化工基礎(chǔ) 第3章 流體流動(dòng)過程及流體輸送設(shè)備

1、3.1 3.1 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì)3.2 3.2 流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律3.3 3.3 流體壓力和流量的測量流體壓力和流量的測量 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(dòng)的阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 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(dòng)條件下進(jìn)行。，涉及的過程大部分在流動(dòng)條件下進(jìn)行。流體的流動(dòng)和輸送是必不可少的過程操作。流體的流動(dòng)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

2、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。控制。研究流體的流動(dòng)形態(tài)，為強(qiáng)化設(shè)備和操作提供研究流體的流動(dòng)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(dòng)和輸送主要是解決以下問題。研究流體的流動(dòng)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) 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，km-3 ; m流體質(zhì)量，流體質(zhì)量，kg；V流體體積，流體體積

3、，m3。 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(jì)算：體狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算： =pM/RT p氣體壓力氣體壓力 kNm-2或或kPa；T氣體溫度氣體溫度 K；M氣體摩爾質(zhì)量氣體摩爾質(zhì)量 gmol-1；R氣體常數(shù)氣體常數(shù)Jmo1-1K-1。= mV 化工生產(chǎn)中所遇到的流體，往往是含有多個(gè)組化工生產(chǎn)中所遇到的流體，往往是含有多個(gè)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液體混合物

4、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，kgm-3；wi液體混合物中各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。液體混合物中各組分液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。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，kgm-3； 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，m3kg-1；流體的密度，流體的密度，kgm-3

5、。 =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垂直作用于單位面積上的力稱為壓力壓力：p流體的壓力，流體的壓力，Pa；F流體垂直作用于面積流體垂直作用于面積A上的力，上的力，N；A作用面積，作用面積，m2。壓力的單位壓力的單位Pa（Pascal，帕），即帕），即Nm-2。1atm=760mmHg=1.01325105Pa=10.33mH2O=1.033kgf-2常用壓力單位與常用壓力單位與Pa之間的換算關(guān)系如下：之間的換算關(guān)系如下：P = FA 壓力有兩種表達(dá)方式。一是以絕對零壓為起點(diǎn)壓力有兩種表達(dá)方式。一是以絕對零壓為起點(diǎn)而計(jì)量的壓力；另一是以大氣壓力為基準(zhǔn)而計(jì)量的而計(jì)量的壓力

6、；另一是以大氣壓力為基準(zhǔn)而計(jì)量的壓力，當(dāng)被測容器的壓力高于大氣壓時(shí)，所測壓力壓力，當(dāng)被測容器的壓力高于大氣壓時(shí)，所測壓力稱為稱為表壓表壓，當(dāng)測容器的壓力低于大氣壓時(shí)，所測壓，當(dāng)測容器的壓力低于大氣壓時(shí)，所測壓力稱為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)系流體壓力的重要特性流體壓力的重要特性: 流體壓力處處與它的作用面垂直流體壓力處處與它的作用面垂直,并且總是并且總是指向流體的作用面指向流體的作用面 流體中任一點(diǎn)壓力

7、的大小與所選定的作用面流體中任一點(diǎn)壓力的大小與所選定的作用面在空間的方位無關(guān)在空間的方位無關(guān)4 4流量和流速流量和流速 單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的流體量，單位時(shí)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(jì)量，稱為。若流體量用體積來計(jì)量，稱為體體積流量積流量，以符號，以符號qv表示，單位為表示，單位為m3s-1；若流體量用若流體量用質(zhì)量來計(jì)量，則稱為質(zhì)量來計(jì)量，則稱為質(zhì)量流量質(zhì)量流量，以符號，以符號qm表示，其表示，其單位為單位為kgs-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qn表示，其單位為表示，

8、其單位為mols-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 qmMqn 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(shí)間內(nèi)，流體在管道內(nèi)沿流動(dòng)方向所流過單位時(shí)間內(nèi)，流體在管道內(nèi)沿流動(dòng)方向所流過的距離，稱為的距離，稱為流體的流速流體的流速，以，以u表示，單位為表示，單位為 ms-1。u = qV/S S S 與流體流動(dòng)方向相垂直的管道截面積，與流體流動(dòng)方向相垂直的管道截面積，m2 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。 通常所說的通常所說的流

9、速流速是指流道整個(gè)截面上的平均流速，是指流道整個(gè)截面上的平均流速，以流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(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管路單的定義是單位時(shí)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表示，單位為表示，單位為 kgs-1m-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1.5 3.0ms-1，高粘度液體高粘度液體0.5 1.0 ms-1；氣體氣體10 20 ms-1，高壓氣體高壓氣體15 25 ms-1；飽和水蒸氣飽和水蒸氣20 40

10、ms-1，過熱水蒸氣過熱水蒸氣30 50 ms-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)，粘性是流體內(nèi)部摩擦力的表現(xiàn)，粘度粘度是衡量流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(dòng)性就越小。體的粘度越大，其流動(dòng)性就越小。 流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)，可以看成分割成無數(shù)極流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)，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，各層以不同的速度向前流動(dòng)，如圖度向前流動(dòng)，如圖3-2所示。所示。圖圖3-3所示，將下板

