食品工程原理流体流动定稿PPT课件

1、预备知识预备知识 （一）流体（一）流体 在力的作用下能产生连续变形的物体。在力的作用下能产生连续变形的物体。 包括：包括：气体气体和和液体液体 （二）流体的研究意义（二）流体的研究意义 1 1、流体输送、流体输送 2 2、传热、传质与流体流动有关、传热、传质与流体流动有关 （三）流体的研究方法（三）流体的研究方法 将流体视为由无数质点组成的将流体视为由无数质点组成的连续介质连续介质，忽略分子间运动。忽略分子间运动。第1页/共135页第2页/共135页 1 1、压缩性、压缩性 在一定温度下，压力变化引起流体的在一定温度下，压力变化引起流体的体积体积相对变化的性质。相对变化的性质。 （1 1）液体

2、：）液体：可看作不可压缩流体可看作不可压缩流体 （2 2）气体：）气体：为可压缩流体，为可压缩流体， 压力压力 体积体积 第3页/共135页 2 2、膨胀性、膨胀性 在一定压力下，温度变化引起流体的在一定压力下，温度变化引起流体的体积体积相对变化的性质。相对变化的性质。 （1 1）液体：）液体：温度温度 体积体积 （2 2）气体：）气体：温度温度 体积体积 ，影响更大。，影响更大。第4页/共135页 （一）密度、比体积与相对密度（一）密度、比体积与相对密度 1、密度、密度 流体在空间某点上质量与体积之比，单位为：流体在空间某点上质量与体积之比，单位为：kg/m3（SI）或）或g/cm3，表达式

3、为：表达式为：vm（1-11-1）式中式中 流体的密度，流体的密度，kg/m3； m 流体的质量，流体的质量，kg； v 流体的体积，流体的体积，m3。第5页/共135页 （1 1）液体密度）液体密度 随压力的变化很小，随温度稍有改变。液体密度值可查表获得。随压力的变化很小，随温度稍有改变。液体密度值可查表获得。 温度升高，密度降低。温度升高，密度降低。 （2 2）气体密度）气体密度 随压力和温度的变化较大。随压力和温度的变化较大。 当压力不太高、温度不太低时，气体密度可近似地按理想气体状态方程式当压力不太高、温度不太低时，气体密度可近似地按理想气体状态方程式计算：计算：第6页/共135页 理

4、想气体状态方程式 式中 p气体的绝对压力，Pa T气体的热力学温度，K M气体的摩尔质量，kg/ mol m气体的质量，kg R摩尔气体常量，R=8.314J/（molK）RTpMVmRTMmpV第7页/共135页 （3）气体混合物的密度计算气体混合物的密度计算气体混合物的组成通常用体积分数（或摩尔分数）气体混合物的组成通常用体积分数（或摩尔分数）表示。现以表示。现以1m1m3 3混合气体为基准，流体混合物在混合气体为基准，流体混合物在混合前后质量不变，则混合前后质量不变，则1m1m3 3混合气体的质量为各混合气体的质量为各组分的质量之和，故其密度组分的质量之和，故其密度mm的计算式为：的计算

5、式为：气体的摩尔分数混合气体中气体的密度混合前iym，kgiyiiniiim/31第8页/共135页 如果气体混合物可以按照理想气体处理时，其平均如果气体混合物可以按照理想气体处理时，其平均密度密度mm的计算时，气体混合物的平均摩尔质量的计算时，气体混合物的平均摩尔质量MMmm可可按下式计算：按下式计算：的摩尔质量混合气体中组分 iMyMMiniiim1第9页/共135页 液体混合物的组成常用组分的液体混合物的组成常用组分的质量分数表示。以质量分数表示。以1kg1kg混合液体为混合液体为基准，假如各组分在混合前后其体基准，假如各组分在混合前后其体积不变，则积不变，则1kg1kg混合物的体积等于

