化工原理第三版陳敏恒課件章

1、1 概述1.1 流體流動的考察方法1.1.1 連續(xù)性假定 固體力學(xué)：考察對象-單個固體，離散介質(zhì)。 流體力學(xué)：考察對象-無數(shù)質(zhì)點，連續(xù)介質(zhì)。 例如點壓強的考察 p (正壓力/面積)第第1章章 流體流動流體流動質(zhì)點含有大量分子的流體微團，其尺寸遠小于設(shè)備尺寸、遠大于分子平均自由程?？赡苄裕?mm3常溫常壓氣體含2.51015個分子， 分子平均自由程為0.1m量級。連續(xù)性假定流體是由無數(shù)質(zhì)點組成的，彼此間沒有間隙，完全充滿所占空間的連續(xù)介質(zhì)。目的：可用微積分來描述流體的各種參數(shù)。1.1.2 考察方法拉格朗日法選定流體質(zhì)點，跟蹤觀察，描述 運動參數(shù)。 歐拉法選定空間位置，考察流體運動參數(shù)。 軌線與流

2、線(錄像)的區(qū)別：軌線是同一流體質(zhì)點在不同時刻所占空間位置的連線；流線是同一瞬時不同流體質(zhì)點的速度方向連線。系統(tǒng)與控制體的區(qū)別系統(tǒng)（封閉系統(tǒng)） 為眾多流體質(zhì)點的集合，是用拉格朗日法考察流體。 控制體（某固定空間） 如化工設(shè)備，是用歐拉法考察流體。 本門課程通常用歐拉法。定態(tài)流動流動參數(shù)僅隨空間變化，而與時間無關(guān)。1.1.3 流體受力體積力 作用于體積中的各個部位，力的大小與體積（質(zhì)量）有關(guān)。如：重力，慣性力，離心力。表面力 分解成：垂直于作用面，壓力 p ； 平行于作用面，剪切力。1.1.4 流體黏性 (錄像)黏性的物理本質(zhì)：分子間引力和分子熱運動、碰撞。牛頓黏性定律剪應(yīng)力N/m2（Pa），粘

3、度 Ns/m2（Pas ）表明流體受剪切力必運動。 牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別。 =f(溫度，壓強) ，壓強不高，可以忽略。 對液體，溫度升高，黏度下降（內(nèi)聚力為主）對氣體，溫度升高，黏度上升（熱運動為主）理想流體: 假定=0說明：說明： （1）流體剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與正壓力無關(guān)；）流體剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，與正壓力無關(guān)；（不同于固體表面的摩擦力）（不同于固體表面的摩擦力）（2）當(dāng)流體靜止時）當(dāng)流體靜止時du/dy=0, =0；（3）相鄰流體層的流速，只能是連續(xù)變化的，緊靠靜止）相鄰流體層的流速，只能是連續(xù)變化的，緊靠靜止 固體壁面處的流體流速為固體壁面處的流體流速為0。

4、黏度的單位較早的手冊常用泊（達因黏度的單位較早的手冊常用泊（達因秒秒/厘米厘米2）或厘泊）或厘泊 1cP（厘泊）（厘泊）0.001 Pas（水的黏度（水的黏度1cP，20度）度） 有時也用有時也用/ /，稱運動黏度，單位，稱運動黏度，單位m m2 2/s/s。 黏度黏度又稱動力黏度。又稱動力黏度。1.1.5 流體流動的機械能 為單位質(zhì)量流體的動能 gz 為單位質(zhì)量流體的位能 為單位質(zhì)量流體的壓強能22u)2(2mum )(mmgz p)ddd(VlAp 1.2 流體靜力學(xué)1.2.1 靜止流體的壓強分布1.2.1.1 靜壓強的特性任意界面上只受到大小相等方向相反的壓力。作用于任意點不同方位的靜壓