11、固定，而對上板施加一個(gè)恒定的所示，將下板固定，而對上板施加一個(gè)恒定的外力，上板就以某一恒定速度外力，上板就以某一恒定速度u沿著沿著x方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)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： =F

12、A=(u/y) 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，徑向速度的變化并不是當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，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(dòng)方向相垂直的速度梯度，即在與流動(dòng)方向相垂直的y方方向上流體速度的變化率向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

13、，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(shí)，液體的粘度基本上不變，氣體的壓力變化時(shí)，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。意義：意義：剪應(yīng)力的大小與速度梯度成正比。剪應(yīng)力的大小與速度梯度成正比。 描述了任意兩層流體間剪應(yīng)力大小的關(guān)系。描述了任意兩層流體間剪應(yīng)力大小的關(guān)系。物理意義物理意義:dydu 動(dòng)力粘度，簡稱粘度動(dòng)力粘度，簡稱粘度平板間的流體剪應(yīng)力與速度梯度平板間的流體剪應(yīng)力與速度梯度=/(du/dy)=(Nm-2)/(ms-1m-1)=Nsm-2=Pas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

14、示，稱為的比值來表示，稱為運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度，以，以v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(jì)對于低壓氣體混合物的粘度，可采用下式進(jìn)行計(jì)算算1 P=100cP（厘泊）厘泊）=10-1Pas單位為單位為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

15、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； x i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(jì)算：式計(jì)算：lgm=dydu dydua6. 流體類型流體類型牛頓型流體：符合牛頓粘性定律的流體。牛頓型流體：符合牛頓粘性定律的流體。 氣體及大多數(shù)低分子量液體是牛頓型流體。氣體及大多數(shù)低分子量液體是牛頓型流體。 非牛頓型流體非牛頓型流體

16、 a表觀粘度，非純物性表觀粘度，非純物性, 是剪應(yīng)力的函數(shù)。是剪應(yīng)力的函數(shù)。 假塑性流體：表觀粘度隨速度梯度的增大而減小。假塑性流體：表觀粘度隨速度梯度的增大而減小。 幾乎所有高分子溶液或溶體屬于假塑性流體。幾乎所有高分子溶液或溶體屬于假塑性流體。 脹塑性流體：表觀粘度隨速度梯度的增大而增大。脹塑性流體：表觀粘度隨速度梯度的增大而增大。 淀粉、硅酸鹽等懸浮液屬于脹塑性流體。淀粉、硅酸鹽等懸浮液屬于脹塑性流體。 粘塑性流體：當(dāng)應(yīng)力低于粘塑性流體：當(dāng)應(yīng)力低于0 0 時(shí)，不流動(dòng)；當(dāng)應(yīng)力高于時(shí)，不流動(dòng)；當(dāng)應(yīng)力高于0 0時(shí)，時(shí)，流動(dòng)與牛頓型流體一樣。流動(dòng)與牛頓型流體一樣。 0 0 稱為屈服應(yīng)力。稱為屈服

17、應(yīng)力。 如紙漿、牙膏、污水泥漿等。如紙漿、牙膏、污水泥漿等。 觸變性流體：表觀粘度隨時(shí)間的延長而減小，觸變性流體：表觀粘度隨時(shí)間的延長而減小，如油漆等。如油漆等。 粘彈性流體：既有粘性，又有彈性。當(dāng)從大容器口擠出時(shí)，粘彈性流體：既有粘性，又有彈性。當(dāng)從大容器口擠出時(shí)，擠出物會自動(dòng)脹大。擠出物會自動(dòng)脹大。 如塑料和纖維生產(chǎn)中都存在這種現(xiàn)象。如塑料和纖維生產(chǎn)中都存在這種現(xiàn)象。0du/d y粘塑料流體粘塑料流體假塑料流體假塑料流體脹塑料流體脹塑料流體CBADA -牛頓流體；牛頓流體；B -假塑性流體；假塑性流體；C -賓漢塑性流體；賓漢塑性流體；D -脹塑性流體；脹塑性流體；牛頓流體與非牛頓流體剪應(yīng)

18、力與速度梯度的關(guān)系牛頓流體與非牛頓流體剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系3.2 流體流動(dòng)的基本規(guī)律流體流動(dòng)的基本規(guī)律1定態(tài)流動(dòng)和非定態(tài)流動(dòng)定態(tài)流動(dòng)和非定態(tài)流動(dòng) 流體在管道或設(shè)備中流動(dòng)流體在管道或設(shè)備中流動(dòng)時(shí)，若在任一截面上流體的時(shí)，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(shí)間而改變，稱為隨時(shí)間而改變，稱為定態(tài)流定態(tài)流動(dòng)動(dòng)；反之，若流體在各截面；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(xiàng)隨時(shí)間而變化，則一項(xiàng)隨時(shí)間而變化，則稱為稱為非定態(tài)流動(dòng)非定態(tài)流動(dòng)。 2定態(tài)流動(dòng)過程物料衡算定態(tài)流動(dòng)過程物料衡算連續(xù)性