6、混合物的体积等于各组分单独存在时的体积之和，故各组分单独存在时的体积之和，故液体混合物密度液体混合物密度mm的计算式为：的计算式为：的质量分数混合液中组分 iwwiniiim1第10页/共135页 例例1 1：已知某酸液和水在室温下的密度分别为：已知某酸液和水在室温下的密度分别为1830kg/m1830kg/m3 3与与998kg/m998kg/m3 3，求酸液的，求酸液的质量分数为质量分数为0.40.4时水溶液的密度。时水溶液的密度。 解：应用混合液体密度公式，则有：解：应用混合液体密度公式，则有：第11页/共135页 （1 1）定义）定义 指流体的密度与参考物质的密度在两种物质规定条件下之

7、比，以符号指流体的密度与参考物质的密度在两种物质规定条件下之比，以符号d d 表示。表示。 工程上常用常压下工程上常用常压下44的纯水的纯水作为参考物质。作为参考物质。 （2 2）意义）意义 是物质的重要物理性质，通过测定相对密度，可以间接判断其组成，且使用是物质的重要物理性质，通过测定相对密度，可以间接判断其组成，且使用方便。方便。第12页/共135页 通过测定蔗糖溶液的相对密度来间接通过测定蔗糖溶液的相对密度来间接判断该糖溶液的浓度。判断该糖溶液的浓度。第13页/共135页 为密度的倒数，即：流体体积与质量之比，用为密度的倒数，即：流体体积与质量之比，用v v表示。表示。 v=V/m=1/

8、v=V/m=1/ 比体积是密度的倒数，比体积是密度的倒数，单位为单位为m m3 3/kg. /kg. 第14页/共135页 1 1、定义、定义 垂直作用于流体单位表面积上的力，称为流体的压强，简称垂直作用于流体单位表面积上的力，称为流体的压强，简称压强压强。习惯上。习惯上称为称为压力压力，用，用p p表示。表示。 压力的单位：压力的单位：帕斯卡帕斯卡（PaPa），即：），即：N/mN/m2 2 ( (法定单位法定单位););还有：还有：标准大气压标准大气压（atmatm）、）、kgf/cmkgf/cm2 2；某流体液柱高度等。；某流体液柱高度等。第15页/共135页 1标准大气压(atm)=1

9、01300Pa =101.3kPa = 760mmHg =10.33mH2O 第16页/共135页（1 1）绝对压力（绝压），）绝对压力（绝压），p pabab 以绝对真空以绝对真空( (即零大气压即零大气压) )为基准为基准（0 0）（2 2）表压力（表压）表压力（表压）, p, pe e 以当地大气压以当地大气压为基准（为基准（a a），表），表示被测流体绝对压力高于大气压力的示被测流体绝对压力高于大气压力的数值，用于被测流体绝对压力大于外数值，用于被测流体绝对压力大于外界大气压的情况。界大气压的情况。 p pe e p pababp pa a 表压力表压力用用压力表压力表测定。测定。第1

10、7页/共135页压力表压力表第18页/共135页第19页/共135页 （3 3）真空度（负表压）真空度（负表压）, , p pvmvm 用于被测流体绝对压力小于大气压时。用于被测流体绝对压力小于大气压时。 p pvmvm p pa ap pabab 真空度用真空度用真空表真空表测定。测定。 （4 4）说明）说明 在在表示压力表示压力时，必须标明计量基准，即绝压、表压或真空度。时，必须标明计量基准，即绝压、表压或真空度。 在在计算压力差计算压力差时，必须要采用同一计量基准（绝压、表压或真空时，必须要采用同一计量基准（绝压、表压或真空度）。度）。第20页/共135页真空表真空表第21页/共135页

11、 注意：注意：此处的大气压力均应指当地大气压。如不加说明时均可按标准大气压计算。此处的大气压力均应指当地大气压。如不加说明时均可按标准大气压计算。图图 绝对压力、表压和真空度的关系绝对压力、表压和真空度的关系（a）测定压力）测定压力大气压（大气压（b）测定压力）测定压力0(屈服应力), 流体始相对运动牛顿流体牛顿流体 (对照对照)0非时变性非牛顿流体第72页/共135页Herschel-Bulkley公式n)dyduK(0剪稀流体,0=0， n1宾哈姆流体,0 0， n=1塑性流体,00 ，n1牛顿流体,0=0 ，n=1而常数K就相应于黏度0-屈服应力；K-稠度系数；n-流变系数第73页/共1