5、強數(shù)值相等。壓強各向傳遞 。1.2.1.2 取控制體作力衡算 ,同樣 ,1.2.1.3 結(jié)合本過程特點解微分方程重力場得 X=0, Y=0, Z=-g因 , ,則積分得 p+gz=常數(shù) 或等高等壓，等壓面01 zpZ 01 xpX 01 ypY 0 xp0 yp0dd1 zpg 2211gzpgzp ghpzzgppaa )(212討論：討論： 1）p2=p1+g h 適用條件：靜止流體，重力場，不可壓縮流體適用條件：靜止流體，重力場，不可壓縮流體 2）如上底面取在容器的液面上，其壓力為）如上底面取在容器的液面上，其壓力為p0 下底面取在容器的任意面上，其壓力為下底面取在容器的任意面上，其壓力

6、為p 則則p =p0+g h 3）當(dāng)）當(dāng)p1有變化時，有變化時，p2也發(fā)生同樣大小的變化。也發(fā)生同樣大小的變化。 p還與還與， h有關(guān)有關(guān) p hp 4）等壓面）等壓面在靜止的、連續(xù)的、同一流體內(nèi)，處在靜止的、連續(xù)的、同一流體內(nèi)，處 于同一水平面上各點的壓強相等。于同一水平面上各點的壓強相等。分析方法（數(shù)學(xué)分析法）取控制體作力衡算結(jié)合本過程的特點，解微分方程1.2.1.4 靜力學(xué)方程應(yīng)用條件同種流體且不可壓縮(氣體高差不大時仍可用)靜止(或等速直線流動的橫截面-均勻流)重力場單連通1.2.2 流體的總勢能 總勢能 （壓強能與位能之和） 虛擬壓強1.2.3 壓強的表示方法1.2.3.1 單位 N

7、/m2=Pa 106Pa=1MPa 流體柱高度 ( p=gh ) 1 atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O 1 bar=105Pa 1 at=1kg(f)/cm2=9.81104Pa1.2.3.2 基準(zhǔn) 表壓=絕對壓-大氣壓 真空度=大氣壓-絕對壓表壓真空度絕對零壓大氣壓絕對壓絕對壓1.2.4 靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用1.2.4.1 測壓已知：R=180mm, h=500mm求：pA=? (絕壓)，(表壓) 解：pB=pa+汞gR pB=pA+水gh pA=pa+汞gR-水gh =1.013105+136009.810.18-10009.810.5 =1.204105P

8、a(絕壓)pA=1.204105-1.013105=1.91104Pa(表壓)1.2.4.2 煙囪拔煙 pA=p2+冷gh pB=p2+熱gh 由于冷熱,則pApB 所以拔風(fēng)煙囪拔風(fēng)的必要條件是什么？1.2.4.3 浮力的本質(zhì)物體上下所受壓強不同取微元： 壓差力=(p2-p1)dA=ghdA=gdV排 V排=dV排1.2.4.4 液封設(shè)備中壓力要保持，液體要排出，須用液封。1.2.4.5 流向判別 接通后流向？流水的有無靜力學(xué)流水的多少動力學(xué)判據(jù):看z大小，還是p大?。客凰礁叨缺葔簭妏左=pA+gzA=PAp右=pB+gzB=PB本次講課習(xí)題：第一章 1，2，3，5，6，7, 8流線演示：

9、 返回流體黏性： 返回1.3 流體流動中的守恒原理1.3.1 質(zhì)量守恒1）流量、流速 流量質(zhì)量流量qm， kg/s （qv） 體積流量qv， m3/s 流速質(zhì)量流速G， kg/m2s（ qm /A） 體積流速u， m/s （ qv /A）2）點速度u 圓管：粘性，速度分布 工程處理方法：平均值 AquV 3）平均速度）平均速度 平均值的選取應(yīng)當(dāng)按其目的采用相應(yīng)的平均方法平均值的選取應(yīng)當(dāng)按其目的采用相應(yīng)的平均方法 平均流速平均流速按照流量相等的原則，即按照流量相等的原則，即 平均流速只在流量與實際平均流速只在流量與實際 的速度分布是等效的，并的速度分布是等效的，并 不代表其他方面也等效。不代表其

