第一章 食品工程原理

第一章流体流动1内容提要流体静力学流体在管内的流动流体的流动现象流动阻力管路计算流量测量要求掌握流体静力学方程的应用连续性方程和机械能衡算方程的物理意义，适用条件及其应用能进行管路的设计计算2流体的特征：具有流动性,即抗剪和抗张的能力很小；无固定形状，随容器的形状而变化；在外力作用下其内部发生相对运动。流体:

在剪应力作用下能产生连续变形的物体称为流体。如气体和液体。第一节流体的重要性质3流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任务，实现生产的连续化。压强、流速和流量的测量：以便更好的掌握生产状况。为强化过程提供适宜的流动条件：除了流体输送外，化工生产中的传热、传质过程以及化学反应大都是在流体流动下进行的，以便降低传递阻力，减小设备尺寸。流体流动状态对这些单元操作有较大影响。研究流体的意义4

在研究流体流动时，常将流体视为由无数流体微团组成的连续介质。流体微团或流体质点：它的大小与容器或管道相比是微不足道的，但是比起分子自由程长度却要大得多，它包含足够多的分子，能够用统计平均的方法来求出宏观的参数（如压力、温度），从而使我们可以观察这些参数的变化情况。连续性的假设流体介质是由连续的质点组成的；表征流体物理性质和运动参数的物理量在空间和时间上是连续的分布函数。1.连续介质假定5单位体积流体的质量，称为流体的密度，其表达式为式中

ρ——流体的密度，kg/m3；

m——流体的质量，kg；

v——流体的体积，m3。

不同的流体密度是不同的，对一定的流体，密度是压力P和温度T的函数，可用下式表示：

ρ＝f（P，T）2.流体的密度

6

液体的密度随压力的变化甚小（极高压力下除外），可忽略不计，但其随温度稍有改变。气体的密度随压力和温度的变化较大。式中P——气体的压力，kN/m2或kPa；

T——气体的绝对温度，K；

M——气体的分子量，kg/kmol；

R——通用气体常数，8.314kJ/kmol·K。(1-1)

当压力不太高、温度不太低时，气体的密度可近似地按理想气体状态方程式计算：7液体混合物:液体混合时，体积往往有所改变。若混合前后体积不变，则1kg混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之和，则可由下式求出混合液体的密度ρm。式中α1、α2、…，αn——液体混合物中各组分的质量分数；

ρ1、ρ2、…，ρn——液体混合物中各组分的密度，kg/m3；(1-2)气体混合物:当气体混合物的温度、压力接近理想气体时

ρm

＝

ρ１φ1+ρ2φ2+…+

ρnφn

(1-3)式中：φ1

、φ2

、…φn

——气体混合物各组分的体积分数。8大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点9不可压缩流体：流体的体积如果不随压力及温度变化，这种流体称为不可压缩流体。

实际上流体都是可压缩的，一般把液体当作不可压缩流体；气体应当属于可压缩流体。但是，如果压力或温度变化率很小时，通常也可以当作不可压缩流体处理。可压缩流体：流体的体积如果随压力及温度变化，则称为可压缩流体。3.流体的可压缩性※10例1-1已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%(质量)的硫酸水溶液的密度。解：应用混合液体密度公式，则有11

设想有两块面积很大而相距很近的平板，其间充满液体，如图所示：uFu=04.流体的黏性一.牛顿粘性定律运动着的流体内部相邻两流体层间的作用力，称为剪切力，是流体粘性的表现，又称为内摩擦力或粘性摩擦力。流体流动时产生剪切的性质称为粘性。流体粘性越大，其流动性越小。流体流动时的内摩擦是流体阻力产生的依据。12——牛顿粘性定律式中：速度梯度比例系数，它的值随流体的不同而不同，流体的粘性愈大，其值愈大，称为粘性系数或动力粘度，简称粘度.单位面积的切向力F/A即为流体的剪应力τ。实验证明，对大多数流体，剪应力τ服从下列牛顿粘性定律：什么是牛顿型流体？13SI单位制和物理单位制粘度单位的换算关系为：在物理单位制中：P（泊）cP（厘泊）粘度的单位在SI制中：Pa·s1Pa·s=1000cP=10P运动粘度SI制：m2/s什么是理想流体？※自然界中不存在真正的理想流体。14流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。作用在流体上的力有质量力和表面力。质量力：作用于流体每个质点上的力，与流体的质量成正比，如：重力和离心力。表面力：作用于流体质点表面的力，其大小与表面积成正比，如：压力和剪力。第二节流体静力学2.1流体的受力表面应力152.2静止流体的压力特性1标准大气压(atm)=1.013×105