19、方程連續(xù)性方程 當(dāng)流體在流動(dòng)系統(tǒng)中作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量當(dāng)流體在流動(dòng)系統(tǒng)中作定態(tài)流動(dòng)時(shí)，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(shí)間內(nèi)通過流動(dòng)系統(tǒng)任一截面的流體的質(zhì)量應(yīng)相等。時(shí)間內(nèi)通過流動(dòng)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?yàn)橐驗(yàn)閝m=uS，所以：所以：1u1S1 =2u2S 在任何一個(gè)截面上，則：在任何一個(gè)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(dòng)體

20、系中，流量一定時(shí)，管路各截面它反映在定態(tài)流動(dòng)體系中，流量一定時(shí)，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。 qV = u1S1 = u2S2 = = unSn = 常數(shù)常數(shù)3流體定態(tài)流動(dòng)過程的能量衡算流體定態(tài)流動(dòng)過程的能量衡算柏努利柏努利方程方程 流動(dòng)體系的能量形式主要有：流動(dòng)體系的能量形式主要有：流體的動(dòng)能、位能、流體的動(dòng)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。 動(dòng)能動(dòng)能 流體以一定的流速流動(dòng)時(shí)，便具有一定的動(dòng)流體以一定的流速流動(dòng)時(shí)，便具有一定的動(dòng)能。動(dòng)能為能。動(dòng)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

21、的作用，在不同高度處具有不同的位能，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力。靜止流體內(nèi)部任一處都存在一定的靜壓力。 把流體引入壓力系統(tǒng)把流體引入壓力系統(tǒng)所做的功，稱為所做的功，稱為流動(dòng)功流動(dòng)功。流體由于外界對它作流動(dòng)流體由于外界對它作流動(dòng)功而具有的能量，稱為功而具有的能量，稱為靜靜壓能壓能。 如上圖所示，在流體流動(dòng)的管壁上開一如上圖所示，在流體流動(dòng)的管壁上開一個(gè)小孔，并垂直連接一根玻璃管，可以觀察個(gè)小孔，并垂直連接一根玻璃管，可以觀察到液體在玻璃管內(nèi)上升到一定高度。液柱的到液體在玻璃管內(nèi)上升到一

22、定高度。液柱的高度是運(yùn)動(dòng)著的流體在該截面處的靜壓力的高度是運(yùn)動(dòng)著的流體在該截面處的靜壓力的大小。大小。 在流體體積不變的情況下，把流體引入壓在流體體積不變的情況下，把流體引入壓力系統(tǒng)所做的功，稱為流動(dòng)功。流體由于外力系統(tǒng)所做的功，稱為流動(dòng)功。流體由于外界對它作流動(dòng)功而具有的能量，稱為靜壓能。界對它作流動(dòng)功而具有的能量，稱為靜壓能。靜壓能為：靜壓能為：PSVS=pV=Pm，單位為，單位為 kJ。 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(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)能和分子間相互作用力而形成的子運(yùn)動(dòng)所具有的內(nèi)動(dòng)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

23、。以U表示單位質(zhì)量的流體所具有的內(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(dòng)過程實(shí)質(zhì)上是流動(dòng)體系中各種形式能流體的流動(dòng)過程實(shí)質(zhì)上是流動(dòng)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(dòng)過程的能量衡算）理想流體流動(dòng)過程的能量衡算 理想流體是指在流理想流體是指在流動(dòng)時(shí)沒有內(nèi)摩擦力存在動(dòng)時(shí)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(shí)間內(nèi)有質(zhì)量為如上圖，設(shè)在單位時(shí)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(dòng)，在與流體流動(dòng)的垂直方向理想流體在導(dǎo)管中做定

24、態(tài)流動(dòng)，在與流體流動(dòng)的垂直方向上選取截面上選取截面1-l和截面和截面2-2，在兩截面之間進(jìn)行能量衡算。，在兩截面之間進(jìn)行能量衡算。 入E 今流體在截面今流體在截面 2-2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1-1”和截面和截面2-2”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

25、位質(zhì)量流體，則：對于單位質(zhì)量流體，則： 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(dòng)能和靜壓能，分別稱別是以壓頭形式表示的位能、動(dòng)能和靜壓能，分別稱為為位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭位壓頭、動(dòng)壓頭和靜壓頭。 使用壓頭形式表示能量時(shí)，應(yīng)注

26、明是哪一種流體，使用壓頭形式表示能量時(shí)，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(dòng)時(shí)的能量衡以上各式都是理想流體在定態(tài)流動(dòng)時(shí)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(gè)截面上的理想流體在管道各個(gè)截面上的每種能量并不一定相等，它們在流動(dòng)時(shí)可以相互轉(zhuǎn)每種能量并不一定相等，它們在流動(dòng)時(shí)可以相互轉(zhuǎn)化，但其在管道任一截面上各項(xiàng)能量之和相等，即化，但其在管道任一截面上各項(xiàng)能量之和相等，即總能量（或總壓頭）是一個(gè)常