10、他方面也等效。 如平均動能。如平均動能。vAAqu AudAudAuAvmwmquAqquAqGuA4）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程） 取控制體作物料衡算（歐拉法）取控制體作物料衡算（歐拉法）212221122122112121222111222111,0.dduuAAuucAuAucqqccqqcAuAudVtdVtAuAuvvmmVV圓管：，對不可壓縮流體：連續(xù)性方程式即：定態(tài)流動：氣體密度計算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：換算：質(zhì)量流速 不隨溫度壓力變化TTpp000 1.3.2 機械能守恒機械能守恒1）沿軌線的機械能守恒）沿軌線的機械能守恒 理想流體：理想流體：=0 運動時，只受質(zhì)

11、量力和壓強力的作用運動時，只受質(zhì)量力和壓強力的作用222P2pugzcucBernoulli不可壓縮流體，或：-理想流體沿軌線的機械能守恒-（）伯努利方程上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。上述伯努利方程方程采用拉格朗日考查推導(dǎo)。定態(tài)條件：流線與軌線重合，故伯努利方程定態(tài)條件：流線與軌線重合，故伯努利方程 對單根流線也適合。對單根流線也適合。理想流體管流的機械能守恒理想流體管流的機械能守恒均勻流段均勻流段（各流線都是平行的直線并與截面垂）：（各流線都是平行的直線并與截面垂）： 同一截面上各點的總勢能同一截面上各點的總勢能 P P /相等（圖相等（圖1-12）理想流體：同一截面上各點的流速理

12、想流體：同一截面上各點的流速u相等相等 所以，伯努利方程對管流也適用所以，伯努利方程對管流也適用 2211221222pupugzgz實際流體管流的機械能衡算實際流體管流的機械能衡算 與理想流體的差別與理想流體的差別 0，u=f(r)流動時為克服摩擦力要消耗機械能，機械能不守恒；流動時為克服摩擦力要消耗機械能，機械能不守恒；均勻流段上，截面上各點的動能均勻流段上，截面上各點的動能u2/2不等，工程上用不等，工程上用平均動能代替之。平均動能代替之。平均的原則：截面上總動能相等。平均的原則：截面上總動能相等。動能因子動能因子在工業(yè)上常見的速度分布在工業(yè)上常見的速度分布1 1，動能項可用平均流，動能

13、項可用平均流速。速。22112212()()22efpupugzhgzh331uAu dAA柏努利方程的應(yīng)用條件：（1）重力場，定態(tài)流動，不可壓縮的 理想流體沿軌線滿流。（2）無外加機械能或機械能輸出。1.3.2.2 推廣到工程上可用形式沿軌線-沿流線 定態(tài)：流線與軌線重合 u、p等參數(shù)與時間無關(guān)沿流線-沿流管 截面處均勻流 （沒有加速度） 截面處流速均勻分布平均速度速度分布 引入理想流體黏性損失 引入hf關(guān)于加速度：點1有當(dāng)?shù)丶铀俣?、有遷移加速度點2只有當(dāng)?shù)丶铀俣赛c3有遷移加速度點4沒有加速度均勻流段均勻分布得機械能衡算式：1.3.2.3 應(yīng)用時注意 u1A1=u2A2+u3A3應(yīng)用時注意

14、(錄像)應(yīng)用時注意閥開、閥關(guān)1.3.2.4 工程應(yīng)用(1)測風(fēng)量由1-1至2-2排方程 壓差計：可得： 2222uppa gRppia 2 iagRppu2)(222 22uAqV (2)虹吸 從1-1至2-2排方程222upgHpaa gHu22 (3)馬利奧特容器 求水面在a-a面以上時的放水速度：由a-a面至出口小孔截面2-2排方程這時的流動條件是定態(tài)的實際:22upgzpaaa agzu2 agzCu20 機械能衡算式導(dǎo)出步驟： 簡化 將問題先簡化到可分析的狀況，得理論解。 修正 逐一解決與實際的差距，使結(jié)果可工程應(yīng)用。應(yīng)用時應(yīng)注意的問題： 看是否符合應(yīng)用條件（連續(xù)流，滿流） 畫示意圖