12、35页 （一）流体的流动类型（一）流体的流动类型 1 1、雷诺实验雷诺实验 图图 雷诺实验雷诺实验第74页/共135页图（图（a a）层流）层流图（图（b b）湍流）湍流第75页/共135页q流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。表明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行直线。表明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运动，各层之间没有质点的迁移。的方向作直线运动，各层之间没有质点的迁移。q当开大阀门使水流速逐渐增大到某一临界值时，当开大阀门使水流速逐渐增大到某一临界值时，有色细流便出现抖动而成波浪形细线，并且不规则有色细流便出现抖动而成波浪

13、形细线，并且不规则地波动；地波动； q速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色。显然，此时流体的流动状况已发呈现均匀的颜色。显然，此时流体的流动状况已发生了显著地变化。生了显著地变化。 第76页/共135页q（1 1）层流（滞流）层流（滞流）q 当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间没有迁移，互不混当流体在管中流动时，若其质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间没有迁移，互不混合，整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动。合，整个管的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动。q 典型流体：典

14、型流体：低速、高黏液体，在多孔介质中流动的流体。低速、高黏液体，在多孔介质中流动的流体。第77页/共135页q（2 2）湍流（紊流）湍流（紊流）q 当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点的当流体在管道中流动时，流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点的运动速度在大小和方向上都会发生变化，质点间彼此碰撞并互相混合，这种运动速度在大小和方向上都会发生变化，质点间彼此碰撞并互相混合，这种流动状态称为流动状态称为湍流湍流或或紊流紊流。q 典型流体：典型流体：低黏液体输送，传热输送低黏液体输送，传热输送第78页/共135页 雷诺数是一个数群，用雷诺数是一个数群，用ReRe表示，由流体

15、的流速表示，由流体的流速u u ，管径管径d d，流体密度，流体密度，流体的粘度，流体的粘度四个因素组合而四个因素组合而成。成。 ReRe 数是一个量纲一的特征数，表示惯性力和黏滞力数是一个量纲一的特征数，表示惯性力和黏滞力的对比。的对比。duRe 雷诺数的量纲为1TMLTMLMLLTLdim0001131Re第79页/共135页大量实验表明：大量实验表明：qReRe20002000，流动类型为层流；，流动类型为层流；qReRe40004000，流动类型为湍流；，流动类型为湍流；q20002000ReRe40004000，流动类型不稳定，流动类型不稳定q 可能是层流，也可能是湍流，或是可能是层

16、流，也可能是湍流，或是两者交替出现，与外界干扰情况有关。两者交替出现，与外界干扰情况有关。 计算计算ReRe时，时，流速流速u u单位取单位取m/sm/s ，管径，管径d d单位取单位取m m，流体密度，流体密度单位取单位取kg/mkg/m3 3，流体，流体的黏度的黏度单位取单位取PaPas s 第80页/共135页四、边界层的概念 边界层的形成yxcusxusus滞流边界层湍流边界层滞流内层边界层 平板壁面附近速度梯度较大的区域主流区 边界层外速度梯度可忽略的区域第81页/共135页3.边界层的分离uoxEDDCBA倒流流体流经曲面，或其他形状物体的表面时，产生边界层与固体表面分离并形成旋涡

17、的现象.第82页/共135页1-7 流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布1.7A 层流的速度分布层流的速度分布1.速度分布公式流体柱上的推动力作用于流体柱侧表面 (A = 2rl )上的内摩擦力drdurl)(AFrr2推动力与阻力大小相等，方向相反drdurl)(rpr222221rprpp第83页/共135页rurl)(rprdd22rrlpurd2drRru0rrlpurd2d)r(Rlpu22r4在管轴线上，r = 02maxRlpu4)(uuRrmaxr221在管壁处，在管壁处，r = R, ur = 00rRumax第84页/共135页2. 2.平均流速平均流速半径为r 处