27、數(shù)?？偰芰浚ɑ蚩倝侯^）是一個(gè)常數(shù)。2211pgzpgz 注意注意Bernoulli 方程的適用條件；方程的適用條件； 重力場中，連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮流體。重力場中，連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮流體。 對可壓縮流體，若開始和終了的壓力變化不超過對可壓縮流體，若開始和終了的壓力變化不超過20%，密密度取平均壓力下的數(shù)值，也可應(yīng)用上式度取平均壓力下的數(shù)值，也可應(yīng)用上式。0u流體靜止，流體靜止，幾點(diǎn)說明：幾點(diǎn)說明： 注意式中各項(xiàng)的意義及單位；注意式中各項(xiàng)的意義及單位； 三種形式機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換；三種形式機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換； Bernoulli 方程與靜力學(xué)方程關(guān)系；方程與靜力學(xué)方程關(guān)系；1132244535

28、p1p2p 等壓面等壓面定義定義: : 靜止、連續(xù)的均質(zhì)流體，處于同一水平面上的各點(diǎn)壓力相等靜止、連續(xù)的均質(zhì)流體，處于同一水平面上的各點(diǎn)壓力相等關(guān)于靜力學(xué)方程的討論關(guān)于靜力學(xué)方程的討論實(shí)例：實(shí)例：等壓面概念 p0變化某一數(shù)值，則變化某一數(shù)值，則 p改變同樣大小數(shù)值改變同樣大小數(shù)值壓力的可傳遞性壓力的可傳遞性ghpp02211pgzpgz或常數(shù)pgzpozoh112p1p2z2z1重力場中的壓力分布重力場中的壓力分布有關(guān)、僅和一定，hpp0 靜止流體內(nèi)部，各不同截面上的壓力能和位能兩者之和為常數(shù)。靜止流體內(nèi)部，各不同截面上的壓力能和位能兩者之和為常數(shù)。 靜力學(xué)方程的幾種不同形式靜力學(xué)方程的幾種不

29、同形式 2211gZpgZpaPgzpgzp2211kgJ /2211zgpzgpNJ /應(yīng)用應(yīng)用 單位統(tǒng)一；單位統(tǒng)一； 基準(zhǔn)統(tǒng)一；基準(zhǔn)統(tǒng)一； 選擇界面，條件充分，垂直流動(dòng)方向；選擇界面，條件充分，垂直流動(dòng)方向； 原則上沿流動(dòng)方向上任意兩截面均可。原則上沿流動(dòng)方向上任意兩截面均可。200021112121upgzupgz0001010ppuza) 虹吸管虹吸管在在0-0 和和1-1面間列柏努利方程面間列柏努利方程gHu20可得：可得：位能位能 動(dòng)能動(dòng)能 虹吸管Apah110BpaH0 b) 文氏管和噴射泵文氏管和噴射泵222221112121upgzupgz)(21212221uupp壓力能壓

30、力能 動(dòng)能動(dòng)能 1122p1 文氏管u1p2u20理想流體的能量分布11341250理想流體能量分布 為克服流動(dòng)阻力使流體流動(dòng)，往往需要安裝流體為克服流動(dòng)阻力使流體流動(dòng)，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(shí)際流體在流動(dòng)時(shí)的柏努利方程為：則實(shí)際流體在流動(dòng)時(shí)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hf=0，則柏則

31、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)+p2/(g)+hfp1- p2= g(Z1 -Z2) Z1+ p1/(g) =Z2+p2/(g)或或 實(shí)際流體在流動(dòng)時(shí)，由于流體粘性的存在，必然實(shí)際流體在流動(dòng)時(shí)，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(shí)際流體流動(dòng)過程的能量衡算）實(shí)際流體流動(dòng)過程的能量衡算 實(shí)際流體的能量分布OO23451fhgu22gpkgJ /Rupgzwupgze2222222111fepupgzwupgz22222222211111mNJ/3/mJf2222e2111hg2ugpzHg2ug

32、pz 壓力頭損失 損失的機(jī)械能Rpf式中 壓力降壓力降 實(shí)際流體柏努利方程幾種表達(dá)形式及意義實(shí)際流體柏努利方程幾種表達(dá)形式及意義位能靜壓能 動(dòng)能有效功位頭壓力頭 動(dòng)壓頭 有效壓頭（速度頭） 連續(xù)性方程和柏努利方程可用來計(jì)算化工生產(chǎn)連續(xù)性方程和柏努利方程可用來計(jì)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(dòng)方面的實(shí)際問題。流體流動(dòng)方面的實(shí)際問題。 4流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例 在應(yīng)用柏努利方程時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。在應(yīng)用柏努利方程時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。 依題意畫出流程示意圖，標(biāo)明流動(dòng)方向；依題意畫出流程示意圖，標(biāo)明

