化工流体流动1.5pipe flow system

1、1.5 Pipe flow systemDesign and calculation of pi内容：设计型计算操作型计算systeml lu 2 l u 2hf e d2 d 2u 2pu 2pgz1 1 1 W gz2 2 2 hf22一、管路设计主要涉及管子的选择、管径的确定和管件的选择等。1.管子的选择原则：根据介质和压力确定管子的材质。规格：AB2.管径的确定原则：根据流体的性质和流速u确定管径。A表示管子外径，B表示管子壁厚，为mmVu 4总费用d 操作费设备费uopt平均流速 u表1.6-1某些流体的适宜的经济流速范围流体类别常用流速范围m，/s流体类别常用流速范围，m/s水及一

2、般液体 粘度较大的液体低压气体易燃、易爆的低压气体130.518158压强较高的气体饱和水蒸汽：8 大气压以下3大气压以下过热水蒸气15254060204030503.管件的确定原则：管件尽可能少，宜少弯曲，尽量省去不必要的阀门。一般不作突然扩大和缩小，而采用渐变管连接。管的 也可制作成喇叭形。二、管路计算基本方程：V d 2u连续性方程：s4u2u2pp方程：gz1 W gz2 1122hf22 du , 阻力计算（摩擦系数）：d 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。2 12u2phfW gz2 2 2gz112（1）设计型计算设计要求：规定输液量Vs，确定一经济的管

3、径及供液点提供的位能z1(或静压能p1)。给定条件：L；（1）供液与需液点的距离，即管道材料与管件的配置，即及 ；需液点的位置z2及压力p2；We。确定经济管径z（4）输送机械选择适宜流速pf（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，输送机械求：流体的流速u及供液量VS。We；已知：管子d、 L、管件和阀门、流量Vs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。2u2pgz1 11 W gz2 2 2 hf22三、阻力对管内的影响11阀门F开度减小时：22BA F（1）阀关小，阀门局部阻力系数 hf,A-B流速u即流量；在1-A

4、之间，由于流速u hf,1-A 在B-2之间，由于流速u hf,B-2 ；。可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。 Pipe system1. Compound pipes in series串联管路Pipelinehasthesamediameterorconsist of sections of different diameters.Compound pipes inPipeline branches orallel 并联管路t a common poor has a byss.1.等径单管路计算1122已有公式： f Re, f u, d d u

5、2pu2pgz1 1 1 W gz2 2 2 hf22l lu2 l u2 hf e d2 d 2主要涉及以下几方面计算问题u2u2pphf 1 1W gz2 2 2gz122（1）可直接求出hf（或已知hf） 计算z 、p、W、u已知z 、p、W、u和d 计算管路长度l已知z 、p、W、l 和d 计算管内流速u已知z 、p、W、u和 l 计算管子内径d试差法计算过程（如已知l 和d计算u ）：假设 的初值（一般取0.02） 根据机械能衡算式求hfl lu2Re duhf e 求u 根据求Re 根据d2 根据 fRe,d 值 循环计算直到满足计算精度求新的试差计算Vs1,d1Vs2,d2Vs

6、,d332.串联管路计算u1 u2 已有公式：u2pu2pgz1 1 1 W gz2 2 2 hf22l lu2 l u2 hf e d2 d 2 f Re, f u, d d u d 2 u d 2 1122EXLE 1.7. Crude oil having a specificgravityof 0.93 and a viscosity of 4 cP isdraining by gravityfrom the bottom of a. The depth of liquid above the drawoffconnectionheis 6 m. The line fromthedra

7、woffis3-in.Schedule40pipe(0.078mID). Its lengthis 45 m, and itcontains one elbow and two gate valves.The oil dischargeso the atmosphere 9 mbelow the drawoff connection of the.What flow rate, in cubic meters per hour, can be expected through the line?aUpstream-liquid surface of the6mDownstreamoutlet

8、of the dischargpe*Solution. Theties needed are9mb 0.004kg / m sL 45mD 3.068 0.256 ft 0.078m12 0.93998 928kg / m3For fittings, from Table 1.4Kf 0.75 20.17 1.09 0Vapa pb 1amingand sinceb2Vb hf g(Za Zb ) 9.81(6 9) 147.1m / s222 V2LK Kh 4 f bfcfD2 4 45 f V22V 0.4 1.09 b (2308f 1.49) b20.0782V 22Vh b (1

9、2,308f 1.49) 147.1 2b2fUse Fig.1.22 to find f. For this problemRe 0.078 928Vb18,096Vb0.004kD 0.00015 0.3048 0.000590.078Trial and errivesVbRefVb4.007.230.00564.374.377.910.00554.404.407.960.00554.40【例1-21】如本题附图所示，密度为950kg/m3、粘度为1.24ms的料液从槽送入塔中，槽内的液面维持恒定，并高于塔的进料口4.5m，塔内表压强为3.5103。送液管道的直径为452.5mm，长为35

10、m（包括管件及阀门的当量长度,但不包括进、出口损失），管壁的绝对粗糙度为0.2mm，试求输液量为若干m3/h。解：计算过程如下：槽液面为上游截面1-1，输液以管出口内侧为下游截面2-2，并以截面2-2的中心线为基准水平面。在两截面间列方程式，即式中将已知数据代入上两式，经整理得到（a）而故需试差试差方法一：先取值，求值，在阻力平方区查取，然后按如下方框进行计算具体计算过程如下:取=0.2mm，/d=0.2/40=0.005，在图1-25的阻力平方区查得=0.03。将值代入式a计算u，即qV由/d及Re值，再查图1-25，得到0.0322，与原取0.03有差别，进行第二次试差，解得u=1.656

11、m/s，Re=5.08104，0.0322。于是 u=1.656m/s即为所求，故液体输送量为:qV试差方法二:qV对于一定管路系统，已知流量求能量损失则不需试差。1.5.2 multiplTwo situation:pe systems(1)Mainpipelinehasabyss.并联管路rallelpipe system(2) Pipeline branches o路 branching systemt a common po.分支管EVV31VVV2ABVDF2ABV4V1CV 3(1)h21 q2 V V22ppgZ AAAgZBBBhf 1AB22 V V22ppgZ AAAgZB

12、BBhf 2AB22V 2V 2LL k1 ) 1 k2 ) 2 (1 1 (22D2D122Exle1.8 Find the distribution of flow fro threerallel pipesarrangement shown in fig 1.29. The water kinematic viscosityV=10-6m2/s. The total discharge is q=0.020m3/s.V1VV2ABV 3(a)1 h3hfAB3V 2V 2V 2LLL k1 ) 1 k2 ) 2 k3 ) 3 (1 1 (2 (33D32D2D1222pipeL/mD/m

13、K11000.050.0231021500.0750.025332000.0850.0212 V V22ppgZOOOgZBBBhfBOB22junction V V22ppgZOOOgZCCChfCOC22 V V22ppgZBBBhfB gZCCChfCBC22qCm3/sB11A water delivery system is shownhe figure attached.Water level of the highis maaed fixed. Water isdischarged via branch pipes BC and BD. The vertical distance

14、from the liquid levelheto the outlets of the two branchpipes is the same, 11m. Pipe AB is 58m long and 38mm insidediameter. Pipe BC is 12.5m long and the 32mm inside diameter. Pipe BD is 14m long and 26mm inside diameter. Equivalentlength for fittings and totally opened valves are includedhelength of each pipe. Friction factor for pipe AB and BC are=0.03.Calcu