张希恒老师 阀门流体力学课件

1、阀门流体力学阀门流体力学兰州理工大学石油化工学院兰州理工大学石油化工学院张希恒张希恒1 1、阀门的流体计算原理、阀门的流体计算原理2 2、闭路阀的压力损失闭路阀的压力损失1 1、阀门的流体计算原理、阀门的流体计算原理 水平管道内的总压头耗费 fhTVHHHHH式中：H-总压头（m）； -消耗在速度上的压头损失（m）； -克服管道摩擦的压头损失（m）； -克服管道转弯、管接头、异径管等处的压力损失； -克服阀门局部阻力的压头损失（m）；VHTHhHfH流动有两种状态 层流：压头损失与管路中液体的平均流速成比例，当 时，产生紊流。 DReKReDReKRe圆形截面管道 Re =1000DD动力粘度

2、与运动粘度关系 1020000阀门的压头损失 2= v+BvfHA 介质的流动呈紊流状态： 2= vtHB 实际压差： x=1.62.4 x= vtHB流速 NvAqv0036. 0密度 NmAqv6 . 3cTcKRTKp01. 0式中：T在给定条件下，气体的理论密度（g/mm3），或； Kc压缩系数，考虑实际密度与理论密度（按理想气体计算）间的误差，几种气体的Kc值按图3-1图3-10选取； T热力学温度（K），T=273+t； R气体常数（kgm/kgK），R=848/M； M相对分子质量； p绝对压力（MPa）。压头与压力关系 水： 其他液体：100Hp 100Hp 100Hp管道压力

3、fhTVppppp消耗在速度上的压力损失： 1022gvpV克服管道摩擦的压力损失 ： 克服管道转弯、连接件、弯管及异径管等阻力的压力损失 ： 克服闭路阀或调节阀局部阻力的压力损失 ： 1022gvDLfpT1022gvphh2f102fvpg102102)1 (22gvgvDLfpfh 由此可见，在已知总压头的情况下，管道内介质的流速及流经管道的介质流量，将根据管道和安装在管道上的阀门的阻力而有所不同。 在管道阀门系统内，当总压头恒定时，阀门阻力的变化会改变介质的流量，而流量的改变却改变不了压头损失的总和，当重新进行稳定流速时，压头损失的总和仍旧不变。f值对流速变化的影响取决于管道系统的总阻

4、力。阀门压差1022gvpff考虑到介质的可压缩性对压头损失的影响，对于气态介质，引入系数；考虑到粘性介质对压力降p的影响，对于气态介质，引入系数p。阀门压差通用公式1022gvpp流阻系数 已知开启截面积AS（mm2）及阀门在给定开启高度AS/AN下的总流量系数KV 2)(SVNAKA 已知许用通过能力KV 2)0504. 0(VNKA2 2、闭路阀的压力损失闭路阀的压力损失 不可压缩的液体介质 1022gp可压缩的液体介质 121102pgp 值取决于气体的膨胀比，也取决于压力比值 111121ppppppp 不同压差下可压缩的液体介质压力降 第一压力降的第范围： 9 . 012pp11

5、. 0 pp 第二压力降的第范围： 第三压力降的第范围： 210.50.9pp110.50.1ppp 5 . 012pp15 . 0pp 第一压力降的第范围： 11 . 0 pp 2max110.1102Pg最大流速： 11111max444. 0100020pgp流速小于最大流速，按不可压缩流体计算： max 第二压力降的第范围： 气体流过阀瓣后的膨胀现象对气体的流动影响较大 110.50.1ppp 临界压力 比达到最大，流速最大； 喷嘴临界压力比21=pZp2Z=)11kkk空气和双原子气体（氧、氢、氮、一氧化、一氧化氮、氯化氢） k=1.4。，Z=0.53 绝热指数与压力比过热蒸汽及三原

6、子气体，k=1.3，Z=0.55 从孔板（带锐边的孔）流出时，对于空气Z值为0.04（从喷嘴流出时Z=0.528），对于过热蒸汽Z值为0.13（从喷嘴流出时Z=0.546）。阀门压力比 带空心窗形阀瓣调节阀的Z值应近似于经孔板流出的值。 对柱塞形阀瓣调节阀的Z值（当调节阀的开度很小时）则应近似于从喷嘴流出的Z值。 空气安全阀采用Z=0.30.4。 闭路阀，气体的等熵指数k=1.21.6。 节流阀，柱形阀瓣调节阀中，当阀门开度大时，临界压力比接近于理论值，即Z=0.5。 第二范围阀门压力降10221gp理想气体形成的流速的伯努利方程 22112212121212ppkkHHkgkg气体从喷嘴流出

7、时，21HH 1=0122212P=112pkkkkg出口流速2211212ppkkg21211121100120pppkkg多变过程12kk12=ppkkppkkg1121121100120流量计算11226 . 36 . 3NcmAAqkpp12112212211111112003.63.61kkkmCNqAppkgpAAkpp压缩系数1122NcAA22cNAA1221122111kkkppkpppkpp根据阿洛诺维奇的数据：2111 0.46ppk=1.4 压差计算 71. 11248. 1121215 . 3ppppppp688. 01012171. 11243. 1121ppppp

8、21ppp临界流速851. 01012177. 11254. 1121ppppp21pppk=1.3RTL38. 3R=29.27，t=20 临界流速C=313/Lm s压力降还未超出第 范围时，管内介质的最大流速 21=pZp21pZP1211LLpppPZ210.5pZp10.5pP max2.11max16.84100p由 第二范围的流速特点 max1max 第三压力降的范围： 在阀座孔的开启截面内气体的流速不会高于流速，阀前压力的增加不会引起阀座孔狭窄截面处流速的增高，而且管道内介质流速趋向稳定，相当于在阻力系数和给定气体状态下局部阻力所造成的临界压力比。15 . 0pp 流速特点 1

9、max= 压力降分析综述： 流束的转弯和流体流线变化所引起的阻力，能使 和 值有某些变化。但是对于实际应用来说，对于阀门的一般计算，上述 和 的计算式是完全适用的 maxmaxmaxmax 当 值很小时， 和 的值很大，以致可以超过声速。当气体和蒸汽从圆筒形喷嘴流出时，其流速比可能超过声速，实际上，在管道中采用的介质流速一般都比声速低若干倍。所求得的和值还不是实际流速，而至在相应的压头范围内的极限流速，因此，求得的 和 数据如果超过声速。 maxmaxmaxmax 所求得不是实际流速，而至在相应的压头范围内的极限流速，因此，求得的 和 数据如果超过声速。而至在相应的压头范围内的极限流速，因此，

10、求得的 和 数据如果超过声速，只说明在实际条件下，阀门的压力降不很大（ ），可以不考虑气体或蒸汽膨胀的影响，按非压缩性介质公式进行计算。 maxmaxmaxmax11 . 0 pp 压力降计算步骤 1）按已知介质的流量，计算流速 1(/ )v m s113.6VNqvA 2）计算极限流速 和 max(/ )vm smax(/ )vm smaxmax(/ )=1.5(/ )vm svm smax1p1(/ )=0.444vm s 3）将 值与 和 值相比较，确定 压力范围 maxv1vmaxv21pp 4）确定闭路阀的压力降 如果 ，则 即 1maxvv210.9pp10.1pp 21102vpg 如果 ，则 即 max1maxvvv210.530.9pp 110.10.5ppp K=1.41.431.7122211111100.688ppvpppK=1.3 1.541.7722211111100.851ppvppp 如果 ，则1maxvv1maxvv10.5Lpp 说明 指数 的公式准确地反映出理想气体的绝热过程，且符合下