏努利方程式，并簡化得：代入柏努利方程式，并簡化得：h1.052 m2s-2/29.81 ms-22.25m2.31m即高位槽液面應(yīng)比虹吸管的出口高即高位槽液面應(yīng)比虹吸管的出口高2.31m，才能滿才能滿足加料的要求

32、。足加料的要求。（3）送料用壓縮空氣的壓力的確定）送料用壓縮空氣的壓力的確定 例例34 用離心泵將貯槽中的料液輸送到蒸發(fā)器內(nèi)，用離心泵將貯槽中的料液輸送到蒸發(fā)器內(nèi)，敞口貯槽內(nèi)液面維持恒定。已知料液的密度為敞口貯槽內(nèi)液面維持恒定。已知料液的密度為 1200 kgm-3，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓力為蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓力為 200 mm Hg(真空度真空度)，蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)的液面，蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)的液面 15 m，輸送管道的直徑為輸送管道的直徑為 68 min 4mm，送液量為送液量為 20 m3h-1。設(shè)溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為設(shè)溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為12.23

33、JN-1(不包括出口的能量損失不包括出口的能量損失)，若泵的效率為，若泵的效率為60，試求，試求泵的功率。泵的功率。 （4）流體輸送設(shè)備所需功率的確定）流體輸送設(shè)備所需功率的確定 式中式中 ZI=0，ul0，p 10（表壓）；表壓）；Z215 m，因為因為 qv20/360015.5610-3m3s-1 S（0.06820.004）2m2/4 2.83 10-3 m2故故 u2Qv/S5.56 10-3m3S-1/2.83 103m2 =1.97 ms-1又又 p2200 .013 105/760 = 2.67 104Pa（真空度）真空度） = -2.67 104Pa（表壓）表壓） 解：解：取

34、貯槽液面為截面取貯槽液面為截面11，管路出口內(nèi)側(cè)為截，管路出口內(nèi)側(cè)為截面面22，并以截面，并以截面1一一l為基準(zhǔn)水平面。在截面為基準(zhǔn)水平面。在截面11和截面和截面22之間進(jìn)行能量衡算，有：之間進(jìn)行能量衡算，有：Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) +He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+fNeqmgHeqvgHe=1200 kgm-35.56103 m3s-19.81m/s225.16m1.65103W1.65kwf12.23 JN-1將上列各數(shù)值代入拍努利方程式得：將上列各數(shù)值代入拍努利方程式得：He15 m1.9722m2s-2/(29.81ms-1)-2.67104kgs -2

35、m-1/(12009.81 kgs-2m-2) + 12.23 m 25.16 m液柱液柱泵的理論功率：泵的理論功率：實際功率實際功率：Na=Ne/=1.65kw/0.60=2.75 kw3.3 流體壓力和流量的測量流體壓力和流量的測量 化工生產(chǎn)中，為了監(jiān)視和控制工藝過程，實時化工生產(chǎn)中，為了監(jiān)視和控制工藝過程，實時測量流體性能參數(shù)測量流體性能參數(shù), 所用測量儀表有不同的類型。所用測量儀表有不同的類型。 1.流體壓力的測量流體壓力的測量 （1）U形管壓力計形管壓力計 U形壓力計結(jié)構(gòu)如圖示。管中盛有與測形壓力計結(jié)構(gòu)如圖示。管中盛有與測量液體不互溶、密度為量液體不互溶、密度為i的指示劑。的指示劑。

36、U形管的兩個側(cè)管分別連接到被測系統(tǒng)形管的兩個側(cè)管分別連接到被測系統(tǒng)的兩點的兩點, 得：得：p= p2-p1=（i -）g (Z1 -Z2)=（i-）gR式中：式中：R為壓力計的讀數(shù)，即指示液的液面差；為壓力計的讀數(shù)，即指示液的液面差； i和和分別為指示液及被測液體的密度。分別為指示液及被測液體的密度。p= p2 -p1=I g（Z1 -Z2）=I g R若被測量的流體是氣體，上式可簡化為：若被測量的流體是氣體，上式可簡化為： （2）倒置）倒置U形管壓力計形管壓力計倒置倒置U形管壓力計結(jié)構(gòu)如上圖所示。形管壓力計結(jié)構(gòu)如上圖所示。 （3）微差壓力計）微差壓力計 為測量微小壓力差，常采用微差壓力計。為