18、，环形截面面积：dA=2rdrr)r(uAuqrrvd2ddrdrRr)Rr(ruqmaxvd12d22r)Rrr(uqRmaxvd12022max2uR21平均流速maxmaxvuRuRAqu21212228Rlpu 泊稷叶（Poiseuille）方程232lu/dp 24Rlpumax)(uuRrmaxr221第85页/共135页图1-16速度分布为抛物线形状。速度分布为抛物线形状。管中心的流速最大；管中心的流速最大；速度向管壁的方向渐减；速度向管壁的方向渐减；靠管壁的流速为零；靠管壁的流速为零；平均速度为最大速度的一半平均速度为最大速度的一半 流体在圆管内的层流速度分布流体在圆管内的层流

19、速度分布第86页/共135页 2 2、流体在圆管、流体在圆管中湍流时的速度分布中湍流时的速度分布 湍流湍流速度分布为非严格抛物线速度分布为非严格抛物线速度分布有两个区域：中速度分布有两个区域：中心心( (较平坦较平坦); ); 近管壁速度梯近管壁速度梯度很大；度很大；靠管壁的流速为零；靠管壁的流速为零；平均速度为最大速度的约平均速度为最大速度的约0.80.8倍倍第87页/共135页1-8 1-8 管内流体流动的直管阻力管内流体流动的直管阻力1.8A 1.8A 直管阻力公式1.8B 1.8B 层流的摩擦因数1.8C 1.8C 湍流的摩擦因数1-9 1-9 管内流体流动的局部阻力管内流体流动的局部

20、阻力1.9A 1.9A 阻力因数法1.9B 1.9B 当量长度法流体流动的阻力， 分为直管阻力和局部阻力 。第88页/共135页 （1）粗糙度的产生粗糙度的产生 材料与加工精度；材料与加工精度； 光滑管：玻璃管，铜管等；光滑管：玻璃管，铜管等； 粗糙管：钢管、铸铁管等。粗糙管：钢管、铸铁管等。 使用时间；使用时间； 绝对粗糙度可查表或相关手册。绝对粗糙度可查表或相关手册。第89页/共135页 （2）绝对粗糙度与相对粗糙度绝对粗糙度与相对粗糙度 绝对粗糙度：绝对粗糙度： ，管壁粗糙部分的平均高度。管壁粗糙部分的平均高度。 相对粗糙度：相对粗糙度： /d/ddu第90页/共135页 （3 3）粗糙

21、度对流体流动类型的影响）粗糙度对流体流动类型的影响 层流运动：层流运动： 流体运动速度较慢流体运动速度较慢, , 与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与 无关，无关， 只与只与R Re e有关。层流时，有关。层流时， 在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。 湍流运动湍流运动 管壁的粗糙度对阻力、能量的损失有较大的影响。管壁的粗糙度对阻力、能量的损失有较大的影响。第91页/共135页 流体在管路中的流动阻力可分为流体在管路中的流动阻力可分为直管阻力直管阻力和和局部阻力局部阻力两类。两类。 直管阻力：直管阻力：又称沿程阻力。流体流

22、经一定直径的直管时所产生的阻力。又称沿程阻力。流体流经一定直径的直管时所产生的阻力。 局部阻力：局部阻力：流体流经管件、阀门及进出口时，由于受到局部障碍所产生的阻力。流体流经管件、阀门及进出口时，由于受到局部障碍所产生的阻力。 总能量损失：总能量损失：为直管阻力与局部阻力所引起能量损失之总和。为直管阻力与局部阻力所引起能量损失之总和。第92页/共135页1-8 1-8 管内流体流动的直管阻力管内流体流动的直管阻力1.8A 直管阻力公式直管阻力公式fhupgzupgz2222222111不变径水平管z1=z2 u1=u2=uppphf21稳定流动，推动力和摩擦阻力平衡：dldp24l/dp4uP