33、流動(dòng)方向； 選取適當(dāng)截面，與流向垂直；選取適當(dāng)截面，與流向垂直； 截面的選取應(yīng)包含待求的未截面的選取應(yīng)包含待求的未 知量和盡可能多的已知量，如大截面、敞開截面；知量和盡可能多的已知量，如大截面、敞開截面； 式中各項(xiàng)的單位相同；式中各項(xiàng)的單位相同； 基準(zhǔn)一致，壓力基準(zhǔn)，位頭基準(zhǔn)；基準(zhǔn)一致，壓力基準(zhǔn)，位頭基準(zhǔn)； 流速使用所選截面上平均速度；流速使用所選截面上平均速度； 有效功率有效功率 Pe：meeqWP 或gHqPVe 效率效率PPe/P P 輸送機(jī)械的軸功率輸送機(jī)械的軸功率例例 3-l 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75.5m

34、m3.75mm，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=88.5-2 480.5 mm 壓出管內(nèi)徑壓出管內(nèi)徑 d2=75.5-2 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-1=1.96 ms-1表明：當(dāng)流量一定時(shí)，圓管中流體的流速與管徑

35、的表明：當(dāng)流量一定時(shí)，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3-2 采用虹吸管從高位槽向反應(yīng)釜中加料。高位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(dòng)。若料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失的速度流動(dòng)。若料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為為 2.25 JN-1，試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口，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？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

36、1-1，虹吸管的出口內(nèi)側(cè)為截面虹吸管的出口內(nèi)側(cè)為截面2-2，并取截面并取截面2-2為基準(zhǔn)水平面。為基準(zhǔn)水平面。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：h =1.052 m2s-2/29.81 ms-22.25m=2.31m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

37、.31m，才能滿才能滿足加料的要求。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3-4 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 mm 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

38、經(jīng)全部管路的能量損失為12.23 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 1=0（表壓）；表壓）；Z2=15 m，因?yàn)橐驗(yàn)?qv=20/3600=5.5610-3m3s-1 S=（0.06820.004）2m2/4 =2.83 10-3 m2故故 u2=qv/S=5.56 10-3m3S-1/2.83 10-3m2 =1.97 ms-1又又 p2=200 .013 105/760 = 2.67 104Pa（真空度）真空度）

39、= -2.67 104Pa（表壓）表壓） 解：解：取貯槽液面為截面取貯槽液面為截面1-1，管路出口內(nèi)側(cè)為截面，管路出口內(nèi)側(cè)為截面2-2，并以截面，并以截面1-l為基準(zhǔn)水平面。在截面為基準(zhǔn)水平面。在截面1-1和截和截面面2-2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)+hfNe=qmgHe=qvgHe=1200 kgm-35.56103 m3s-19.81m/s225.16m=1.65103W=1.65kwf12.23 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：He=15 m1.

40、9722m2s-2/(29.81ms-1)-2.67104kgs -2m-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(shí)際功率實(shí)際功率：Na=Ne/=1.65kw/0.60=2.75 kw截面選擇原則截面選擇原則用泵將水槽中水打到高位槽。用泵將水槽中水打到高位槽。真空表讀數(shù)真空表讀數(shù)31925Pa，管路管路阻力阻力Rf0-2=23u2，管路阻力管路阻力Rf0-1=4u2 。問題問題 （1）管內(nèi)流速？）管內(nèi)流速？ （2）泵所做的功？）泵所做的功？10211120002121RuPgZuPgZ102111210RuPgZ212

41、142110003192581. 90uu smu/2 . 2120222220002121RuPgZwuPgZekgJwuRgZwee/2212381. 91121202基準(zhǔn)一致，壓力基準(zhǔn)，位頭基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)一致，壓力基準(zhǔn)，位頭基準(zhǔn)。通大氣的面，壓力為大氣壓。通大氣的面，壓力為大氣壓。P(g)=0大截面的流速可忽略不計(jì)。大截面的流速可忽略不計(jì)。u=0選取適當(dāng)截面，與流向垂直，條件充分。選取適當(dāng)截面，與流向垂直，條件充分。例例3-5001m1110m22R2R1解：解：3.3 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(shí)時(shí)化工生產(chǎn)中，為了監(jiān)視和控制工藝過程，實(shí)時(shí)

42、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。 測壓管php0ghp0 測壓管測壓管: : 絕壓絕壓: :氣壓計(jì)氣壓計(jì):ghp0pghp 氣壓計(jì)p = 0p0h測壓管和氣壓計(jì)測壓管和氣壓計(jì)表壓表壓: 1.流體壓力的測量流體壓力的測量 U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì) 選基準(zhǔn)面列靜力學(xué)方程選基準(zhǔn)面列靜力學(xué)方程110gzppgRgzpp220Rzz21gRpp)(21R則）（若gRpp21則若1122p1p2z1z2RU 形管壓差計(jì)00110gzpp11p1paz1R00若若U形管壓差計(jì)一端與大氣相通，則可測得表壓（或絕壓）。形管壓差計(jì)一端與大氣相通，則可測得表壓（