37、測量微小壓力差，常采用微差壓力計。用于氣體系統(tǒng)的測量。結(jié)構(gòu)如下圖所示用于氣體系統(tǒng)的測量。結(jié)構(gòu)如下圖所示若兩種指示液的密度分別為若兩種指示液的密度分別為，l和和2，兩兩測壓點之間的壓力差為：測壓點之間的壓力差為：pp2pl=(1-2)gR上述各壓力計構(gòu)造簡單，測壓準(zhǔn)確，在上述各壓力計構(gòu)造簡單，測壓準(zhǔn)確，在實驗室有廣泛的應(yīng)用。實驗室有廣泛的應(yīng)用。 2流體流量的測定流體流量的測定 利用流體機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換原理設(shè)計的流體流量測量利用流體機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換原理設(shè)計的流體流量測量儀表有儀表有孔板流量計，文丘里流量計和轉(zhuǎn)子流量計孔板流量計，文丘里流量計和轉(zhuǎn)子流量計等。等。 （1）孔板流量計孔板流量計 孔板流量計的

38、結(jié)構(gòu)孔板流量計的結(jié)構(gòu)簡單，如圖所示。簡單，如圖所示。 設(shè)流體的密度不變設(shè)流體的密度不變，在孔板前導(dǎo)管上取一，在孔板前導(dǎo)管上取一截面截面11，孔板后取，孔板后取另一截面另一截面22，列出，列出兩截面之間能量衡算式兩截面之間能量衡算式： 式中：式中：u1流體通過孔板前的流速，即流體通過孔板前的流速，即流體在管道中的流速，流體在管道中的流速，ms-1； u2流體通過孔板時的流速，流體通過孔板時的流速，ms-1； p1流體在管道中的靜壓力，流體在管道中的靜壓力，Pa； p2流體通過孔板時的壓力流體通過孔板時的壓力Pa )(221pp 2122u-ugpgpg21221221)(1/ )(2SSppZ1

39、+ u12/(2 g)+p1/(g) = Z2+u22/(2g)+p2/(g)因是水平管道，因是水平管道，Z1= Z2，則有則有=u2=實際流體因阻力會引起壓頭損失，孔板處并有收實際流體因阻力會引起壓頭損失，孔板處并有收縮造成的騷擾，再考慮到孔板與導(dǎo)管間的裝配可縮造成的騷擾，再考慮到孔板與導(dǎo)管間的裝配可能有誤差，歸納為校正系數(shù)，并以代替能有誤差，歸納為校正系數(shù)，并以代替u2得得 的值為的值為0.610.63。 oc若液柱壓力計的讀數(shù)為若液柱壓力計的讀數(shù)為R，指示液的密度為指示液的密度為i，則則)(20021ppcu)(20021ppRgcu 流量計算公式為流量計算公式為 qv=u0So= )(

40、200iRgSc特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，應(yīng)用廣泛，缺點是能特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，應(yīng)用廣泛，缺點是能量損耗較大。量損耗較大。 (2) 文丘里流量計文丘里流量計 針對孔板流量計能量損耗較大的缺點，設(shè)計文丘里流針對孔板流量計能量損耗較大的缺點，設(shè)計文丘里流量計如圖所示。量計如圖所示。 qv=u0So= )(20iVRgSc 式中：式中： 為文丘里流量為文丘里流量計的流量系數(shù)，其值約計的流量系數(shù)，其值約為為0.98，S0為喉管處的截為喉管處的截面積。面積。 vc (3)轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 如圖所示，轉(zhuǎn)子流量計的主要部件為帶刻度線的如圖所示，轉(zhuǎn)子流量計的主要部件為帶刻度線的錐形玻璃管，管內(nèi)裝可上

