管路上的局部阻力損失

關(guān)于管路上的局部阻力損失阻力系數(shù)法將局部能量損失表示成流動動能因子的一個函數(shù)，即有：或：系數(shù)由實驗測定ζ——局部阻力系數(shù)。第2頁,共74頁，2024年2月25日，星期天1.突然擴大第3頁,共74頁，2024年2月25日，星期天2.突然縮小第4頁,共74頁，2024年2月25日，星期天a曲線：管截面突然擴大b曲線：管截面突然縮小第5頁,共74頁，2024年2月25日，星期天3.進口A2/A1=0,ζc=0.5------進口阻力系數(shù)流體從容器進入管內(nèi)，相當于流體從無限大截面A1進入小截面A2第6頁,共74頁，2024年2月25日，星期天4.出口A1/A2=0,ζe=1------出口阻力系數(shù)流體從管內(nèi)進入容器，相當于流體從小截面A1進入無限大截面A2第7頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

當流體從管子直接排放到管外空間時，管出口內(nèi)側(cè)截面上的壓強可取為與管外空間相同，但出口截面上的動能及出口阻力應與截面選取相匹配。若截面取管出口內(nèi)側(cè)，則表示流體并未離開管路，此時截面上仍有動能，系統(tǒng)的總能量損失不包含出口阻力；若截面取管出口外側(cè)，則表示流體已經(jīng)離開管路，此時截面上動能為零，而系統(tǒng)的總能量損失中應包含出口阻力。由于出口阻力系數(shù)，兩種選取截面方法計算結(jié)果相同。注意點第8頁,共74頁，2024年2月25日，星期天5.管件與閥門180o回彎管三通四通異徑管90o彎頭

閘閥

截止閥

止回閥局部阻力系數(shù)從相關(guān)手冊查得第9頁,共74頁，2024年2月25日，星期天當量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力即：直管阻力損失公式非直管阻力損失如何計算？第10頁,共74頁，2024年2月25日，星期天管路系統(tǒng)中總的能量損失管路系統(tǒng)中總的能量損失，J/kg管路系統(tǒng)中各段直管的總長度，m管路系統(tǒng)中全部管件與閥門的當量長度之和，m管路系統(tǒng)中全部阻力系數(shù)之和，1流體在管路中的流速，m/s第11頁,共74頁，2024年2月25日，星期天管路計算簡單管路復雜管路第12頁,共74頁，2024年2月25日，星期天簡單管路

簡單管路是指流體從入口到出口是在一條管路中流動，無分支或匯合的情形。整個管路直徑可以相同，也可由內(nèi)徑不同的管子串聯(lián)組成，如圖所示。第13頁,共74頁，2024年2月25日，星期天特點：1．流體通過各管段的質(zhì)量流量不變，對于不可壓縮流體，則體積流量也不變，即

2．整個管路的總能量損失等于各段能量損失之和，即第14頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

用泵把20度的苯從地下儲罐送到高位罐，流量為300L/min,高位槽液面比儲罐液面高10m。泵吸入管用89mmX4mm的無縫鋼管，直管長10m，管路上裝有一底閥，一個標準彎頭；泵排除管用57mmX3.5mm的無縫鋼管，直管長度為50m，管路上裝有一個全開的閘閥，一個全開的截止閥，三個標準的彎頭。儲罐及高位槽液面上方均為大氣壓。設儲罐及高位槽液面維持恒定，求泵的軸功率，泵的效率為70%。第15頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

