化工原理第三版陳敏恒課件章

1、1 概述1.1 流體流動(dòng)的考察方法1.1.1 連續(xù)性假定 固體力學(xué)：考察對(duì)象-單個(gè)固體，離散介質(zhì)。 流體力學(xué)：考察對(duì)象-無數(shù)質(zhì)點(diǎn)，連續(xù)介質(zhì)。 例如點(diǎn)壓強(qiáng)的考察 p (正壓力/面積)第第1章章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)含有大量分子的流體微團(tuán)，其尺寸遠(yuǎn)小于設(shè)備尺寸、遠(yuǎn)大于分子平均自由程。可能性：1mm3常溫常壓氣體含2.51015個(gè)分子， 分子平均自由程為0.1m量級(jí)。連續(xù)性假定流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)，跟蹤觀察，描述 運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 歐拉法選定空間位置，考察流體運(yùn)動(dòng)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(diǎn)在不同時(shí)刻所占空間位置的連線；流線是同一瞬時(shí)不同流體質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)流動(dòng)參數(shù)僅隨空間變化，而與時(shí)間無關(guān)。1.1.3 流體受力體積力 作用于體積中的各個(gè)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(yùn)動(dòng)、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(yùn)動(dòng)。 牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別。 =f(溫度，壓強(qiáng)) ，壓強(qiáng)不高，可以忽略。 對(duì)液體，溫度升高，黏度下降（內(nèi)聚力為主）對(duì)氣體，溫度升高，黏度上升（熱運(yùn)動(dòng)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(shí)）當(dāng)流體靜止時(shí)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(cè)常用泊（達(dá)因黏度的單位較早的手冊(cè)常用泊（達(dá)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(shí)也用有時(shí)也用/ /，稱運(yùn)動(dòng)黏度，單位，稱運(yùn)動(dòng)黏度，單位m m2 2/s/s。 黏度黏度又稱動(dòng)力黏度。又稱動(dòng)力黏度。1.1.5 流體流動(dòng)的機(jī)械能 為單位質(zhì)量流體的動(dòng)能 gz 為單位質(zhì)量流體的位能 為單位質(zhì)量流體的壓強(qiáng)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(qiáng)分布1.2.1.1 靜壓強(qiáng)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(diǎn)不同方位的靜壓

5、強(qiáng)數(shù)值相等。壓強(qiáng)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(diǎn)解微分方程重力場(chǎng)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(chǎng)，不可壓縮流體適用條件：靜止流體，重力場(chǎng)，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(shí)，有變化時(shí)，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(diǎn)的壓強(qiáng)相等。于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)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(diǎn)，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(shí)仍可用)靜止(或等速直線流動(dòng)的橫截面-均勻流)重力場(chǎng)單連通1.2.2 流體的總勢(shì)能 總勢(shì)能 （壓強(qiáng)能與位能之和） 虛擬壓強(qiáng)1.2.3 壓強(qiáng)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(duì)壓-大氣壓 真空度=大氣壓-絕對(duì)壓表壓真空度絕對(duì)零壓大氣壓絕對(duì)壓絕對(duì)壓1.2.4 靜力學(xué)方程的工程應(yīng)用1.2.4.1 測(cè)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(qiáng)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(dòng)力學(xué)判據(jù):看z大小，還是p大?。客凰礁叨缺葔簭?qiáng)p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(dòng)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(diǎn)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(shí)際平均流速只在流量與實(shí)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(dòng)能。如平均動(dòng)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(duì)不可壓縮流體：連續(xù)性方程式即：定態(tài)流動(dòng)：氣體密度計(jì)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(jī)械能守恒機(jī)械能守恒1）沿軌線的機(jī)械能守恒）沿軌線的機(jī)械能守恒 理想流體：理想流體：=0 運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受質(zhì)

11、量力和壓強(qiáng)力的作用運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受質(zhì)量力和壓強(qiáng)力的作用222P2pugzcucBernoulli不可壓縮流體，或：-理想流體沿軌線的機(jī)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(duì)單根流線也適合。對(duì)單根流線也適合。理想流體管流的機(jī)械能守恒理想流體管流的機(jī)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(diǎn)的總勢(shì)能同一截面上各點(diǎn)的總勢(shì)能 P P /相等（圖相等（圖1-12）理想流體：同一截面上各點(diǎn)的流速理