23、1dFFP21122第93页/共135页2822udluhfl/dp4phfdlhf42u8令22udlhf摩擦因数（friction coefficient）是量纲一的常数范宁（Fanning）公式(J/Kg)另两种直管阻力表示式另两种直管阻力表示式压头损失压头损失gudlghHff22(m)压力损失(Pa)22udlhpff第94页/共135页1.8B 层流的摩擦因数层流的摩擦因数压力损失2fdlup322ffdluph322642udldu2642fudlReh与范宁公式对照与范宁公式对照22fudlhRe64层流摩擦因数的理论公式 (P35例题）(Pa)(J/kg)第95页/共135页

24、1.8C 湍流的摩擦因数湍流的摩擦因数 湍流复杂，影响摩擦因数的变量较多。工程研究湍流复杂，影响摩擦因数的变量较多。工程研究中，只能通过实验建立经验关系式。中，只能通过实验建立经验关系式。 研究此类工程问题，为减少实验次数，简化数据研究此类工程问题，为减少实验次数，简化数据关联工作，经常用量纲分析法（关联工作，经常用量纲分析法（dimensional analysis) ，建立特征数方程。建立特征数方程。1.量纲分析法 因次一致性原则因次一致性原则 物理方程各量代以量纲式，物理方程各量代以量纲式，方程两边相同基本量的量纲指数（因次）相等。方程两边相同基本量的量纲指数（因次）相等。定理定理 特征

25、数数目特征数数目=物理量数目基本量数目物理量数目基本量数目 ),u,l,(d,pff管子的绝对粗糙度，管子的绝对粗糙度，m。fedcbafulkdp第96页/共135页各物理量的量纲为：各物理量的量纲为：dimp = ML-1T-2 dimd = Ldiml = L dimu = LT-1dim=ML-3 dim =ML-1T-1dim= Lfedcbafulkdp 各量的量纲代入下式：各量的量纲代入下式：得得 ML-1T-2=kLaLb(LT-1)c(ML-3)d(ML-1T-1)eLfML-1T-2=kMd+eLa+b+c-3d-e+f T-c-e按因次一致性原则：对对M 1 = d+e对

26、L -1 = a+b+c-3d-e+f对T -2 = -c-ea,c,d可表示为可表示为b,e,f 的函数的函数d=1-ec=2-ea=-b-e-f第97页/共135页fedcbafulkdp d=1-ec=2-ea=-b-e-ffee1e2bfebfulkdp将指数相同的物理量并在一起：将指数相同的物理量并在一起：bfe2f)dl()d()duk(up式中包含式中包含4个量纲一的特征数（符合个量纲一的特征数（符合定理）：定理）：欧拉数欧拉数2fupEu 压力损失压力损失/惯性力惯性力雷诺数雷诺数 Re = du/ 惯性力惯性力/粘性力粘性力相对粗糙度相对粗糙度 /d长径比长径比 l/d实验证

27、明实验证明lpf即即 b=1222fefudl)d(kRep第98页/共135页222fefudl)d(kRep与下式比较：与下式比较：22fudlp可得可得fe)d(kRe 2/d)(Re,f即即对对光滑管光滑管, 0, 即即只与只与Re有关有关常用光滑管摩擦因数的公式：0.250.3164Re 对对粗糙管粗糙管，根据已知，根据已知Re和和/d值，由值，由摩擦因数图摩擦因数图求求最为适用。最为适用。适用范围：Re=2500105第99页/共135页2.摩擦因数图1944年年Moody按式按式/d)(Re,f据实验数据绘制第100页/共135页层流区过渡区湍流区完全湍流，粗糙管光滑管Re /d

28、 - -关联图关联图第101页/共135页摩擦因数图的分区A.层流区 （Re2000） 此区域流体作层流流动， 与管壁面的粗糙度无关，而与Re成直线关系，=64/ReA B.过渡区（2000 Re4000）摩擦因数是Re和管壁面相对粗糙度/d 的函数。CD.完全湍流区 （图中虚线以上的区域）曲线近乎水平直线，值基本上不随Re而变化。D第102页/共135页 例例1-9 (P38)1-9 (P38) 在内径为在内径为100mm100mm的无缝钢管中输送一种溶液，其流速是的无缝钢管中输送一种溶液，其流速是1.8m/s1.8m/s，溶液的密，溶液的密度是度是1100kg/m1100kg/m3 3，黏