15、 截面選取 均勻流，已知量最多，大截面u=0 真空吸料現(xiàn)要將30的乙醇輸送到高位槽， ,管子 ,流量0.004m3/s。有人建議抽真空，使料液吸上。忽略hf 。求：p=?3kg/m800 mm5 . 357 解：從1-2排柏努利方程 =5520Pa(絕) guzgpgpa2222 m/s0 . 205. 0785. 0004. 04222 dquV2222gzuppa 1281. 98002280010013. 125 根據(jù)物化知識 30 pV=10700Pa擬定態(tài)處理已知：D=1m, d=40mm, h=0.5m求：放完水所需時間 解：從1至2截面排柏努利方程任一瞬時 對桶內(nèi)液體作質(zhì)量衡算

16、輸入+生成=輸出+積累 22ugh ghu2 thDuddd440022 ghuthdD2dd22 hhgdDtd2d22 s200d2d05 . 0220 hhgdDt 問題：1.行使的列車旁，人為什么不能靠得太近？2.飛機的升力如何來的？3.旋轉(zhuǎn)的乒乓球為什么走弧線？4.穿堂風(fēng)是什么？（空氣對流原理）5.山上的瀑布是如何形成的？本次講課習(xí)題：第一章 11，12，13，14，15，16柏努利演示 返回彎頭壓力分布 返回1.3.3 動量守恒牛頓第二定律可寫成：Ft=(mu)取單位時間計： F=(qmu)=出qmu-進qmu單進單出：FX=qm(u2x-u1x)Fy=qm(u2y-u1y)Fz=

17、qm(u2z-u1z)條件：定態(tài)流動， 管截面上速度均勻分布工程應(yīng)用：（1）流量分配 取一節(jié)作分析忽略壁面摩擦阻力，按x方向動量守恒式因支管流水， ，所以， (錄像) （2）壓力射流根據(jù)動量守恒，壓力射流的小孔流速是多少？解：劃虛線控制體，按水平方向列動量守恒式這樣 ，得按實用形式，得 C0=0.7 20000)(uAuqpApAAApma 200)(uAppAa appu )(20appCu （3）提升高度已知：噴射量 qVj=0.02m3/s, d=0.035m 提升量 qVs=0.03m3/s, D=0.18m求：H=?解：忽略壁面摩擦力，假定速度分布均勻從23排動量守恒方程(p3=pa

18、)從12截面排柏努利方程guHgpgpa2222 m/s23. 1)035. 018. 0(785. 003. 0222 um34. 181. 9223. 142. 122222 gugppHa （4）水龍反沖力已知：D=90mm, d=30mm, pmax=150kPa(表)求：最大理論噴射高度h; 水龍反沖力的大小, 方向。 解：由12截面排柏努利方程 z0)1(222414222212221dduuupp )1()(24142212ddppu m/s4 .17)90301(10001000150244 最大理論噴射高度即為出口動能完全轉(zhuǎn)化成位能取控制體作動量守恒計算方向：頂住水龍,不讓它

19、向后退 m4 .1581. 924 .172222 guhN21403. 0785. 04 AuF 機械能守恒定律和動量守恒定律機械能守恒定律和動量守恒定律的關(guān)系的關(guān)系 都是從牛頓第二定律出發(fā)，反映流體流動各都是從牛頓第二定律出發(fā)，反映流體流動各運動參數(shù)變化規(guī)律。運動參數(shù)變化規(guī)律。要解決有關(guān)流體力學(xué)問題時：要解決有關(guān)流體力學(xué)問題時：1）當(dāng)機械能耗損無法確定，控制體內(nèi)的各作用）當(dāng)機械能耗損無法確定，控制體內(nèi)的各作用 力可以確定，則用動量守恒定律。力可以確定，則用動量守恒定律。2）當(dāng)控制體內(nèi)的各作用力難于確定，機械能耗）當(dāng)控制體內(nèi)的各作用力難于確定，機械能耗 損可以確定，