41、下浮動的轉(zhuǎn)子。錐形玻璃管，管內(nèi)裝可上下浮動的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的上升力等于轉(zhuǎn)子的凈重力時，轉(zhuǎn)子在流體中轉(zhuǎn)子的上升力等于轉(zhuǎn)子的凈重力時，轉(zhuǎn)子在流體中處于平衡狀態(tài)處于平衡狀態(tài)pARVRRg-VRg式中式中 p轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子上下間的壓差下間的壓差, VR轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子體積，體積，AR轉(zhuǎn)子頂端轉(zhuǎn)子頂端面的橫截面積面的橫截面積, R轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子密度子密度 流體密度流體密度根據(jù)柏努利方程同樣可導(dǎo)出：根據(jù)柏努利方程同樣可導(dǎo)出：gpgcuRR/2 式中式中 cR校正因子，與流體的流形、轉(zhuǎn)子形狀等有關(guān)校正因子，與流體的流形、轉(zhuǎn)子形狀等有關(guān)。qV= uRSR=cRSRgpg/2 式中式中 SR轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的面積，轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的面

42、積，m2 qV流體的體積流量，流體的體積流量，m3s1 轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)子采用不銹鋼、銅及塑料不銹鋼、銅及塑料等各種抗腐蝕材料等各種抗腐蝕材料制成，適用于中小流量的測定，常用于制成，適用于中小流量的測定，常用于 2以下管以下管道系統(tǒng)中，耐壓在道系統(tǒng)中，耐壓在 300400 kPa范圍。范圍。 流量公式為流量公式為3.4 管內(nèi)流體流動的阻力管內(nèi)流體流動的阻力 流體本身具有粘性，流體流動時因產(chǎn)生內(nèi)摩擦流體本身具有粘性，流體流動時因產(chǎn)生內(nèi)摩擦力而消耗能量，是流體阻力損失產(chǎn)生的根本原因。力而消耗能量，是流體阻力損失產(chǎn)生的根本原因。管道大小、內(nèi)壁形狀、粗糙度等影響著流體流動狀管道大小、內(nèi)壁形狀、粗糙度等影響著

43、流體流動狀況，是流體產(chǎn)生阻力的外部條件。本節(jié)介紹管路與況，是流體產(chǎn)生阻力的外部條件。本節(jié)介紹管路與系統(tǒng)的管、管件、閥門，并討論流體的流動形態(tài)和系統(tǒng)的管、管件、閥門，并討論流體的流動形態(tài)和管內(nèi)流體流動阻力的定量計算。管內(nèi)流體流動阻力的定量計算。 1. 管、管件及閥門簡介管、管件及閥門簡介 (1) 管管 管子種類繁多。有管子種類繁多。有鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬管、塑料管及橡膠管有色金屬管、塑料管及橡膠管等。等。 常把玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等稱為光滑管；常把玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等稱為光滑管；舊鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管舊鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管. 鋼管分鋼管分有縫

44、鋼管有縫鋼管和和無縫鋼管無縫鋼管,管子按照管材的性質(zhì)，管子按照管材的性質(zhì)，可分為可分為光滑管和粗糙管光滑管和粗糙管。 管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為絕對粗糙絕對粗糙度度，以，以表示。絕對粗糙度表示。絕對粗糙度與管內(nèi)徑與管內(nèi)徑d的比值的比值，稱為稱為相對粗糙度相對粗糙度。表。表31列出了部分管道的絕對粗糙度。列出了部分管道的絕對粗糙度。 （ 3）閥門）閥門 閥門在管道中用以切斷流動或調(diào)節(jié)流量。常用的閥閥門在管道中用以切斷流動或調(diào)節(jié)流量。常用的閥門有截止閥、閘閥和止逆閥等。門有截止閥、閘閥和止逆閥等。 （2）管件）管件 用來改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵

