管路上的局部阻力损失

1、管路上的局部阻力损失 阻力系数法阻力系数法 将局部能量损失表示成流动动能因子 2 2 u 的一个函数， 2 2 f u P 2 2 f u h即有： 或： 系数由实验 测定 局部阻力系数 。 1.突然扩大 2.突然缩小 a曲线：管截面突然扩大 b曲线：管截面突然缩小 3.进口 A2 /A1=0, c=0.5-进口阻力系数 流体从容器进入管内，相当于流体从无限大截面A1 进入小截面A2 4.出口 A1 /A2=0, e=1-出口阻力系数 流体从管内进入容器，相当于流体从小截面A1进 入无限大截面A2 当流体从管子直接排放到管外空间时，管出 口内侧截面上的压强可取为与管外空间相同，但 出口截面上的

2、动能及出口阻力应与截面选取相匹 配。若截面取管出口内侧，则表示流体并未离开若截面取管出口内侧，则表示流体并未离开 管路，此时截面上仍有动能，系统的总能量损失管路，此时截面上仍有动能，系统的总能量损失 不包含出口阻力；若截面取管出口外侧，则表示不包含出口阻力；若截面取管出口外侧，则表示 流体已经离开管路，此时截面上动能为零，而系流体已经离开管路，此时截面上动能为零，而系 统的总能量损失中应包含出口阻力统的总能量损失中应包含出口阻力。由于出口阻 力系数，两种选取截面方法计算结果相同。 注意点 5.管件与阀门 180回弯管 三通 四通 异径管 90弯头 闸阀 截止阀 止回阀 局部阻力系数从相关手册查

3、得 当量长度法当量长度法 2 2 f l u h d 2 2 ff l u ph d 2 2 f e l u h d 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径 相同、长度为le的直管所产生的阻力即： 直管阻力损失公式 非直管阻力损失如何计算？ 2 2 ff e l u ph d 管路系统中总的能量损失 2 () 2 ie fi ll u h d f h i l e l i u 管路系统中总的能量损失，J/kg 管路系统中各段直管的总长度，m 管路系统中全部管件与阀门的当量长度之和，m 管路系统中全部阻力系数之和，1 流体在管路中的流速，m/s 管路计算 简单管路 复杂管路 简单管路 简单管路

4、是指流体从入口到出口是在一条管路 中流动，无分支或汇合的情形。整个管路直径可以相同， 也可由内径不同的管子串联组成，如图所示。 特点：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，即 2整个管路的总能量损失等于各段能量损失 之和，即 321SSS VVV 321ffff hhhh 用泵把20度的苯从地下储罐送到高位罐，流量为300L/min, 高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管用 89mmX 4mm的无缝钢管，直管长10m，管路上装有一底阀，一个 标准弯头；泵排除管用 57mmX 3.5mm的无缝钢管，直管 长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀，一个全开的

5、截 止阀，三个标准的弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气 压。设储罐及高位槽液面维持恒定，求泵的轴功率，泵的 效率为70%。 密度为950kg/m3、粘度为1.24mPas的料液从高位槽送入塔 中，高位槽的液面维持恒定，并高于塔的进料口4.5m，塔 内表压强为3.82103Pa，送液管道直径为 45mm2.5m， 长为35m，管壁的绝对粗糙度为0.2m，求输液量。 2 1 2() 1.5 e p gZ u ll d Re du (Re,)f d 0.03 2 4 Vsd u 初值 重设值 复杂管路 1、并联管路、并联管路 特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之 和 321SSSS VVVV

6、 （2）并联管路中各支路的单位质量流体的能量损失均 相等。 fABfff hhhh 321 A VS VS1 VS2 VS3 B 分支管路分支管路 C O A B 特点：特点： （1）主管中的流量为各支路流量之和； 21SSS VVV （2）流体在各支管流动时的阻力损失是相等的。 fcfafb hhh 在并联管路中，支管1直径为 56mm2.5m，其长 度为30m；支管2直径为 85mm2.5m，其长度为 50m。总管路中水的流量为60m3/h，试求水在两支 管中的流量。 水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水，AB段管长6m， 内径41mm，BC段长15m，内径25mm，BD段长24m，内

7、径25mm，上述管长均包括阀门及其它局部阻力损失的当 量长度，但不包括出口动能项，分支点B的能量损失可忽 略。求 D、C两支管的流量，水槽的总排水量； 当D阀关闭时，求水槽由C支管流出的水量，设全部管路 摩擦系数为0.03，出口阻力损失另计。 f -BCf -BD hh 22 BCBCBDBD BCBD lulu (+1)(+1) d2d2 1524 (0.031)(0.031) 0.0250.025 22 BCBD uu 22 0.798 BDBC uu 222 111 444 ABABCCBDD dududu 0.669 AC uu 22 11 11 22 CC CfC pupu gZgZ