20、則用機械能守恒定律。損可以確定，則用機械能守恒定律。3）最終要用試驗來驗證關(guān)系式。）最終要用試驗來驗證關(guān)系式。1.4 流體流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4.1 流動的型態(tài)對于水平直管人們發(fā)現(xiàn)兩種規(guī)律：雷諾實驗表明存在兩種流動類型(錄像)判斷依據(jù)：雷諾數(shù) ppphf 21fhupgzupgz 2222222111 uRed pu雷諾實驗雷諾實驗通過雷諾實驗可見兩種流型通過雷諾實驗可見兩種流型層流和湍流層流和湍流 層流：層間互不摻混（分子擴散）層流：層間互不摻混（分子擴散）,分層流動，分層流動， 微團微團 不交換不交換湍流：微團隨機脈動湍流：微團隨機脈動 層間摻混（漩渦傳遞）層間摻混（漩渦傳遞）漩渦傳遞漩渦傳

21、遞分子傳遞分子傳遞 幾個數(shù)量級幾個數(shù)量級流型的判據(jù)：雷諾數(shù)流型的判據(jù)：雷諾數(shù)Re 定義：定義：Re=du/ / 無量綱的數(shù)群無量綱的數(shù)群 物理意義：慣性力物理意義：慣性力/ /黏性力黏性力 判據(jù)（對管流）：判據(jù)（對管流）： Re2000Re2000，必定出現(xiàn)層流，為層流區(qū)；，必定出現(xiàn)層流，為層流區(qū)； 2000Re40002000Re4000Re4000，一般為湍流，為湍流區(qū)。，一般為湍流，為湍流區(qū)。 嚴(yán)格講上述判據(jù)是穩(wěn)定性的判據(jù)，嚴(yán)格講上述判據(jù)是穩(wěn)定性的判據(jù)， Re2000Re,水力光滑管,與Re有關(guān),與/d無關(guān),與Re、/d都有關(guān),完全湍流粗糙管,與Re無關(guān),與/d有關(guān)。同一根管子，可以既是

22、光滑管，又是粗糙管。 查Re=3105, /d=0.0005時的=0.018查Re=104, /d=0.0001時的=0.03。1.5.3.2 1.5.3.2 直管阻力損失的統(tǒng)一表達式直管阻力損失的統(tǒng)一表達式 層流時：層流時： 湍流時：湍流時： 把把64/Re64/Re代入就是泊謖葉方程，代入就是泊謖葉方程，22(Re,)fl uhdfd1218.71.742lg()Red64Re1.5.3.3 非圓形直管阻力損失 用當(dāng)量直徑de這里de僅用于 和速度u為實際平均速度，而1.5.4 局部阻力損失管件閥件處流道變化大，多發(fā)生邊界層脫體, 產(chǎn)生大量旋渦，消耗了機械能。錄像 錄像 錄像局部阻力計算式

23、工程上取 ，阻力系數(shù) 或 ，le當(dāng)量長度實測的和le已成圖表，供設(shè)計使用。注意:兩種方法并不一致，都有近似； 計算所取速度要看圖表規(guī)定。阻力的單位有三種： 損失壓降 Pa=N/m2 損失能量 J/kg 損失壓頭 J/N=m 查截止閥全開, 接管內(nèi)徑d=100mm時的當(dāng)量長度le查管道出口損失值工程計算(一)水平管輸油在250kPa的壓差下輸送=800kg/m3, =0.1Pas的油品，管長l+le =10km, 管內(nèi)徑d=300mm。求: 流量為多少m3/s？解：畫簡圖，從1至2排機械能守恒式 因較大，可先設(shè)Re q qV1V1）討論：兩種極端情況討論：兩種極端情況1 1）總管阻力可忽略，支管

24、阻力為主；）總管阻力可忽略，支管阻力為主； 支管支管A A阻力變化，對其他管影響不大；阻力變化，對其他管影響不大； 城市供水，供氣按該情況設(shè)計。城市供水，供氣按該情況設(shè)計。2 2）總管阻力為主，支管阻力可忽略；）總管阻力為主，支管阻力可忽略； 總管流量不隨支管阻力的影響，僅改變支管的流量總管流量不隨支管阻力的影響，僅改變支管的流量 分配。分配。PAP2P1qV2qV1qV0ABO匯合管路匯合管路 閥門開度閥門開度，p po o， q qV1V1，q qV2V2下降（下降（q qV2V2 q qV1V1） 閥門開度繼續(xù)減小道某閥門開度繼續(xù)減小道某 程度，程度， q qV2V20 0； 閥門再減小