密度為950kg/m3、粘度為1.24mPa·s的料液從高位槽送入塔中，高位槽的液面維持恒定，并高于塔的進料口4.5m，塔內(nèi)表壓強為3.82×103Pa，送液管道直徑為45mm×2.5m，長為35m，管壁的絕對粗糙度為0.2m，求輸液量。第16頁,共74頁，2024年2月25日，星期天初值λ重設λ值第17頁,共74頁，2024年2月25日，星期天復雜管路1、并聯(lián)管路特點：（1）主管中的流量為并聯(lián)的各支路流量之和（2）并聯(lián)管路中各支路的單位質(zhì)量流體的能量損失均相等。AVSVS1VS2VS3B第18頁,共74頁，2024年2月25日，星期天分支管路COAB特點：（1）主管中的流量為各支路流量之和；（2）流體在各支管流動時的阻力損失是相等的。第19頁,共74頁，2024年2月25日，星期天在并聯(lián)管路中，支管1直徑為56mm×2.5m，其長度為30m；支管2直徑為85mm×2.5m，其長度為50m。總管路中水的流量為60m3/h，試求水在兩支管中的流量。第20頁,共74頁，2024年2月25日，星期天水位恒定的高位槽從C、D兩支管同時放水，AB段管長6m，內(nèi)徑41mm，BC段長15m，內(nèi)徑25mm，BD段長24m，內(nèi)徑25mm，上述管長均包括閥門及其它局部阻力損失的當量長度，但不包括出口動能項，分支點B的能量損失可忽略。求D、C兩支管的流量，水槽的總排水量；當D閥關(guān)閉時，求水槽由C支管流出的水量，設全部管路摩擦系數(shù)為0.03，出口阻力損失另計。第21頁,共74頁，2024年2月25日，星期天由于BC和BD兩管路并聯(lián)根據(jù)連續(xù)性方程在高位水槽面和C-C面建立伯努利方程帶入數(shù)據(jù)計算得到括號內(nèi)不加阻力系數(shù)第22頁,共74頁，2024年2月25日，星期天測速管（Pitot管）流量測量第23頁,共74頁，2024年2月25日，星期天測速管的內(nèi)管測得的為管口所在位置的局部流體動能與靜壓能P/ρ之和，稱為沖壓能，測速管的外管前端壁面四周的測壓孔口與管道中流體的流動方向相平行，所測得的是流體的靜壓能P/ρ測量點處的沖壓能與靜壓能之差Δh為測量點處的流速為Δh怎么求？第24頁,共74頁，2024年2月25日，星期天測速管優(yōu)缺點1、優(yōu)點：準確性較高，流體阻力小，適用于測量大直徑管路中氣體流速。2、缺點：不能直接測出平均流速，且壓差讀數(shù)較小，當流體中含固體雜質(zhì)時，易將測壓孔堵塞，故不宜適用測速管。第25頁,共74頁，2024年2月25日，星期天孔板流量計

縮脈，流速最大11

00

第26頁,共74頁，2024年2月25日，星期天設不可壓縮流體在管內(nèi)做水平流動，在1-1‘和0-0’處建立伯努利方程，并忽視能量損失，則有：對于水平管，則有：整理得到：引入校正系數(shù)C1，校正忽視能量損失帶來的誤差第27頁,共74頁，2024年2月25日，星期天引入壓差降校正系數(shù)C2根據(jù)連續(xù)性方程，對于不可壓縮流體，則有則有：第28頁,共74頁，2024年2月25日，星期天令則有：體積流量與壓差的關(guān)系：質(zhì)量流量與壓差的關(guān)系：若壓差由U型管讀出，則有：體積流量與壓差的關(guān)系：質(zhì)量流量與壓差的關(guān)系：系數(shù)C0由實驗測定第29頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

標準孔板的流量系數(shù)第30頁,共74頁，2024年2月25日，星期天孔板流量計優(yōu)缺點1、

優(yōu)點：制造簡單，隨測量條件變化時，更換方便。2、缺點：能量損失較大。第31頁,共74頁，2024年2月25日，星期天文丘里流量計接U型管接U型管體積流量與壓差的關(guān)系：Ao:喉管出截面積第32頁,共74頁，2024年2月25日，星期天文丘里流量計優(yōu)缺點1、優(yōu)點：能量損失小2、缺點：各部分尺寸要求嚴格，要精細加工，造價高。第33頁,共74頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子流量計第34頁,共74頁，2024年2月25日，星期天