45、塞用來改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵塞管道等。管道等。 2. 流動的形態(tài)流動的形態(tài) 為了解流體在管內(nèi)流動狀為了解流體在管內(nèi)流動狀況及影響因素，雷諾設(shè)計的實況及影響因素，雷諾設(shè)計的實驗可直接觀察到不同的流動形驗可直接觀察到不同的流動形態(tài)。實驗裝置如圖所示。態(tài)。實驗裝置如圖所示。 （1）兩種流動形態(tài)）兩種流動形態(tài)流速不大時墨水呈一條直線，平流速不大時墨水呈一條直線，平穩(wěn)流過管，質(zhì)點彼此平行的沿著穩(wěn)流過管，質(zhì)點彼此平行的沿著管軸的方向作直線運動，質(zhì)點與質(zhì)點之間互不混合。這管軸的方向作直線運動，質(zhì)點與質(zhì)點之間互不混合。這種流動形態(tài)稱為種流動形態(tài)稱為滯流或?qū)恿鳒骰驅(qū)恿?。開大閥門時，墨水線開始出現(xiàn)

46、波動。流速繼續(xù)增大，細(xì)開大閥門時，墨水線開始出現(xiàn)波動。流速繼續(xù)增大，細(xì)線消失，墨水與水完全混合。線消失，墨水與水完全混合。 表明水的質(zhì)點除了沿著管道向前流動以外，各表明水的質(zhì)點除了沿著管道向前流動以外，各質(zhì)點還作不規(guī)則的紊亂運動，且彼此相互碰撞，互質(zhì)點還作不規(guī)則的紊亂運動，且彼此相互碰撞，互相混合，水流質(zhì)點除了沿管軸方向流動外，還有徑相混合，水流質(zhì)點除了沿管軸方向流動外，還有徑向的復(fù)雜運動，這種流動形態(tài)稱為向的復(fù)雜運動，這種流動形態(tài)稱為湍流或紊流湍流或紊流。 （2）流動形態(tài)的判據(jù)）流動形態(tài)的判據(jù) 影響流體流動的因素除流速影響流體流動的因素除流速u外，還有流體流過的外，還有流體流過的通道管徑通道

47、管徑d的大小，及流體的物理性質(zhì)如粘度的大小，及流體的物理性質(zhì)如粘度和密度和密度。稱為雷諾數(shù)，以符號稱為雷諾數(shù)，以符號Re表示：表示：流體在直管中流動時，流體在直管中流動時，當(dāng)當(dāng)Re2 000，流體流動形態(tài)為流體流動形態(tài)為滯流；滯流；當(dāng)當(dāng) Re4 000時，流體流動形態(tài)為湍流；時，流體流動形態(tài)為湍流；而而當(dāng)當(dāng)2000Re4000時，流體的流動則認(rèn)為處于一種過渡時，流體的流動則認(rèn)為處于一種過渡狀態(tài)狀態(tài)，可以是滯流，也可以是湍流。，可以是滯流，也可以是湍流。Redu/若將各物理量的量綱代入，則有：若將各物理量的量綱代入，則有：Re=LLT-1ML-3/ML-1T-1 （3）滯流和湍流的特征）滯流和湍

48、流的特征 如圖所示，如圖所示，滯流時流速沿管徑呈拋物線分布，管滯流時流速沿管徑呈拋物線分布，管中心處流速最大，管截面各點速度的平均值為管中心中心處流速最大，管截面各點速度的平均值為管中心處最大速度的處最大速度的0.5倍；倍；湍流時，流體質(zhì)點強(qiáng)烈湍動有利于交換能量，使得管湍流時，流體質(zhì)點強(qiáng)烈湍動有利于交換能量，使得管截面靠中心部分速度分布比較均勻流速分布曲線前沿截面靠中心部分速度分布比較均勻流速分布曲線前沿平坦，湍流的流速分布曲線與雷諾數(shù)大小有關(guān)，湍流平坦，湍流的流速分布曲線與雷諾數(shù)大小有關(guān)，湍流的平均速度約為最大速度的的平均速度約為最大速度的0.8倍。倍。 湍流流動時在靠近管壁處總有一層作滯流