43、或絕壓）。 11gzgRp（表）apgzgRp11（絕）gRppa0gRpp)(21 傾斜液柱壓差計(jì)傾斜液柱壓差計(jì)sin1RR R1Rp1p2傾斜液柱壓差計(jì)傾斜液柱壓差計(jì) 微差壓差計(jì)微差壓差計(jì))(10略小且形管直徑擴(kuò)張室直徑ACU)(21CAgRppp2RcA微差壓差計(jì)微差壓差計(jì)p1gRpp)(21 倒倒U U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì)gRpp21倒倒U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì)1122p1p2z1z2R00目的：目的： 恒定設(shè)備內(nèi)的壓力，恒定設(shè)備內(nèi)的壓力， 防止超壓；防止超壓；(2) 液封高度液封高度安全液封安全液封h0p溢流水00氣液氣gph0液封高度計(jì)算：液封高度計(jì)算：p00水氣體h0. 煤氣柜煤氣

44、柜 防止氣體外泄；防止氣體外泄； 水封水封 （3）浮力浮力物體所受浮力：靜止流體施加于該物體各表面上的總壓力在垂直物體所受浮力：靜止流體施加于該物體各表面上的總壓力在垂直 方向上的代數(shù)和。方向上的代數(shù)和。 液體內(nèi)物體的受力分析液體內(nèi)物體的受力分析bah(a)mgF(b)(c)p0p1p2 以機(jī)械能衡算方程為基礎(chǔ)的測定方法，應(yīng)用公式：以機(jī)械能衡算方程為基礎(chǔ)的測定方法，應(yīng)用公式：2 流速和流量測定流速和流量測定RugzpWugzpe2222222111222111susu 流體的速度和流量測定是一個(gè)重要的測量參數(shù)流體的速度和流量測定是一個(gè)重要的測量參數(shù)； 測量用的方法和流量計(jì)的種類很多。測量用的方

45、法和流量計(jì)的種類很多。 1 測速管（畢托管測速管（畢托管 Pitot ） (1) (1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 同心套管、壓差計(jì)同心套管、壓差計(jì) 。 RAB實(shí)際應(yīng)用的畢托管示意圖實(shí)際應(yīng)用的畢托管示意圖(2) 測量原理測量原理 未放測速管時(shí)，截面各點(diǎn)均為靜壓能。未放測速管時(shí)，截面各點(diǎn)均為靜壓能。 放入測速管后，放入測速管后， 外管：開口平行于流向外管：開口平行于流向 pB靜壓能；靜壓能； 內(nèi)管：開口垂直于流向內(nèi)管：開口垂直于流向 pA滯點(diǎn)壓力。滯點(diǎn)壓力。 滯點(diǎn)壓力滯點(diǎn)壓力(沖壓能沖壓能) =靜壓能靜壓能+動(dòng)能動(dòng)能22rBAuppABR 畢托管構(gòu)造原理示意圖畢托管構(gòu)造原理示意圖 CP：校正系數(shù)，一般取校正系數(shù)

46、，一般取0.980.981.00 (1.00 (實(shí)測實(shí)測) ) 流量計(jì)標(biāo)定：校正流量計(jì)的過程。流量計(jì)標(biāo)定：校正流量計(jì)的過程。 (3) 使用方法使用方法 ABrpu2因此，gRCuPr)(2使用時(shí)需校正：1) 測量點(diǎn)速度測量點(diǎn)速度 問題：如何測平均流速、流量、速度分布問題：如何測平均流速、流量、速度分布 平均流速：放于管中心處，測出平均流速：放于管中心處，測出 umax， 層流：層流： 湍流：湍流： max5 . 0 uu max8 . 0 uu gR)(2 a）管口截面管口截面： 嚴(yán)格垂直于流體的流動(dòng)方向；嚴(yán)格垂直于流體的流動(dòng)方向；b）測量點(diǎn)選擇測量點(diǎn)選擇： 在穩(wěn)定流動(dòng)段（直管段），在穩(wěn)定流動(dòng)

47、段（直管段）， 且前后直管各且前后直管各50d , 至少至少 8-12d； c）畢托管直徑畢托管直徑： 外徑不超過管徑的外徑不超過管徑的1/50； d）測量氣體時(shí)測量氣體時(shí)： 壓力變化不超過壓力變化不超過15%； 要求氣體流速要求氣體流速 5 m/s； e）壓差較小時(shí)：壓差較小時(shí)： 可配合微差壓差計(jì)使用。可配合微差壓差計(jì)使用。3) 適用條件適用條件 大直徑管路，流體含固體雜質(zhì)時(shí)不宜采用。大直徑管路，流體含固體雜質(zhì)時(shí)不宜采用。2) 安裝安裝4）畢托管的優(yōu)點(diǎn)：）畢托管的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；結(jié)構(gòu)簡單；使用方便；使用方便；流體的機(jī)械能損失很少。流體的機(jī)械能損失很少。5）畢托管的局限性：）畢托管的局限性：測