當被測流體自錐管下端流入流量計時，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮子的上升力。當差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升．浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應的關(guān)系。第35頁,共74頁，2024年2月25日，星期天設Vf為轉(zhuǎn)子體積，Af為轉(zhuǎn)子最大部分的截面積，ρf為轉(zhuǎn)子密度，ρ為被測流體密度。流體流經(jīng)環(huán)形截面產(chǎn)生的壓強差為(p1-p2)當轉(zhuǎn)子平衡時，根據(jù)孔板流量計流量公式，將壓強差(p1-p2)帶入上式AR：環(huán)隙面積第36頁,共74頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子流量計優(yōu)缺點1、優(yōu)點：讀數(shù)方便，能量損失小，測量范圍寬，能用于腐蝕性流體的測量。2、缺點：管壁大多為玻璃制品，不能受高溫和高壓，易破碎而且安裝時要求保持垂直。第37頁,共74頁，2024年2月25日，星期天習題課(緒論、第一章)化工生產(chǎn)過程：對原料進行化學加工，最終獲得有價值產(chǎn)品的生產(chǎn)過程單元操作：構(gòu)成多種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的物理過程按照原理都可以歸納為幾個基本過程，這些過程稱為化工單元操作。第38頁,共74頁，2024年2月25日，星期天化工原理課程的兩條主線1、傳遞過程（三傳理論）(1)動量傳遞過程（單相或多相流動）；(2)熱量傳遞過程——傳熱；(3)質(zhì)量傳遞過程——傳質(zhì)；2、研究方法論(1)試驗研究方法（經(jīng)驗方法）優(yōu)點、不足(2)數(shù)學模型方法（半理論半經(jīng)驗方法）必要性、廣泛被應用第39頁,共74頁，2024年2月25日，星期天單位制與單位換算質(zhì)量熱容：3kcal/(kg·℃)=（）J/(kg·K)表面張力：5kgf/m=（）N/m在0-1000℃范圍內(nèi)，空氣的質(zhì)量定壓熱容公式為式中溫度T單位為℃，將溫度單位換為K，Cp單位換為J/(kg·K)第40頁,共74頁，2024年2月25日，星期天物料衡算與能量衡算穩(wěn)態(tài)過程：連續(xù)操作過程非穩(wěn)態(tài)過程：間歇操作過程第41頁,共74頁，2024年2月25日，星期天物料衡算本質(zhì)表征：質(zhì)量守恒式中：輸入物料的總和輸出物料的總和累積的物料量適合非穩(wěn)態(tài)過程適合穩(wěn)態(tài)過程第42頁,共74頁，2024年2月25日，星期天能量衡算熱量衡算進入系統(tǒng)的總熱量離開系統(tǒng)的總熱量散失的總熱量第43頁,共74頁，2024年2月25日，星期天第一章流體流動大氣壓強，絕對壓強，表壓強(真空度)之間的關(guān)系表壓強＝絕對壓強－大氣壓強真空度＝大氣壓強－絕對壓強第44頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體流動基本方程第45頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體流動基本方程單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量體積流量(Vs)流量質(zhì)量流量(ws)第46頁,共74頁，2024年2月25日，星期天單位時間內(nèi)流體方向上流過的距離，稱為流速(u)管中心處流速最大，管壁處流速為零平均流速：對于內(nèi)徑為d的圓形管道則有：第47頁,共74頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)態(tài)流動和非穩(wěn)態(tài)流動穩(wěn)態(tài)流動：各截面上流體的流速、壓強、密度等物理性質(zhì)不隨位置變化；非穩(wěn)態(tài)流動：流體在各個截面上的物理性質(zhì)隨位置的改變而變化。第48頁,共74頁，2024年2月25日，星期天連續(xù)性方程穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)輸入量與輸出量相等質(zhì)量守恒第49頁,共74頁，2024年2月25日，星期天伯努利方程的討論公式只適用于不可壓縮的理想流體做穩(wěn)定流動，并且無外功輸入的情況位能+動能+勢能=常數(shù)(機械能)位能動能勢能第50頁,共74頁，2024年2月25日，星期天對于非理想流體，由于存在流動過程中的能量損失，如果無外功輸入，系統(tǒng)的總機械能沿流動方向逐漸減小對于實際流體，在管路流動中，上游的總機械能大于下游的總機械能伯努利方程的討論第51頁,共74頁，2024年2月25日，星期天：有效功率，單位時間輸送設備所做的有效功：流體的質(zhì)量流量，單位為J/s伯努利方程的討論第52頁,共74頁，2024年2月25日，星期天伯努利方程的三種基本形式第53頁,共74頁，2024年2月25日，星期天某鼓風機吸入管直徑為200mm，在喇叭口型進口處測得U型管壓差計讀數(shù)為R=25mm，指示液為水，不計空氣阻力損失，空氣密度為1.2kg/m3，求管路內(nèi)空氣流量。第54頁,共74頁，2024年2月25日，星期天水以3.77×10-3m3/s的流量流經(jīng)一擴大管道。細管直徑d=40mm，粗管直徑D為80mm，倒U型管壓差計中水位差R=170mm，求水流經(jīng)擴大管段的阻力損失。第55頁,共74頁，2024年2月25日，星期天（a）層流；（b）過渡流；（c）湍流層流（或滯流）如圖（a）所示，流體質(zhì)點僅沿著與管軸平行的方向作直線運動，質(zhì)點無徑向脈動，質(zhì)點之間互不混合；湍流（或紊流）如圖（c）所示，流體質(zhì)點除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點的速度在大小和方向上都隨時變化，質(zhì)點互相碰撞和混合。過渡流是介于這兩種流型之間的流動。