25、，管路成分支管路；閥門再減小，管路成分支管路； 閥門關(guān)閉，管路成聯(lián)通器。閥門關(guān)閉，管路成聯(lián)通器。P1P2P3qV2qV1qV3O設(shè)計型計算設(shè)計型計算已知條件：管長已知條件：管長L，管材，管材，管件，管件，需液點，需液點P P2 2， 設(shè)計要求設(shè)計要求q qV V。求：最佳管徑求：最佳管徑d d，供液點，供液點P P1 1。上述命題還少一個變量，通常需由設(shè)計者確定流速上述命題還少一個變量，通常需由設(shè)計者確定流速u u。 在已知在已知q qV V的條件下，由于流速同時影響管徑的條件下，由于流速同時影響管徑d d（設(shè)（設(shè)備費用）和阻力損失（能耗，操作費用），因此必須備費用）和阻力損失（能耗，操作費用

26、），因此必須確定一個經(jīng)濟流速。確定一個經(jīng)濟流速。 表表1 13 3是常用流體的經(jīng)濟是常用流體的經(jīng)濟流速。流速。 水及一般液體水及一般液體1 13m/s3m/s 氣體氣體 8, 88, 81515，151525m/s25m/s 易燃易燃 低壓低壓 高壓高壓u費用費用總費用總費用操作費用操作費用設(shè)備費用設(shè)備費用1.6.2 1.6.2 簡單管路計算簡單管路計算層流狀態(tài)下層流狀態(tài)下 為顯函數(shù)，可直接求解為顯函數(shù)，可直接求解湍流狀態(tài)下湍流狀態(tài)下 為隱函數(shù)，常要試差求解為隱函數(shù)，常要試差求解 ?？上仍O(shè)?？上仍O(shè)在阻力平方區(qū)，再根據(jù)計算所在阻力平方區(qū)，再根據(jù)計算所得得ReRe修正修正。Re64 1.6.2.1

27、 1.6.2.1 串聯(lián)管路計算串聯(lián)管路計算方程特點：方程特點：hf總總=hf1+hf2+hf3 qV=qV1=qV2=qV3注意各段阻力計算的注意各段阻力計算的 u、l、d、的不同的不同1.6.2.2 1.6.2.2 復(fù)雜管路計算復(fù)雜管路計算 并聯(lián)管路計算并聯(lián)管路計算分流或合流時，有能量的損失和交換，有時分流或合流時，有能量的損失和交換，有時00對于長管，三通處的阻力相對很小可忽略對于長管，三通處的阻力相對很小可忽略方程特點：方程特點： qV總總=qV1+qV2 注意注意hf不要重復(fù)計算不要重復(fù)計算21ffBAhhPP工程計算工程計算( (一一) ) 原有一長輸油管路原有一長輸油管路, 直徑直

28、徑d1=1m, 流量為流量為qV1,現(xiàn)為了增加輸油量的現(xiàn)為了增加輸油量的50%, 在原來的長管旁并接在原來的長管旁并接一根直徑為一根直徑為d2的長管。已知油在原管道中為層流。的長管。已知油在原管道中為層流。求：求：d2=?解：解： hf 1=hf 2,qV2qV1,則則 d2d1,u2u1, Re2P P2P P3 有三個式子有三個式子 2151211018vqdl PP當(dāng)當(dāng)P P2 2= =P P3 3時，相當(dāng)于并聯(lián)管路時，相當(dāng)于并聯(lián)管路 1.6.2.4 1.6.2.4 阻力控制問題阻力控制問題( (瓶頸問題瓶頸問題) )總管阻力為主時，增加分支，總管阻力為主時，增加分支，qV總總幾乎不變。