48、速管較多地用于測量氣體流場中某點(diǎn)的速度；測速管較多地用于測量氣體流場中某點(diǎn)的速度；測壓孔易堵塞。測壓孔易堵塞。2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) (1) 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 孔板孔板：測量元件；測量元件； 縮脈：孔板后縮脈：孔板后1/32/3 d 處。處。 R121002d1S1u1d0S0u0d2S2u2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 壓差計(jì)兩種取壓方式：壓差計(jì)兩種取壓方式： 縮脈取壓縮脈取壓：孔板前孔板前1d 孔板后孔板后0.5d處。處。 角接取壓角接取壓：孔板前后，并盡量靠近孔板?？装迩昂?，并盡量靠近孔板。 工業(yè)上，常用角接取壓。工業(yè)上，常用角接取壓。 2) 特點(diǎn)：節(jié)流式流量計(jì)特點(diǎn)：節(jié)流

49、式流量計(jì) (恒截面，變壓差恒截面，變壓差)(2) 測量原理測量原理在上圖所示的在上圖所示的1-1、2-2面間列機(jī)械能衡算方程：面間列機(jī)械能衡算方程：22222211upup若不考慮阻力損失，有：若不考慮阻力損失，有：或或 )(gR2)pp(2uu212122，考慮阻力損失，并以孔口流速考慮阻力損失，并以孔口流速u0代替縮脈處速度代替縮脈處速度u2，則有：則有： )(gR2Cuu2120，又0011uSuS)(200gRCu孔口流速：0101uSSu 1001SSCC 流量系數(shù)或孔流系數(shù)流量系數(shù)或孔流系數(shù)式中：式中：),(1010加工取壓方式孔流系數(shù)：ddRfCepSCgRSCqV2)(2000

50、0流量：0.820.800.780.760.740.720.700.680.660.640.620.601041051065550.600.550.450.200.650.700.750.8011Reud孔流系數(shù)C010dd流量系數(shù)與Re之間的關(guān)系65. 060. 010604CRe時(shí)，5 . 010dd工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)孔板：(3) 安裝要求安裝要求 1) 穩(wěn)定段長度：上游穩(wěn)定段長度：上游1540d，下游下游5d處；處； 2) 不宜安裝在要求阻力很小處不宜安裝在要求阻力很小處(如泵入口如泵入口)。(4) 主要優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用方便，造價(jià)低；優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用方便，造價(jià)低

51、；缺點(diǎn)：永久阻力損失大（實(shí)測壓差的缺點(diǎn)：永久阻力損失大（實(shí)測壓差的75%）。）。3 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)(1) (1) 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 1) 1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 喉管喉管2) 特點(diǎn)特點(diǎn) 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì) (恒截面，變壓差恒截面，變壓差)2122221122Rupupppf%10文丘里管，21211.0ppR因此，1221SSuu 代入：(2) 測量原理測量原理 列列1-1及及2-2面間的機(jī)械能方程式：面間的機(jī)械能方程式： pSSu) 1 . 01 (2)(1 21222得：1212SSdd，則令：2pu2195.042因此，gRCpCuVV)(222校正：)(22gRSCqVV流

52、量：(3) 安裝要求安裝要求 穩(wěn)定段長度：上游穩(wěn)定段長度：上游50d，下游下游10d。 (4) 主要優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：永久阻力損失小優(yōu)點(diǎn)：永久阻力損失小(實(shí)測壓差實(shí)測壓差p1-3的的10%)； 缺點(diǎn)：造價(jià)較高，本身尺寸較長。缺點(diǎn)：造價(jià)較高，本身尺寸較長。(5) 孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì) 1) 只能測平均流速，不能測速度分布；只能測平均流速，不能測速度分布； 2) 采用試差法求流量系數(shù)采用試差法求流量系數(shù)Cv 或或 C0； 3) 可繪制校正曲線，直接查取壓差可繪制校正曲線，直接查取壓差-流量關(guān)系。流量關(guān)系。4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) (1)(1) 結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

53、 1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 錐形體（錐角約錐形體（錐角約40）；）； 轉(zhuǎn)子（密度大于流體密度）。轉(zhuǎn)子（密度大于流體密度）。 2) 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 變截面，恒壓差。變截面，恒壓差。2222222111upgzupgz列列1-1及及2-2間伯努利方程：間伯努利方程：)pp(SgV-gV21ffff (2) 測量原理測量原理 原理原理：轉(zhuǎn)子在流體中受力平衡轉(zhuǎn)子在流體中受力平衡 對控制體對控制體(含轉(zhuǎn)子的圓柱體含轉(zhuǎn)子的圓柱體)作力衡算：作力衡算：z2z121 轉(zhuǎn)子受力分析22121uuSSu玻璃管截面積環(huán)隙面積代入：fffSgVSSu)(2)(112122因此，fffRSgVCu)(22校正：轉(zhuǎn)子形式）校正系數(shù)：