29、度是，黏度是2.1mPas2.1mPas。试求每。试求每100m100m长无缝钢管的压力损失。倘长无缝钢管的压力损失。倘若由于管子腐蚀，其绝对粗糙度增至原来的若由于管子腐蚀，其绝对粗糙度增至原来的1010倍，管内压力损失增大的百分率倍，管内压力损失增大的百分率是多少？是多少？第103页/共135页 （一）管路系统（一）管路系统 1 1、组成：、组成：由管、管件、阀门以及输送机械等组成的。由管、管件、阀门以及输送机械等组成的。 2 2、作用：、作用：将生产设备连接起来，担负输送任务。将生产设备连接起来，担负输送任务。 第104页/共135页 流体流经管件时，其速度的大小、方向流体流经管件时，其速

30、度的大小、方向等发生变化，出现漩涡，内摩擦力增大，形等发生变化，出现漩涡，内摩擦力增大，形成局部阻力。成局部阻力。 局部阻力以湍流为主，层流很少见，局部阻力以湍流为主，层流很少见，因为层流流体受阻后一般不能保持原有的流因为层流流体受阻后一般不能保持原有的流动状态。动状态。 常见的局部阻力有：常见的局部阻力有：突突扩扩突突缩缩弯弯头头三三通通第105页/共135页（三）计算方法（三）计算方法22ufh 为局部阻力系数。由实验得出，可查表或为局部阻力系数。由实验得出，可查表或图。图。总阻力：总阻力：hf=hf+ hf=(l/d+)u2/2 1、阻力因数法阻力因数法第106页/共135页例 鲜牛奶以

31、流量5000kg/h从贮奶罐输送至杀菌器，管子为38mm1.5mm的不锈钢管，管子长度12m,中间有一只摇板式单向阀，三只90弯头，计算管路摩擦阻力。已知黏度为3mPas,密度为1040kg/m3。解 1.算出流速：1.39m/s(0.035)/4)()/3600(5000/10402/Aquv2.算出Re:4101.693/100010401.390.035duRe 3.查出： 由表1-3查出： 0.15mm0.150.004335d第107页/共135页再由/d 和Re两值，在摩擦因数图上查得：= 0.0354.由阻力因数表查阻力因数：1只摇板式单向阀 2.03只90弯头 30.75管子入

32、口 (突缩) 0.5管子出口(突扩) 1.05.755.求摩擦损失：2)(2udlhf2121.390.0355.7517.1J /kg0.0352第108页/共135页1.9B 当量长度法当量长度法将局部阻力折合成相当于某个长度的圆直管的直管阻力,此长度则称为当量长度 le 。则局部阻力可按直管阻力的计算方法求之：22udlhef求求总阻力总阻力时，时，直管阻力直管阻力和和局部阻力局部阻力可合并计算：可合并计算：22udllhhhefffel各局部当量长度之和各局部当量长度之和强调：在计算局部阻力损失时，即可用强调：在计算局部阻力损失时，即可用阻力系数法阻力系数法，又可用，又可用当量长度法当

33、量长度法，但不能重复计算。，但不能重复计算。第109页/共135页第110页/共135页 例例1-11 (P41)1-11 (P41) 有一段内径有一段内径40mm40mm的无缝钢管，管长的无缝钢管，管长30m30m，管段内有一全开的截止阀和两个，管段内有一全开的截止阀和两个标准弯头，管内水的流速为标准弯头，管内水的流速为1.5m/s1.5m/s，求水流过这段管路的阻力。，求水流过这段管路的阻力。第111页/共135页第112页/共135页管路计算是：管路计算是：连续性方程连续性方程：uAuA常数常数伯努利方程伯努利方程: : 摩擦阻力计算式：摩擦阻力计算式：的具体应用。的具体应用。fupup