49、流動的流湍流流動時在靠近管壁處總有一層作滯流流動的流體薄層，稱之為體薄層，稱之為滯流底層滯流底層。滯流內(nèi)層的存在對傳熱過。滯流內(nèi)層的存在對傳熱過程和傳質(zhì)過程有很大的影響。程和傳質(zhì)過程有很大的影響。 例例 35 在在168mm5mm的無縫隙鋼管中輸送原料油，的無縫隙鋼管中輸送原料油，已知油的運動粘度為已知油的運動粘度為 90cst，密度為密度為 910 kgm-3，試求燃料油試求燃料油在管中作滯流時的臨界速度。在管中作滯流時的臨界速度。 解：解：運動粘度運動粘度 v=/，層流時層流時Re的臨界值為的臨界值為2 000，其中其中 d168-25=158mm=0.158m90cst9010-2 10

50、-4m2s-1910-5m2s-1生產(chǎn)中的流體流動大多數(shù)是以湍流形態(tài)進(jìn)行的。生產(chǎn)中的流體流動大多數(shù)是以湍流形態(tài)進(jìn)行的。代入代入Redu/ 得：得：Redu/du/2 000故臨界速度為故臨界速度為 u2000910-5m2s-1/0.158m1.14ms-1 計算非圓形管的計算非圓形管的Re值時，要以當(dāng)量直徑值時，要以當(dāng)量直徑de代替代替d。, 當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de定義為：定義為： （4）流動邊界層）流動邊界層 由于流體粘性作用，近壁面處的流體將相繼受阻由于流體粘性作用，近壁面處的流體將相繼受阻而降速。隨著流體沿壁面向前運動，流速受影響的區(qū)而降速。隨著流體沿壁面向前運動，流速受影響的區(qū)域逐漸擴(kuò)

51、大。將流體受壁面影響而存在速度梯度的區(qū)域逐漸擴(kuò)大。將流體受壁面影響而存在速度梯度的區(qū)域稱為域稱為流體流動的邊界層流體流動的邊界層。一般把邊界層厚度定義為一般把邊界層厚度定義為自壁面到流速達(dá)到流體主體流速自壁面到流速達(dá)到流體主體流速 99處的區(qū)域。處的區(qū)域。de=4流體流動截面積流體流動截面積/流道潤濕周邊長度流道潤濕周邊長度 當(dāng)流體流入圓管時，只在進(jìn)口附近一段距離內(nèi)有當(dāng)流體流入圓管時，只在進(jìn)口附近一段距離內(nèi)有邊界層內(nèi)外之分。如圖邊界層內(nèi)外之分。如圖321所示。當(dāng)管流雷諾數(shù)等所示。當(dāng)管流雷諾數(shù)等于于9 105時，入口管長度約為時，入口管長度約為40倍管直徑。倍管直徑。流體流過較大曲率的物體時，會

52、發(fā)生邊界層分離現(xiàn)流體流過較大曲率的物體時，會發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象。如圖象。如圖322，流體流過圓柱體時，在圓柱表面，流體流過圓柱體時，在圓柱表面ABC處逐步形成邊界層，并因流動截面受阻而在處逐步形成邊界層，并因流動截面受阻而在B處流速最大。處流速最大。 3管內(nèi)流動阻力計算管內(nèi)流動阻力計算 管內(nèi)流動阻力可分為管內(nèi)流動阻力可分為直管阻力和局部阻力直管阻力和局部阻力。直管直管阻力是當(dāng)流體在直管中流動時因內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生的阻阻力是當(dāng)流體在直管中流動時因內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生的阻力；力；局部阻力是流體在流動中，由于管道的局部阻力局部阻力是流體在流動中，由于管道的局部阻力障礙所引起的阻力。障礙所引起的阻力。 流體在管