8、h 22 1 () 22 BCBCABA fC ABBC lulu h dd 22 10 9.812.1959.5 ABC uu 3.06/ ,2.05/ ,2.43/ BCAD um s um s um s 由于BC和BD两管路并联 根据连续性方程 在高位水槽面和C-C面建立伯努 利方程 带入数据计算得到 括号内不加 阻力系数 测速管（Pitot管） 流量测量 2 2 r A up h 2 2 r u B p h 2 2 r AB u hhh 2 r uh 测速管的内管测得的为管口所在位置的局部流体动能与 静压能P/之和，称为冲压能， 测速管的外管前端壁面四周的测压孔口与管道中流体的流动 方

9、向相平行，所测得的是流体的静压能P/ 测量点处的冲压能与静压能之差h为 测量点处的流速为 h怎么求？ 测速管优缺点 1、优点：准确性较高，流体阻力 小，适用于测量大直径管路中气体 流速。 2、缺点：不能直接测出平均流速， 且压差读数较小，当流体中含固体 杂质时，易将测压孔堵塞，故不宜 适用测速管。 孔板流量计 缩脉，流速最大缩脉，流速最大 1 1 0 0 22 0011 10 22 upup gZgZ 10 ZZ 22 10 01 2()pp uu 22 10 011 2()pp uuC 设不可压缩流体在管内做水平流动，在1-1和0-0处建立伯努利 方程，并忽视能量损失，则有： 对于水平管，则

10、有： 整理得到： 引入校正系数C1，校正忽视能量损失带来的误差 22 0112 2() ab pp uuC C 1122 u Au A 222 0 10 1 () A uu A 引入压差降校正系数C2 22 10 011 2()pp uuC 根据连续性方程，对于不可压缩流体，则有 12 0 2 0 1 2() 1 () ab ppC C u A A 则有： 12 0 2 0 1 1 () C C C A A 00 2() ab pp uC 0000 2() ab pp VsA uC A 0000 2() ab s pp A uC A () abA ppgR 00 2() A gR VsC A

11、00 2() sA C AgR 令则有： 体积流量与压差的关系： 质量流量与压差的关系： 若压差由U型管读出，则有： 体积流量与压差的关系： 质量流量与压差的关系： 系数C0由实验测定 标准孔板的流量系数 孔板流量计优缺点 1、 优点：制造简单，随测量条件变 化时，更换方便。 2、缺点：能量损失较大。 文丘里流量计 接U型管接U型管 0 2() ao V pp VsC A a p 体积流量与压差的关系： o p Ao:喉管出 截面积 文丘里流量计优缺点 1、优点：能量损失小 2、缺点：各部分尺寸要求严格， 要精细加工，造价高。 转子流量计 当被测流体自锥管下端流入流 量计时，由于流体的作用，浮

12、子 上下端面产生一差压，该差压即 为浮子的上升力。当差压值大于 浸在流体中浮子的重量时，浮子 开始上升。随着浮子的上升浮 子最大外径与锥管之间的环形面 积逐渐增大，流体的流速则相应 下降，作用在浮子上的上升力逐 渐减小，直至上升力等于浸在流 体中的浮子的重量时，浮子便稳 定在某一高度上。这时浮子在锥 管中的高度与所通过的流量有对 应的关系。 12 () ffff ppAVgVg 12 () ff f V g pp A 12 2() RR pp VsC A 2() ff RR f V g VsC A A 设Vf为转子体积，Af为转子最大部分的截面积，f为转子 密度， 为被测流体密度。流体流经环形

13、截面产生的压强 差为(p1-p2) 当转子平衡时， 根据孔板流量计流量公式， 将压强差(p1-p2)带入上式 AR：环隙面积 转子流量计优缺点 1、优点：读数方便，能量损失小， 测量范围宽，能用于腐蚀性流体的 测量。 2、缺点：管壁大多为玻璃制品， 不能受高温和高压，易破碎而且安 装时要求保持垂直。 习题课(绪论、第一章) 化工生产过程： 对原料进行化学加工，最终获得有价值产品的生 产过程 单元操作： 构成多种化工产品生产的物理过程按照原理都 可以归纳为几个基本过程，这些过程称为化工单 元操作。 化工原理课程的两条主线 1、传递过程（三传理论） (1)动量传递过程（单相或多相流动）； (2)热

14、量传递过程传热； (3)质量传递过程传质； 2、研究方法论 (1)试验研究方法（经验方法） 优点、不足 (2)数学模型方法（半理论半经验方法） 必要性、 广泛被应用 单位制与单位换算 质量热容： 3kcal/(kg)=（ ）J/(kgK) 表面张力： 5kgf/m=（ ）N/m 在0-1000 范围内，空气的质量定压热容公式为 5 (0.23774.466 10)/() p cT kcalkgC 式中温度T单位为，将温度单位换为K，Cp单位 换为J/(kgK) 物料衡算与能量衡算 稳态过程：连续操作过程 非稳态过程：间歇操作过程 物料衡算 10A GGG 1 G 0 G A G 本质表征：质量

15、守恒 式中：输入物料的总和 输出物料的总和 累积的物料量 适合非稳态过程 10 GG 适合稳态过程 能量衡算 0IL QQQ I Q L Q O Q 热量衡算 进入系统的总热量 离开系统的总热量 散失的总热量 第一章 流体流动 大气压强，绝对压强，表压强(真空度)之间的关系 表压强绝对压强大气压强 真空度大气压强绝对压强 12 12 pp gzgz 21 pp h g 20 ppgh 流体流动基本方程 流体流动基本方程 单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量 体积流量(Vs) 流量 质量流量(ws) ss wV 单位时间内流体方向上流过的距离，称为流速(u) 管中心处流 速最大，管 壁处

