环境工程原理第一章3课件

Re2000，为层流； Re4000，为湍流；2000Re4000，过渡区，可能为层流，也可能为湍流，与外界的干扰条件有关（截面改变、存在障碍、锐角入口、外界震动等）。,四、流体流动类型与雷诺准数:,一、流体静力学基本方程:,二、连续性方程式：,三、柏努利方程式：,层流时，用以克服摩檫阻力的压力差与流速的一次方成正比。,哈根（Hagen）-泊素叶（Poiseuille）方程式,五、层流的摩擦阻力：,六、湍流的摩擦阻力：,由莫狄（Moody）摩擦因数图获得。,经验公式 ：,布拉修斯,适用光滑管 Re2.5103105,考莱布鲁克,哈兰德,七、非圆形管内的流动阻力,当量直径de代替。,八、局部摩擦阻力损失：,1、阻力系数法,突然扩大,突然缩小,2、当量长度法,（见表1-2）,流体在管内流动的总阻力损失计算：,第五节、 管路设计 一、 简单管路,特点：,（1）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流体，则体积流量也不变。,不可压缩流体,（2）整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和 。,指不同直径组成的串联管路。,（一）管路计算,基本方程：,连续性方程：,柏努利方程：,阻力计算 （摩擦系数）：,物性、一定时，需给定独立的9个参数，方可求解其它3个未知量。,设计要求：规定输液量qV，确定一经济的管径及供液点提供的位能z1(或静压能p1)。 给定条件： （1）供液与需液点的距离，即管长l； （2）管道材料与管件的配置，即及 ； （3）需液点的位置z2及压力p2； （4）输送机械 We。,（1）设计型计算,（2）操作型计算, 已知：管子d 、l，管件和阀门 ，供液点z1、p1， 需液点的z2、p2，输送机械 We； 求：流体的流速u及供液量qV。,已知：管子d、 、 l、管件和阀门 、流量qV等， 求：供液点的位置z1 ；或供液点的压力p1； 或输送机械有效功We 。,试差法计算流速的步骤： （1）根据柏努利方程列出试差等式； （2）试差：,注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需试差， 可直接解析求解。,在求解过程中，为求出u（或d）须知Re，而Re的计算中又含有u（或d），所以用试差法。,具体计算与操作：,另介绍一种避免试差的方法：,要验算是否为湍流，否则改用层流公式。,页，例、：,（二）最适宜管径 选用管径大，阻力损失小，输送流体所需动力小，运行费用相对较低。 选用管径大，建设费用增加。,另外，管子有一定的规格，所以获得最适宜管径后，需套用相应规格的管子。,如高位槽高度：,二、 复杂管路,（一）并联管路,，1,，2,，3,B,1、特点： （1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；,对于不可压缩流体,注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即可，不能重 复计算。,（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。,（1-64）,（1-65）,而,2. 并联管路的流量分配,支管越长、管径越小、阻力系数越大流量越小； 反之 流量越大。,（1-66）,联立（1-64）与（1-66）求解得：,求解时，因Re未知，难以确定，采用试差方法。,（1-67）,二、分支管路与汇合管路,对于不可压缩流体,1、特点： （1）主管中的流量为各支路流量之和；,（2）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。,第六节 流量的测定,（一）结构,（二）原理,内管A处,外管B处,一、 测速管（皮托管）测定流体的点速度,静压能 + 动能 = 冲压能,静压能,差压计读数：,uA=0,点速度：,即,讨论： （1）皮托管测量流体的点速度，可测截面上速度分布曲线；,R：皮托管读数 0 ：指示液密度 ：流体密度,（2）流量的求取：,由速度分布曲线积分,测管中心最大流速，由 求平均流速，再计算流量。（见53页）,（三）安装,（1）测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离； （2）皮托管管口截面严格垂直于流动方向； （3）皮托管外径d0不应超过管内径d的1/50，即d0d/50 。,（一）结构与原理,二、 孔板流量计,（二）流量方程,在截面和截面间列柏努利方程，暂不计能量损失有：,变形得,问题：（1）实际有能量损失； （2）缩脉处A2未知。,解决方法：用孔口速度u0替代缩脉处速度u2，引入校正系数 C。,由连续性方程：,令,式中：,则,由此得流体流量方程式：,体积流量,质量流量,流量系数（孔流系数） A0孔面积。,讨论：,（1）特点： 恒截面、变压差差压式流量计,恒截面、变压差差压式流量计,对于取压方式、结构尺寸、加工状况均已规定的标准孔板,（2）流量系数,),1,A,f,d,当Re Re临界时，,一般 = 0.60.7,Re是以管道的内径d1计算的雷诺数,(3) 气体或蒸汽流体，由于压力降会引起体积增大，引入气体膨胀系数之参量（为压力比p2/p1、绝热指数、直径比之函数）,(4) 使用方法： 先假设与Re无关，由已知2值直接查55页图1-40，获；计算出G；再计算出u1；然后计算获得Re；再查出，检查是否与所设相同。,（三）安装及优缺点,（1）安装在稳定流段，上游l 10d，下游l 5d； （2）结构简单，制造与安装方便 ； （3）能量损失较大 。,文丘里（Venturi）流量计：,属差压式流量计； 能量损失小，造价高。,CV流量系数（0.980.99） A0喉管处截面积,（一）结构与原理,从转子的悬浮高度直接读取流量数值。,三、 转子流量计,在1-1和0-0截面间列柏努利方程,（二）流量方程,转子受力平衡,由连续性方程,CR流量系数,平衡时，浮子静止,（1）特点： 恒压差、恒流速、变截面截面式流量计。,（2）刻度换算,标定流体：20水（1000kg/m3 ） 20、101.3kPa下空气（ 1.2kg/m3）,讨论：,CR相同，同刻度时,式中：1标定流体；2被测流体。,气体转子流量计：转子材料密度远大于气体密度,（1）永远垂直安装，且下进、上出， 安装支路，以便于检修。 （2）读数方便，流动阻力很小，测量范围宽