34、hgzWegz222122221122udlfh第113页/共135页 1 1、已知流量、管径、已知流量、管径d d、管长、管长l l以及管件和阀门的设置，求管路系统的能量损失，以及管件和阀门的设置，求管路系统的能量损失，以进一步确定所需外功、设备内的压强或设备间的相对位置。以进一步确定所需外功、设备内的压强或设备间的相对位置。 2 2、已知管长、已知管长l l、管路系统的能量损失、管路系统的能量损失hhf f以及管件和阀门的设置，求管径以及管件和阀门的设置，求管径d d。 已知管径已知管径d d、管长、管长l l、管路系统的能量损失、管路系统的能量损失hhf f以及管件和阀门的设置，求流量或

35、以及管件和阀门的设置，求流量或流速流速u u。第114页/共135页 1 1、计算流动阻力、计算流动阻力 题意：题意：一根水平安装的光滑管，长一根水平安装的光滑管，长20m20m，内径，内径50mm50mm，以，以0.18m0.18m3 3/min/min的稳定流量的稳定流量输送水，求延管程的流动阻力和所需功率。已知水的黏度为输送水，求延管程的流动阻力和所需功率。已知水的黏度为1mPas1mPas，密度是，密度是1000kg/m1000kg/m3 3。第115页/共135页 2 2、计算管径、计算管径 题意：题意：钢管管路总长钢管管路总长20m20m，水流量，水流量27m27m3 3/h,/h

36、,输输送过程中允许压头损失为送过程中允许压头损失为4m4m水柱，求管子直水柱，求管子直径。已知水的黏度为径。已知水的黏度为1mPas1mPas，密度是，密度是1000kg/m1000kg/m3 3，钢管的绝对粗糙度为，钢管的绝对粗糙度为0.2mm0.2mm。 3 3、计算流量、计算流量 题意：题意：采用采用1081084mm4mm的不锈钢管输送牛奶，的不锈钢管输送牛奶，管路总长管路总长120m120m，管路中允许的总能量损失为，管路中允许的总能量损失为200J/kg200J/kg，牛奶的黏度为，牛奶的黏度为2mPas2mPas，密度是，密度是1030kg/m1030kg/m3 3，钢管的相对粗

37、糙度为，钢管的相对粗糙度为0.0020.002，试，试计算管路中牛奶的流量。计算管路中牛奶的流量。第116页/共135页 1 1、并联管路、并联管路 对不可压缩流体，忽略分流与汇合处局部阻力，有：对不可压缩流体，忽略分流与汇合处局部阻力，有： （1 1）总管流量等于各支管流量之和）总管流量等于各支管流量之和 q qV V q qV1V1 q qV2V2 q qV3V3 （2 2）各支管阻力损失相同）各支管阻力损失相同 hf1 hf2hf3第117页/共135页 2 2、分支管路、分支管路 支管入口端相连，出口端不相连。支管入口端相连，出口端不相连。 （1 1）总管流量等于各支管流量之和）总管流

38、量等于各支管流量之和 q qVAVA q qVBVB q qVCVC （2 2）各支管中单位质量流体总机械能与机械能损失之和相等）各支管中单位质量流体总机械能与机械能损失之和相等 gZgZB B+u+uB B2 2/2+p/2+pB B/+/+hf,A-B =gZ =gZC C+u+uC C2 2/2+p/2+pC C/+/+hf,A-C 第118页/共135页例题解析例题解析 例例1 11515 题意：题意：内径内径300mm300mm的钢管输送的钢管输送2020的水，在的水，在2m2m长一段的主管路上并联一根长一段的主管路上并联一根60603.5mm3.5mm的的支管，支管上装转子流量计，支管长与局部阻力的当支管，支管上装转子流量计，支管长与局部阻力的当量长度之和为量长度之和为1010m m。由流量计读数知支管内水流量为。由流量计读数知支管内水流量为2.72m2.72m3 3/h,/h,已知主管与支管摩擦因数分已知主管与支管摩擦因数分别为别为0.0180.018和和0.030.