16、流速为 零 平均流速：() ss Vw u AA 2 4 s V u d 4 s V d u 对于内径为d的圆形管道 则有： 稳态流动和非稳态流动稳态流动和非稳态流动 稳态流动：各截面上流体的流速、压强、密度等物理 性质不随位置变化； 非稳态流动：流体在各个截面上的物理性质随位置的 改变而变化。 连续性方程连续性方程 稳态流动系统 输入量与输出量相等 12ss ww 111222s wu Au A 111222s wu Au AuA常数 质量守恒 伯努利方程的讨论 22 1122 12 22 upup gZgZ 公式只适用于不可压缩的理想流体做稳定流动， 并且无外功输入的情况 位能+动能+势能

17、=常数(机械能) 位能动能 势能 22 1122 12 22 ef upup gZWgZh 对于非理想流体，由于存在流动过程中的能量损失， 如果无外功输入，系统的总机械能沿流动方向逐渐 减小 对于实际流体，在管路流动中，上游的总机械能大 于下游的总机械能 伯努利方程的讨论 ees NW e N ：有效功率，单位时间输送设备所做的有效功 s ：流体的质量流量，单位为J/s 伯努利方程的讨论 22 1122 12 22 ef upup gZWgZh 22 1122 12 22 ef upup ZHZH gggg 22 12 1122 22 ef uu ZgpWZgph 伯努利方程的三种基本形式 某

18、鼓风机吸入管直径为200mm，在喇叭口型进口处测得U型 管压差计读数为R=25mm，指示液为水，不计空气阻力损失， 空气密度为1.2kg/m3，求管路内空气流量。 水以3.7710-3m3/s的流量流经一扩大管道。细管直径d=40mm， 粗管直径D为80mm，倒U型管压差计中水位差R=170mm，求水 流经扩大管段的阻力损失。 （a） 层流；（b） 过渡流；（c）湍流 层流（或滞流）层流（或滞流） 如图（a）所示，流体质点仅沿着与管轴平行的 方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合； 湍流（或紊流）湍流（或紊流） 如图（c）所示，流体质点除了沿管轴方向向前 流动外，还有径向脉动，各质点

19、的速度在大小和方向上都随时变 化，质点互相碰撞和混合。 过渡流过渡流是介于这两种流型之间的流动。 从实验中观察到，当水的 流速从小到大时，有色液体变 化如图所示。实验表明，流体 在管道中流动存在两种截然不 同的流型。 雷诺准数雷诺准数 流体的流动类型可用雷诺数Re判断。 Re准数是一个无因次的数群。 du Re 3 000 Re LM L du TL LMT M L T 无量纲量 2 Re duu u d u 2 u u d u d 雷诺数的物理意义 单位时间通过单位质量截面积流体的质量 单位时间通过单位质量截面积流体的动量 流体内部的速度梯度 与流体内的粘滞力成正比 惯性力与粘 性力的比值

20、i u i u u 1 2 点A处流体质点的速度脉动曲线示意图 湍流的描述湍流的描述 主要特征：质点的脉动 瞬时速度= 时均速度+ 脉动速度 边界层的概念 ususus 层流边界层 湍流边界层 层流内层 A x0 平板上的流动边界层 边界层的形成条件边界层的形成条件 流动； 实际流体； 流过固体表面。 形成过程形成过程 流体流经固体表面； 由于粘性，接触固体表面流体的流速为零 ； 附着在固体表面的流体对相邻流层流动起阻碍作用，使其流速下降； 对相邻流层的影响，在离开壁的方向上传递，并逐渐减小。 最终影响减小至零，当流速接近或达到主流的流速时，速度梯度减少至零。 流体在管内的流动阻力 f h f

21、 h 流体阻力的种类： 直管阻力： 流体流经一定管径的直管时，内摩擦力形成的阻力 局部阻力： 流体流经管路中的管件、阀门、管截面的突然变化 所引起的阻力。 fff hhh 总能量损失： 2 2 f uP g ZWeh 2 21 2 f u PPPWeg Zh 流体在管内的流动阻力 根据伯努利方程有： 流体流动压力差成因：外力作功、势能差、动能差、阻力损失 g u d l hf 2 2 2 2 u d l pf J/kg m Pa 2 2 u d l R 范宁公式： 范宁公式范宁公式 计算流体流动阻力的一般公式 水利半径rH 流体在流道里的流道截面积A与润湿周边长度之比。 rH=A/ 使用与圆形管道直径相当的“直径”来代替 非圆形管道如何计算阻力系数 管路上的局部阻力损失 阻力系数法 2 2 f u P 2 2 f u h 或： 局部阻力系数。 a曲线：管截面突然扩大 b曲线：管截面突然缩小 1.管道突然扩大 2.管道突然缩小 3.管道进口 4.管道出口 =0.5 =1 当量长