54、,(eRRfC 98. 0104ReCR時(shí)，當(dāng))uu(21g)zz(pp21221221 (3) 流量計(jì)的校正流量計(jì)的校正 1) 刻度標(biāo)準(zhǔn)刻度標(biāo)準(zhǔn)(廠家廠家)：液體：液體 20、 水；水； 氣體氣體 20、101325 Pa的空氣。的空氣。fffRVSgVSCq)(22流量：.,10224由刻度直接讀流量時(shí)，hSqRVe2) 條件變化時(shí)，校正方法：條件變化時(shí)，校正方法： * 測不同種類流體時(shí)，測不同種類流體時(shí)， a）校正密度校正密度 同一刻度下，同一刻度下， b）實(shí)驗(yàn)，重新標(biāo)定刻度實(shí)驗(yàn)，重新標(biāo)定刻度-流量曲線流量曲線(常用方法）常用方法） * 量程不符時(shí)量程不符時(shí)， 改變轉(zhuǎn)子改變轉(zhuǎn)子f、Vf、

55、Sf)()(AfBBfAVAVBqq即：min, 2max, 2minmaxSSqqVVfffRVsgVsCq)(223) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程變化。時(shí)，阻力損失不隨流量410eR4) 阻力損失阻力損失(5) 使用使用 1) 用于清潔或腐蝕性流體測量；用于清潔或腐蝕性流體測量； 2) 玻璃管不耐高溫、高壓，易碎；玻璃管不耐高溫、高壓，易碎； 3) 開啟時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)流量閥。開啟時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)流量閥。1) 必須垂直安裝（只能測垂直管中流量）；必須垂直安裝（只能測垂直管中流量）；2) 必須保證轉(zhuǎn)子位于管中心；必須保證轉(zhuǎn)子位于管中心； （轉(zhuǎn)子上刻有斜槽）（轉(zhuǎn)子上刻有斜槽）3) 各種流量計(jì)

56、在管路中的安裝；各種流量計(jì)在管路中的安裝； 為便于檢修，各種流量計(jì)均應(yīng)有旁路。為便于檢修，各種流量計(jì)均應(yīng)有旁路。(4) 安裝安裝 1) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 阻力損失小，測量范圍寬，阻力損失小，測量范圍寬， 流量計(jì)前后不需穩(wěn)定管段。流量計(jì)前后不需穩(wěn)定管段。(6) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)2) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 不耐高壓不耐高壓 (小于小于0.5 MPa)， 管道直徑有限管道直徑有限 (小于小于50mm)。3.4 管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力 流體本身具有粘性，流體流動(dòng)時(shí)因產(chǎn)生內(nèi)摩擦流體本身具有粘性，流體流動(dòng)時(shí)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)

57、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(dòng)狀管道大小、內(nèi)壁形狀、粗糙度等影響著流體流動(dòng)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(dòng)形態(tài)和系統(tǒng)的管、管件、閥門，并討論流體的流動(dòng)形態(tài)和管內(nèi)流體流動(dòng)阻力的定量計(jì)算。管內(nèi)流體流動(dòng)阻力的定量計(jì)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

58、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3-1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(dòng)或調(diào)節(jié)流量。常用的閥閥門在管道中用以切斷流動(dòng)或調(diào)節(jié)流量。常用的閥門有截止閥、閘閥和止逆

59、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(dòng)的形態(tài)流動(dòng)的形態(tài) 為了解流體在管內(nèi)流動(dòng)狀為了解流體在管內(nèi)流動(dòng)狀況及影響因素，雷諾設(shè)計(jì)的實(shí)況及影響因素，雷諾設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可直接觀察到不同的流動(dòng)形驗(yàn)可直接觀察到不同的流動(dòng)形態(tài)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。態(tài)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 （1）兩種流動(dòng)形態(tài)）兩種流動(dòng)形態(tài)流速不大時(shí)墨水呈一條直線，平流速不大時(shí)墨水呈一條直線，平穩(wěn)流過管，質(zhì)點(diǎn)彼此平行的沿著穩(wěn)流過管，質(zhì)點(diǎn)彼此平行的沿著管軸的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間互不混合。這管軸的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)

60、點(diǎn)之間互不混合。這種流動(dòng)形態(tài)稱為種流動(dòng)形態(tài)稱為滯流或?qū)恿鳒骰驅(qū)恿?。開大閥門時(shí)，墨水線開始出現(xiàn)波動(dòng)。流速繼續(xù)增大，細(xì)開大閥門時(shí)，墨水線開始出現(xiàn)波動(dòng)。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(diǎn)除了沿著管道向前流動(dòng)以外，各表明水的質(zhì)點(diǎn)除了沿著管道向前流動(dòng)以外，各質(zhì)點(diǎn)還作不規(guī)則的紊亂運(yùn)動(dòng)，且彼此相互碰撞，互質(zhì)點(diǎn)還作不規(guī)則的紊亂運(yùn)動(dòng)，且彼此相互碰撞，互相混合，水流質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向流動(dòng)外，還有徑相混合，水流質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向流動(dòng)外，還有徑向的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，這種流動(dòng)形態(tài)稱為向的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，這種流動(dòng)形態(tài)稱為湍流或紊流湍流或紊流。 DBAC墨水流線玻璃管1883年年, 英國