12、想流體：同一截面上各點(diǎn)的流速u相等相等 所以，伯努利方程對(duì)管流也適用所以，伯努利方程對(duì)管流也適用 2211221222pupugzgz實(shí)際流體管流的機(jī)械能衡算實(shí)際流體管流的機(jī)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(dòng)時(shí)為克服摩擦力要消耗機(jī)械能，機(jī)械能不守恒；流動(dòng)時(shí)為克服摩擦力要消耗機(jī)械能，機(jī)械能不守恒；均勻流段上，截面上各點(diǎn)的動(dòng)能均勻流段上，截面上各點(diǎn)的動(dòng)能u2/2不等，工程上用不等，工程上用平均動(dòng)能代替之。平均動(dòng)能代替之。平均的原則：截面上總動(dòng)能相等。平均的原則：截面上總動(dòng)能相等。動(dòng)能因子動(dòng)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(dòng)能項(xiàng)可用平均流，動(dòng)能

13、項(xiàng)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(chǎng)，定態(tài)流動(dòng)，不可壓縮的 理想流體沿軌線滿流。（2）無外加機(jī)械能或機(jī)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(shí)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(diǎn)1有當(dāng)?shù)丶铀俣?、有遷移加速度點(diǎn)2只有當(dāng)?shù)丶铀俣赛c(diǎn)3有遷移加速度點(diǎn)4沒有加速度均勻流段均勻分布得機(jī)械能衡算式：1.3.2.3 應(yīng)用時(shí)注意 u1A1=u2A2+u3A3應(yīng)用時(shí)注意

14、(錄像)應(yīng)用時(shí)注意閥開、閥關(guān)1.3.2.4 工程應(yīng)用(1)測(cè)風(fēng)量由1-1至2-2排方程 壓差計(jì)：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(shí)的放水速度：由a-a面至出口小孔截面2-2排方程這時(shí)的流動(dòng)條件是定態(tài)的實(shí)際:22upgzpaaa agzu2 agzCu20 機(jī)械能衡算式導(dǎo)出步驟： 簡(jiǎn)化 將問題先簡(jiǎn)化到可分析的狀況，得理論解。 修正 逐一解決與實(shí)際的差距，使結(jié)果可工程應(yīng)用。應(yīng)用時(shí)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(shí) 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(shí)間 解：從1至2截面排柏努利方程任一瞬時(shí) 對(duì)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(jī)的升力如何來的？3.旋轉(zhuǎn)的乒乓球?yàn)槭裁醋呋【€？4.穿堂風(fēng)是什么？（空氣對(duì)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(dòng)量守恒牛頓第二定律可寫成：Ft=(mu)取單位時(shí)間計(jì)： F=(qmu)=出qmu-進(jìn)qmu單進(jìn)單出：FX=qm(u2x-u1x)Fy=qm(u2y-u1y)Fz=

17、qm(u2z-u1z)條件：定態(tài)流動(dòng)， 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(dòng)量守恒式因支管流水， ，所以， (錄像) （2）壓力射流根據(jù)動(dòng)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(dòng)量守恒式這樣 ，得按實(shí)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(dòng)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(dòng)能完全轉(zhuǎn)化成位能取控制體作動(dòng)量守恒計(jì)算方向：頂住水龍,不讓它

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

20、則用機(jī)械能守恒定律。損可以確定，則用機(jī)械能守恒定律。3）最終要用試驗(yàn)來驗(yàn)證關(guān)系式。）最終要用試驗(yàn)來驗(yàn)證關(guān)系式。1.4 流體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4.1 流動(dòng)的型態(tài)對(duì)于水平直管人們發(fā)現(xiàn)兩種規(guī)律：雷諾實(shí)驗(yàn)表明存在兩種流動(dòng)類型(錄像)判斷依據(jù)：雷諾數(shù) ppphf 21fhupgzupgz 2222222111 uRed pu雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)通過雷諾實(shí)驗(yàn)可見兩種流型通過雷諾實(shí)驗(yàn)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(kuò)散）層流：層間互不摻混（分子擴(kuò)散）,分層流動(dòng)，分層流動(dòng)， 微團(tuán)微團(tuán) 不交換不交換湍流：微團(tuán)隨機(jī)脈動(dòng)湍流：微團(tuán)隨機(jī)脈動(dòng) 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(gè)數(shù)量級(jí)幾個(gè)數(shù)量級(jí)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(duì)管流）：判據(jù)（對(duì)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(shí)的=0.018查Re=104, /d=0.0001時(shí)的=0.03。1.5.3.2 1.5.3.2 直管阻力損失的統(tǒng)一表達(dá)式直管阻力損失的統(tǒng)一表達(dá)式 層流時(shí)：層流時(shí)： 湍流時(shí)：湍流時(shí)： 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(shí)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(jī)械能。錄像 錄像 錄像局部阻力計(jì)算式