29、幾乎不變。支管阻力為主時，增加分支，支管阻力為主時，增加分支，qV分支分支互不干擾?；ゲ桓蓴_。 已知：已知：dB=dC, B=C, lClB, B=C探索：探索： 如何均布如何均布? ?12 VVqq由由0 0點至兩管口截面列機械能衡算式點至兩管口截面列機械能衡算式當(dāng)當(dāng)B, C同時增加時，同時增加時，uB/uC1如：如：dB=dC=30mm, lC=3m, lB=1m, B=C=0.025當(dāng)當(dāng)B=C=0.17時，時， uB/uC=1.35當(dāng)當(dāng)B=C =25時，時， uB/uC=1.03, 代價代價-能量消耗能量消耗 1.6.3 1.6.3 可壓縮氣體的管路計算可壓縮氣體的管路計算 特殊性：特殊

30、性：為為p p的函數(shù)的函數(shù)機械能衡算式：機械能衡算式：簡化：氣體位能很小，可忽略；簡化：氣體位能很小，可忽略； 等溫流動或溫差不大。等溫流動或溫差不大。 沿直管不變，沿直管不變，也不變也不變得得 m m為為pm=(p1+p2)/2下的密度下的密度工程計算工程計算( (三三) ) 用用d=300mm, l=90km的管道輸送的管道輸送5000kg/h的的煤氣，該煤氣在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下密度煤氣，該煤氣在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下密度0=0.62kg/m3，管，管道道=0.016，管中煤氣溫度恒定在，管中煤氣溫度恒定在18, 起點壓起點壓強強600kPa(絕絕)。求：管道末端煤氣壓強為多少求：管道末端煤氣壓強為多少kPa(絕

31、絕) ？解：解：質(zhì)量流速質(zhì)量流速skg/m7 .193 . 0785. 03600/500022 AqGm3 .1012291)600(27362. 02000 pTppTmm )600(00287. 02p 212221ln2)(ppGGdlppm )600(1000287. 02223p 222600ln7 .197 .193 . 0290000016. 0p 迭代求得迭代求得 p2=188kPa(絕絕)管管2 2的流向看的流向看P P2 2與與P P0 0大小大小 , ,進進0 0點為正，出點為正，出0 0點為負點為負 310iViq05208)(PPPP iiiiiVildq iiVi

32、Bq)(0PP 00iiiViBBqPPiiiBBPP0當(dāng)當(dāng)P P2 2= =P P3 3時，相當(dāng)于并聯(lián)管路時，相當(dāng)于并聯(lián)管路 1.6.2.4 1.6.2.4 阻力控制問題阻力控制問題( (瓶頸問題瓶頸問題) )總管阻力為主時，增加分支，總管阻力為主時，增加分支，qV總總幾乎不變。幾乎不變。支管阻力為主時，增加分支，支管阻力為主時，增加分支，qV分支分支互不干擾?；ゲ桓蓴_。 流體均布問題流體均布問題已知：已知：dB=dC, B=C, lClB, B=C探索：探索： 如何均布如何均布? ?12 VVqq由由0 0點至兩管口截面列機械能衡算式點至兩管口截面列機械能衡算式當(dāng)當(dāng)B, C同時增加時，同時

33、增加時，uB/uC1如：如：dB=dC=30mm, lC=3m, lB=1m, B=C=0.025當(dāng)當(dāng)B=C=0.17時，時， uB/uC=1.35當(dāng)當(dāng)B=C =25時，時， uB/uC=1.03, 代價代價-能量消耗能量消耗 1.6.3 1.6.3 可壓縮氣體的管路計算可壓縮氣體的管路計算 特殊性：特殊性：為為p p的函數(shù)的函數(shù)機械能衡算式：機械能衡算式：簡化：氣體位能很小，可忽略；簡化：氣體位能很小，可忽略； 等溫流動或溫差不大。等溫流動或溫差不大。 沿直管不變，沿直管不變，也不變也不變得得 m m為為pm=(p1+p2)/2下的密度下的密度工程計算工程計算( (三三) ) 用用d=300