53、路中流動阻力與流速有關(guān)。流速愈快，能流體在管路中流動阻力與流速有關(guān)。流速愈快，能量損失就愈大，即阻力損失與流體的動壓頭呈正比量損失就愈大，即阻力損失與流體的動壓頭呈正比guhf22 式中式中是一比例系數(shù)，稱為阻力系數(shù)。是一比例系數(shù)，稱為阻力系數(shù)。 (1)直管阻力的計算直管阻力的計算 在柏努利方程式中在柏努利方程式中, hf是指流體在管路系統(tǒng)中的總阻是指流體在管路系統(tǒng)中的總阻力損失，力損失，hf=hfhl設(shè)其靜壓力分別為設(shè)其靜壓力分別為p1和和P2，且且p1P2，在兩個截面之間在兩個截面之間的柏努利方程式為：的柏努利方程式為： 如圖，流體在長為如圖，流體在長為l，內(nèi)徑為內(nèi)徑為d的管內(nèi)以流速的管內(nèi)

54、以流速u作定態(tài)流動，作定態(tài)流動， 在等徑水平管內(nèi)，有在等徑水平管內(nèi)，有Z1= Z2，u1= u2=u，上式變?yōu)椋荷鲜阶優(yōu)椋捍怪弊饔糜诹黧w柱兩端截面垂直作用于流體柱兩端截面11和和22上的力分別為：上的力分別為： Z1+ u12/(2 g)+p1/(g) =Z2+u22/(2g)+p2/(g)+ hfp1-p2=ghfF1=p1A1= p1d12/4F2=p2A2= p2 d22/4d1=d2=d，故推動流體流動的推動力故推動流體流動的推動力F1- F2 =(p1-p2) d2/4而平行作用于管內(nèi)表面上的摩擦力而平行作用于管內(nèi)表面上的摩擦力F為為Fdl 流體在管內(nèi)作定態(tài)等速流動，作用于流體上的推

55、流體在管內(nèi)作定態(tài)等速流動，作用于流體上的推動力和摩擦阻力必然大小相等，方向相反，有：動力和摩擦阻力必然大小相等，方向相反，有： (p1-p2) d22/4=dl p1-p2=4l/dhf =4l/gd得得dlu2828ugudlhf2222udlghpff得得上式稱為范寧上式稱為范寧(Fanning)公式，是直管阻力的計算通公式，是直管阻力的計算通式式。流體在直管內(nèi)流動的阻力及壓力損失與流體流速流體在直管內(nèi)流動的阻力及壓力損失與流體流速和管道幾何尺寸呈正比，比例系數(shù)稱為和管道幾何尺寸呈正比，比例系數(shù)稱為摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)。 如圖所示，選管中心至管壁的任一如圖所示，選管中心至管壁的任一r處

56、的流體圓筒，處的流體圓筒，管長為管長為l，則截面積為則截面積為r2，滑動表面積為滑動表面積為2rl。取微取微分距離分距離dr, 滑動摩擦阻力為：滑動摩擦阻力為：要克服要克服F而使流體流動，流體必須接受與其大小相等、而使流體流動，流體必須接受與其大小相等、方向相反的推動力方向相反的推動力-(p1-p2)r2，即有即有dudr 滯流時的摩擦阻力系數(shù)滯流時的摩擦阻力系數(shù) drdurldyduAF2整理并積分，得：整理并積分，得：Rudulrdrpp0021max2)(-(p1-p2)r2=2rlr：0R，u：umax0 pR222lumax以以d=2R，u=umax/2代入，并整理代入，并整理 湍流