從實驗中觀察到，當水的流速從小到大時，有色液體變化如圖所示。實驗表明，流體在管道中流動存在兩種截然不同的流型。第56頁,共74頁，2024年2月25日，星期天雷諾準數(shù)

流體的流動類型可用雷諾數(shù)Re判斷。

Re準數(shù)是一個無因次的數(shù)群。無量綱量第57頁,共74頁，2024年2月25日，星期天雷諾數(shù)的物理意義單位時間通過單位質(zhì)量截面積流體的質(zhì)量單位時間通過單位質(zhì)量截面積流體的動量流體內(nèi)部的速度梯度與流體內(nèi)的粘滯力成正比慣性力與粘性力的比值第58頁,共74頁，2024年2月25日，星期天uθ1θ2

θ點A處流體質(zhì)點的速度脈動曲線示意圖

湍流的描述主要特征：質(zhì)點的脈動瞬時速度=時均速度+脈動速度第59頁,共74頁，2024年2月25日，星期天邊界層的概念ususus層流邊界層湍流邊界層層流內(nèi)層Ax0δ平板上的流動邊界層

①邊界層的形成條件流動；實際流體；流過固體表面。

②形成過程流體流經(jīng)固體表面；由于粘性，接觸固體表面流體的流速為零；附著在固體表面的流體對相鄰流層流動起阻礙作用，使其流速下降；對相鄰流層的影響，在離開壁的方向上傳遞，并逐漸減小。最終影響減小至零，當流速接近或達到主流的流速時，速度梯度減少至零。第60頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體在管內(nèi)的流動阻力流體阻力的種類：直管阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時，內(nèi)摩擦力形成的阻力局部阻力：流體流經(jīng)管路中的管件、閥門、管截面的突然變化所引起的阻力?？偰芰繐p失：第61頁,共74頁，2024年2月25日，星期天流體在管內(nèi)的流動阻力根據(jù)伯努利方程有：流體流動壓力差成因：外力作功、勢能差、動能差、阻力損失第62頁,共74頁，2024年2月25日，星期天J/kgmPa

范寧公式計算流體流動阻力的一般公式第63頁,共74頁，2024年2月25日，星期天水利半徑rH

流體在流道里的流道截面積A與潤濕周邊長度Π之比。

rH=A/Π使用與圓形管道直徑相當?shù)摹爸睆健眮泶娣菆A形管道如何計算阻力系數(shù)第64頁,共74頁，2024年2月25日，星期天管路上的局部阻力損失阻力系數(shù)法或：ζ——局部阻力系數(shù)。第65頁,共74頁，2024年2月25日，星期天a曲線：管截面突然擴大b曲線：管截面突然縮小1.管道突然擴大2.管道突然縮小3.管道進口4.管道出口ζ=0.5ζ=1第66頁,共74頁，2024年2月25日，星期天當量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長