23、工程上取 ，阻力系數(shù) 或 ，le當(dāng)量長(zhǎng)度實(shí)測(cè)的和le已成圖表，供設(shè)計(jì)使用。注意:兩種方法并不一致，都有近似； 計(jì)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(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度le查管道出口損失值工程計(jì)算(一)水平管輸油在250kPa的壓差下輸送=800kg/m3, =0.1Pas的油品，管長(zhǎng)l+le =10km, 管內(nèi)徑d=300mm。求: 流量為多少m3/s？解：畫簡(jiǎn)圖，從1至2排機(jī)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(duì)其他管影響不大；阻力變化，對(duì)其他管影響不大； 城市供水，供氣按該情況設(shè)計(jì)。城市供水，供氣按該情況設(shè)計(jì)。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(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算已知條件：管長(zhǎng)已知條件：管長(zhǎng)L，管材，管材，管件，管件，需液點(diǎn)，需液點(diǎn)P P2 2， 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求q qV V。求：最佳管徑求：最佳管徑d d，供液點(diǎn)，供液點(diǎn)P P1 1。上述命題還少一個(gè)變量，通常需由設(shè)計(jì)者確定流速上述命題還少一個(gè)變量，通常需由設(shè)計(jì)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(shí)影響管徑的條件下，由于流速同時(shí)影響管徑d d（設(shè)（設(shè)備費(fèi)用）和阻力損失（能耗，操作費(fèi)用），因此必須備費(fèi)用）和阻力損失（能耗，操作費(fèi)用

26、），因此必須確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)流速。確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)流速。 表表1 13 3是常用流體的經(jīng)濟(jì)是常用流體的經(jīng)濟(jì)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(fèi)用費(fèi)用總費(fèi)用總費(fèi)用操作費(fèi)用操作費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用1.6.2 1.6.2 簡(jiǎn)單管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路計(jì)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 常可先設(shè)?？上仍O(shè)在阻力平方區(qū)，再根據(jù)計(jì)算所在阻力平方區(qū)，再根據(jù)計(jì)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(jì)算串聯(lián)管路計(jì)算方程特點(diǎn)：方程特點(diǎn)：hf總總=hf1+hf2+hf3 qV=qV1=qV2=qV3注意各段阻力計(jì)算的注意各段阻力計(jì)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(jì)算復(fù)雜管路計(jì)算 并聯(lián)管路計(jì)算并聯(lián)管路計(jì)算分流或合流時(shí)，有能量的損失和交換，有時(shí)分流或合流時(shí)，有能量的損失和交換，有時(shí)00對(duì)于長(zhǎng)管，三通處的阻力相對(duì)很小可忽略對(duì)于長(zhǎng)管，三通處的阻力相對(duì)很小可忽略方程特點(diǎn)：方程特點(diǎn)： qV總總=qV1+qV2 注意注意hf不要重復(fù)計(jì)算不要重復(fù)計(jì)算21ffBAhhPP工程計(jì)算工程計(jì)算( (一一) ) 原有一長(zhǎng)輸油管路原有一長(zhǎng)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(zhǎng)管旁并接在原來的長(zhǎng)管旁并接一根直徑為一根直徑為d2的長(zhǎng)管。已知油在原管道中為層流。的長(zhǎng)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(gè)式子有三個(gè)式子 2151211018vqdl PP當(dāng)當(dāng)P P2 2= =P P3 3時(shí)，相當(dāng)于并聯(lián)管路時(shí)，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(shí)，增加分支，總管阻力為主時(shí)，增加分支，qV總總幾乎不變。