57、時，流體質(zhì)點是不規(guī)則的紊亂運動，質(zhì)點間湍流時，流體質(zhì)點是不規(guī)則的紊亂運動，質(zhì)點間互相碰撞激烈，瞬間改變方向和大小?；ハ嗯鲎布ち?，瞬間改變方向和大小。 Re越大，滯流越大，滯流底層越薄，管壁粗糙度對湍流阻力的影響越大。因而，底層越薄，管壁粗糙度對湍流阻力的影響越大。因而，湍流的流體阻力或摩擦阻力系數(shù)還與管壁粗糙度有關(guān)。湍流的流體阻力或摩擦阻力系數(shù)還與管壁粗糙度有關(guān)。 湍流時的摩擦阻力系數(shù)湍流時的摩擦阻力系數(shù)=64/Rep =32ul/d2或或gudlgphf2Re642a析因?qū)嶒炍鲆驅(qū)嶒?對所研究的過程作理論分析和探索，對所研究的過程作理論分析和探索，尋找影響過程的主要因素。影響的諸因素為：尋找

58、影響過程的主要因素。影響的諸因素為：量綱分析法是通過把變量組合成為一數(shù)群，減少了量綱分析法是通過把變量組合成為一數(shù)群，減少了實驗變量個數(shù)，相應(yīng)減少了實驗次數(shù)。該法在工程實驗變量個數(shù)，相應(yīng)減少了實驗次數(shù)。該法在工程上廣泛應(yīng)用?？杉僭O(shè)為下列冪函數(shù)形式：上廣泛應(yīng)用?？杉僭O(shè)為下列冪函數(shù)形式：實驗研究的步驟和方法實驗研究的步驟和方法p=f(d,l,u, , )b規(guī)劃實驗規(guī)劃實驗 確定所研究的物理量與各影響因素的具確定所研究的物理量與各影響因素的具體關(guān)系，需在其它變量不變下，多次改變一個變量。體關(guān)系，需在其它變量不變下，多次改變一個變量。采用正交實驗法、量綱分析法等簡化實驗。采用正交實驗法、量綱分析法等簡

59、化實驗。PK d a l b u cde f代入并整理得：代入并整理得：du/為雷諾數(shù)為雷諾數(shù)Re； 稱為歐拉數(shù)，以稱為歐拉數(shù)，以 Eu表示；表示； d為相對粗糙度。為相對粗糙度。 2puc.實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理 獲得量綱為一數(shù)群后，它們間的關(guān)獲得量綱為一數(shù)群后，它們間的關(guān)系還需通過實驗，并將實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用適當(dāng)方系還需通過實驗，并將實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用適當(dāng)方式表達(dá)出來。對于式表達(dá)出來。對于湍流摩擦阻力系數(shù)為湍流摩擦阻力系數(shù)為 對于光滑管（對于光滑管（=0），），常用的關(guān)聯(lián)式有柏拉修斯常用的關(guān)聯(lián)式有柏拉修斯（Blasius）公式公式PK d b-e-f l b u2-e 1-ee f將

60、指數(shù)相同的變量合并，得將指數(shù)相同的變量合并，得feddudlKup22= (Re，/d)=0.316 4 Re0.25 上式適用于湍流區(qū)的整個范圍。上式適用于湍流區(qū)的整個范圍。 工程上，經(jīng)常用共線圖將工程上，經(jīng)常用共線圖將與與Re和和/d的關(guān)系形象的關(guān)系形象化，將經(jīng)驗關(guān)系式轉(zhuǎn)換成圖線化，將經(jīng)驗關(guān)系式轉(zhuǎn)換成圖線,如圖如圖325所示。所示。上式適用于流體在光滑管中上式適用于流體在光滑管中, 3 000Re105范圍內(nèi)范圍內(nèi)的計算。的計算。對于粗糙管，常見的有加考萊布魯克公式對于粗糙管，常見的有加考萊布魯克公式-1/2= 1.742 lg2 /d18.7(Re1/2)d. 完全湍流區(qū)完全湍流區(qū) Re