管路上的局部阻力损失

关于管路上的局部阻力损失阻力系数法将局部能量损失表示成流动动能因子的一个函数，即有：或：系数由实验测定ζ——局部阻力系数。第2页,共74页，2024年2月25日，星期天1.突然扩大第3页,共74页，2024年2月25日，星期天2.突然缩小第4页,共74页，2024年2月25日，星期天a曲线：管截面突然扩大b曲线：管截面突然缩小第5页,共74页，2024年2月25日，星期天3.进口A2/A1=0,ζc=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第6页,共74页，2024年2月25日，星期天4.出口A1/A2=0,ζe=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第7页,共74页，2024年2月25日，星期天

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。由于出口阻力系数，两种选取截面方法计算结果相同。注意点第8页,共74页，2024年2月25日，星期天5.管件与阀门180º回弯管三通四通异径管90º弯头

闸阀

截止阀

止回阀局部阻力系数从相关手册查得第9页,共74页，2024年2月25日，星期天当量长度法

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？第10页,共74页，2024年2月25日，星期天管路系统中总的能量损失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第11页,共74页，2024年2月25日，星期天管路计算简单管路复杂管路第12页,共74页，2024年2月25日，星期天简单管路

简单管路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。第13页,共74页，2024年2月25日，星期天特点：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，即第14页,共74页，2024年2月25日，星期天

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89mmX4mm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57mmX3.5mm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%。第15页,共74页，2024年2月25日，星期天

密度为950kg/m3、粘度为1.24mPa·s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3.82×103Pa，送液管道直径为45mm×2.5m，长为35m，管壁的绝对粗糙度为0.2m，求输液量。第16页,共74页，2024年2月25日，星期天初值λ重设λ值第17页,共74页，2024年2月25日，星期天复杂管路1、并联管路特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和（2）并联管路中各支路的单位质量流体的能量损失均相等。AVSVS1VS2VS3B第18页,共74页，2024年2月25日，星期天分支管路COAB特点：（1）主管中的流量为各支路流量之和；（2）流体在各支管流动时的阻力损失是相等的。第19页,共74页，2024年2月25日，星期天在并联管路中，支管1直径为56mm×2.5m，其长度为30m；支管2直径为85mm×2.5m，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。第20页,共74页，2024年2月25日，星期天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。第21页,共74页，2024年2月25日，星期天由于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第22页,共74页，2024年2月25日，星期天测速管（Pitot管）流量测量第23页,共74页，2024年2月25日，星期天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/ρ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向相平行，所测得的是流体的静压能P/ρ测量点处的冲压能与静压能之差Δh为测量点处的流速为Δh怎么求？第24页,共74页，2024年2月25日，星期天测速管优缺点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。第25页,共74页，2024年2月25日，星期天孔板流量计

缩脉，流速最大11

00

第26页,共74页，2024年2月25日，星期天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第27页,共74页，2024年2月25日，星期天引入压差降校正系数C2根据连续性方程，对于不可压缩流体，则有则有：第28页,共74页，2024年2月25日，星期天令则有：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由实验测定第29页,共74页，2024年2月25日，星期天

标准孔板的流量系数第30页,共74页，2024年2月25日，星期天孔板流量计优缺点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。第31页,共74页，2024年2月25日，星期天文丘里流量计接U型管接U型管体积流量与压差的关系：Ao:喉管出截面积第32页,共74页，2024年2月25日，星期天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。第33页,共74页，2024年2月25日，星期天转子流量计第34页,共74页，2024年2月25日，星期天

当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮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。第35页,共74页，2024年2月25日，星期天设Vf为转子体积，Af为转子最大部分的截面积，ρf为转子密度，ρ为被测流体密度。流体流经环形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：环隙面积第36页,共74页，2024年2月25日，星期天转子流量计优缺点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。第37页,共74页，2024年2月25日，星期天习题课(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。第38页,共74页，2024年2月25日，星期天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、广泛被应用第39页,共74页，2024年2月25日，星期天单位制与单位换算质量热容：3kcal/(kg·℃)=（）J/(kg·K)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式中温度T单位为℃，将温度单位换为K，Cp单位换为J/(kg·K)第40页,共74页，2024年2月25日，星期天物料衡算与能量衡算稳态过程：连续操作过程非稳态过程：间歇操作过程第41页,共74页，2024年2月25日，星期天物料衡算本质表征：质量守恒式中：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适合稳态过程第42页,共74页，2024年2月25日，星期天能量衡算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43页,共74页，2024年2月25日，星期天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－绝对压强第44页,共74页，2024年2月25日，星期天流体流动基本方程第45页,共74页，2024年2月25日，星期天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)第46页,共74页，2024年2月25日，星期天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，管壁处流速为零平均流速：对于内径为d的圆形管道则有：第47页,共74页，2024年2月25日，星期天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。第48页,共74页，2024年2月25日，星期天连续性方程稳态流动系统输入量与输出量相等质量守恒第49页,共74页，2024年2月25日，星期天伯努利方程的讨论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=常数(机械能)位能动能势能第50页,共74页，2024年2月25日，星期天对于非理想流体，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第51页,共74页，2024年2月25日，星期天：有效功率，单位时间输送设备所做的有效功：流体的质量流量，单位为J/s伯努利方程的讨论第52页,共74页，2024年2月25日，星期天伯努利方程的三种基本形式第53页,共74页，2024年2月25日，星期天某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。第54页,共74页，2024年2月25日，星期天水以3.77×10-3m3/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。第55页,共74页，2024年2月25日，星期天（a）层流；（b）过渡流；（c）湍流层流（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）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。第56页,共74页，2024年2月25日，星期天雷诺准数

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。无量纲量第57页,共74页，2024年2月25日，星期天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第58页,共74页，2024年2月25日，星期天uθ1θ2

θ点A处流体质点的速度脉动曲线示意图

湍流的描述主要特征：质点的脉动瞬时速度=时均速度+脉动速度第59页,共74页，2024年2月25日，星期天边界层的概念ususus层流边界层湍流边界层层流内层Ax0δ平板上的流动边界层

①边界层的形成条件流动；实际流体；流过固体表面。

②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。第60页,共74页，2024年2月25日，星期天流体在管内的流动阻力流体阻力的种类：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。总能量损失：第61页,共74页，2024年2月25日，星期天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、阻力损失第62页,共74页，2024年2月25日，星期天J/kgmPa

范宁公式计算流体流动阻力的一般公式第63页,共74页，2024年2月25日，星期天水利半径rH

流体在流道里的流道截面积A与润湿周边长度Π之比。

rH=A/Π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第64页,共74页，2024年2月25日，星期天管路上的局部阻力损失阻力系数法或：ζ——局部阻力系数。第65页,共74页，2024年2月25日，星期天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ζ=0.5ζ=1第66页,共74页，2024年2月25日，星期天当量长度法

将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长