29、幾乎不變。支管阻力為主時(shí)，增加分支，支管阻力為主時(shí)，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(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式點(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式當(dāng)當(dāng)B, C同時(shí)增加時(shí)，同時(shí)增加時(shí)，uB/uC1如：如：dB=dC=30mm, lC=3m, lB=1m, B=C=0.025當(dāng)當(dāng)B=C=0.17時(shí)，時(shí)， uB/uC=1.35當(dāng)當(dāng)B=C =25時(shí)，時(shí)， uB/uC=1.03, 代價(jià)代價(jià)-能量消耗能量消耗 1.6.3 1.6.3 可壓縮氣體的管路計(jì)算可壓縮氣體的管路計(jì)算 特殊性：特殊

30、性：為為p p的函數(shù)的函數(shù)機(jī)械能衡算式：機(jī)械能衡算式：簡(jiǎn)化：氣體位能很小，可忽略；簡(jiǎn)化：氣體位能很小，可忽略； 等溫流動(dòng)或溫差不大。等溫流動(dòng)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(jì)算工程計(jì)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(diǎn)壓起點(diǎn)壓強(qiáng)強(qiáng)600kPa(絕絕)。求：管道末端煤氣壓強(qiáng)為多少求：管道末端煤氣壓強(qiáng)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(jìn)進(jìn)0 0點(diǎn)為正，出點(diǎn)為正，出0 0點(diǎn)為負(fù)點(diǎn)為負(fù) 310iViq05208)(PPPP iiiiiVildq iiVi

32、Bq)(0PP 00iiiViBBqPPiiiBBPP0當(dāng)當(dāng)P P2 2= =P P3 3時(shí)，相當(dāng)于并聯(lián)管路時(shí)，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(shí)，增加分支，總管阻力為主時(shí)，增加分支，qV總總幾乎不變。幾乎不變。支管阻力為主時(shí)，增加分支，支管阻力為主時(shí)，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(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式點(diǎn)至兩管口截面列機(jī)械能衡算式當(dāng)當(dāng)B, C同時(shí)增加時(shí)，同時(shí)

33、增加時(shí)，uB/uC1如：如：dB=dC=30mm, lC=3m, lB=1m, B=C=0.025當(dāng)當(dāng)B=C=0.17時(shí)，時(shí)， uB/uC=1.35當(dāng)當(dāng)B=C =25時(shí)，時(shí)， uB/uC=1.03, 代價(jià)代價(jià)-能量消耗能量消耗 1.6.3 1.6.3 可壓縮氣體的管路計(jì)算可壓縮氣體的管路計(jì)算 特殊性：特殊性：為為p p的函數(shù)的函數(shù)機(jī)械能衡算式：機(jī)械能衡算式：簡(jiǎn)化：氣體位能很小，可忽略；簡(jiǎn)化：氣體位能很小，可忽略； 等溫流動(dòng)或溫差不大。等溫流動(dòng)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(jì)算工程計(jì)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(diǎn)壓起點(diǎn)壓強(qiáng)強(qiáng)600kPa(絕絕)。求：管道末端煤氣壓強(qiáng)為多少求：管道末端煤氣壓強(qiáng)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(cè)量流速和流量的測(cè)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(diǎn)速度的指示可算出點(diǎn)速度 22222211upup 一般皮托管測(cè)定的管中心的最大速度。一般皮托管測(cè)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(dòng)方向；）皮托管的管口垂直流動(dòng)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(jì)孔板流量計(jì)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(shí)測(cè)，用難以實(shí)測(cè)，用A0計(jì)計(jì) 流量系數(shù)流量系數(shù)C0的數(shù)值只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。的數(shù)值只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)壓

37、方式，孔口，測(cè)壓方式，孔口形狀，加工光潔度，孔板厚度等。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的孔板形狀，加工光潔度，孔板厚度等。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的孔板和角接測(cè)量。和角接測(cè)量。 C0f（Red，m） 見圖見圖152，Red是以管徑計(jì)算的雷諾數(shù)。是以管徑計(jì)算的雷諾數(shù)。 孔板流量計(jì)應(yīng)安裝在水平直管中，前后分布要有孔板流量計(jì)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(jì)的阻力損失很大?？梢?，孔板流量計(jì)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(jì)文丘里流量計(jì)孔板特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力損失較大孔板特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力損失較大( (錄像錄像) )文丘里特點(diǎn)：阻力損失較小，造價(jià)較高文丘里特點(diǎn)：阻力損失較小，造價(jià)較高( (錄像錄像)工程計(jì)算工程計(jì)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(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(dòng)壓差力動(dòng)壓差力 2220222111ugzpugzp 22)()(21201221uuAgzzAAppfff2120210uAA