34、mm, l=90km的管道輸送的管道輸送5000kg/h的的煤氣，該煤氣在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下密度煤氣，該煤氣在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下密度0=0.62kg/m3，管，管道道=0.016，管中煤氣溫度恒定在，管中煤氣溫度恒定在18, 起點壓起點壓強強600kPa(絕絕)。求：管道末端煤氣壓強為多少求：管道末端煤氣壓強為多少kPa(絕絕) ？解：解：質(zhì)量流速質(zhì)量流速skg/m7 .193 . 0785. 03600/500022 AqGm3 .1012291)600(27362. 02000 pTppTmm )600(00287. 02p 212221ln2)(ppGGdlppm )600(1000287. 02223p

35、222600ln7 .197 .193 . 0290000016. 0p 迭代求得迭代求得 p2=188kPa(絕絕)本次講課習(xí)題：本次講課習(xí)題：第一章第一章 27，28, 29, 30, 311.7 1.7 流速和流量的測量流速和流量的測量1.7.1 1.7.1 皮托管皮托管 沿流線從沿流線從1至至2排排 柏努利方程柏努利方程 u2=0 根據(jù)根據(jù)h1, h2的指示可算出點速度的指示可算出點速度 22222211upup 一般皮托管測定的管中心的最大速度。一般皮托管測定的管中心的最大速度。安裝要求：安裝要求：1 1）安置在速度穩(wěn)定段，前后要有）安置在速度穩(wěn)定段，前后要有12d12d以上以上 的

36、直管距離；的直管距離；2 2）皮托管的管口垂直流動方向；）皮托管的管口垂直流動方向；3 3）皮托管直徑小于管徑的）皮托管直徑小于管徑的1/501/50。1.7.2 1.7.2 孔板流量計孔板流量計分析處理方法：分析處理方法：(1)(1)先作先作=0處理處理(2)(2)再考慮再考慮的影響的影響由由1至至2截面作能量衡算截面作能量衡算質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒 A1u1=A2u2整理后整理后22222211uu PP(3)(3)考慮考慮的影響的影響；A2難以實測，用難以實測，用A0計計 流量系數(shù)流量系數(shù)C0的數(shù)值只能由實驗測得。的數(shù)值只能由實驗測得。C0取決于雷諾數(shù)取決于雷諾數(shù)Red，面積比，面積比m，測壓

37、方式，孔口，測壓方式，孔口形狀，加工光潔度，孔板厚度等。對于標(biāo)準(zhǔn)的孔板形狀，加工光潔度，孔板厚度等。對于標(biāo)準(zhǔn)的孔板和角接測量。和角接測量。 C0f（Red，m） 見圖見圖152，Red是以管徑計算的雷諾數(shù)。是以管徑計算的雷諾數(shù)。 孔板流量計應(yīng)安裝在水平直管中，前后分布要有孔板流量計應(yīng)安裝在水平直管中，前后分布要有1540d和和5d的直管。的直管。 從圖從圖151可見，孔板流量計的阻力損失很大?？梢?，孔板流量計的阻力損失很大。 孔板的孔徑要合適，孔板的孔徑要合適，d0，h hf f，RR； d0，h hf f，RR。 所以要選擇合適的面積比所以要選擇合適的面積比m。C0=f(Red,m), m=

38、A0/A1文丘里流量計文丘里流量計孔板特點：結(jié)構(gòu)簡單，阻力損失較大孔板特點：結(jié)構(gòu)簡單，阻力損失較大( (錄像錄像) )文丘里特點：阻力損失較小，造價較高文丘里特點：阻力損失較小，造價較高( (錄像錄像)工程計算工程計算(一一) 標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板已知：孔徑已知：孔徑d0, 管徑管徑d1, 物性物性, i，讀數(shù)，讀數(shù)R求：流量求：流量qV解：解：210)(ddm 1.7.3 1.7.3 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子力平衡：轉(zhuǎn)子力平衡：(p1-p2)Af=Vf f g由由1-2能量守恒式：能量守恒式： 重力重力 = 浮力浮力 + 動壓差力動壓差力 2220222111ugzpugzp 22)()(21201221uuAgzzAAppfff2120210uAA