Pa

=1.033kgf/cm2(bar,巴)=10.33mH2O=760mmHg

（一个压力）1kgf/cm2=98.07kPa≈0.1MPa

垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体的压强，简称压强。习惯上称为压力。作用于整个面上的力称为总压力。在静止流体中，从各方向作用于某一点的压力大小均相等。※16压力可以有不同的计量基准。绝对压力（absolutepressure）：以绝对真空(即零大气压)为基准。表压(gaugepressure)：以当地大气压为基准。它与绝对压力的关系，可用下式表示：表压＝绝对压力－大气压力真空度（vacuum）：当被测流体的绝对压力小于大气压时，其低于大气压的数值，即：真空度＝大气压力－绝对压力注意：此处的大气压力均应指当地大气压。在本章中如不加说明时均可按标准大气压计算。17图绝对压力、表压和真空度的关系（a）测定压力>大气压（b）测定压力<大气压绝对压力测定压力表压大气压当时当地大气压（表压为零）绝对压力为零真空度绝对压力测定压力（a）（b）注意书写时要标注表压或真空度例如：釜内压强为2×103

Pa(表)，2kPa(真空度)18

流体静力学基本方程式是用于描述静止流体内部的压力沿着高度变化的数学表达式。对于不可压缩流体，密度不随压力变化，其静力学基本方程可用下述方法推导。例题1-119在垂直方向上作用于液柱的力有：下底面所受之向上总压力为p2A；上底面所受之向下总压力为p1A；整个液柱之重力G＝ρgA(Z1-Z2)。

现从静止液体中任意划出一垂直液柱，如图所示。液柱的横截面积为A，液体密度为ρ，若以容器器底为基准水平面，则液柱的上、下底面与基准水平面的垂直距离分别为Z1和Z2，以p1与p2分别表示高度为Z1及Z2处的压力。

p0p1p2Gz2z12.3流体静力学基本方程式20上两式即为液体静力学基本方程式p2＝p1＋ρg(Z1-Z2)p2＝p0＋ρgh

如果将液柱的上底面取在液面上，设液面上方的压力为p0，液柱Z1-Z2＝h，则上式可改写为

在静止液体中，上述三力之合力应为零，即：p2A－p1A－ρgA(Z1-Z2)＝021由上式可知：

当液面上方的压力一定时，在静止液体内任一点压力的大小，与液体本身的密度和该点距液面的深度有关。因此，在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点的压力都相等。此压力相等的水平面，称为等压面。当液面的上方压力p0有变化时，必将引起液体内部各点压力发生同样大小的变化。p2＝p0＋ρgh可改写为

由上式可知，压力或压力差的大小可用液柱高度表示。注意：上述各方程仅适用于连通着的同一种连续的不可压缩静止流体※22注：指示剂的选择

指示液密度ρ0，被测流体密度为ρ，图中a、b两点的压力是相等的，因为这两点都在同一种静止液体（指示液）的同一水平面上。通过这个关系，便可求出p1-p2的值。2.4流体静力学方程的应用一、压力与压力差的测量1.U型管液柱压差计（U-tubemanometer）23根据流体静力学基本方程式则有：U型管右侧

pa＝p1+(m+R)ρgU型管左侧pb＝p2+mρg+Rρ0g

pa＝pbp1－p2＝R（ρ0－ρ）g

测量气体时，由于气体的ρ密度比指示液的密度ρ0小得多，故ρ0－ρ≈ρ0，上式可简化为p1－p2＝Rρ0g若U管的一端与被测流体连接，另一端与大气相通，此时读数R反映的是被测流体的表压力。24

下图所示是倒U型管压差计。该压差计是利用被测量液体本身作为指示液的。压力差p1-p2可根据液柱高度差R进行计算。

25例1如附图所示，常温水在管道中流过。为测定a、b两点的压力差，安装一U型压差计，试计算a、b两点的压力差为若干？已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。26解取管道截面a、b处压力分别为pa与pb。根据连续、静止的同一液体内同一水平面上各点压力相等的原理，则

p1＇＝p1

（a）p1＇＝pa－xρH2Ogp1=RρHgg+p2=RρHgg+p2＇=RρHgg+pb－（R＋x）ρH2Og根据式（a）pa－pb＝xρH2Og＋RρHgg－（R＋x）ρH2Og＝RρHgg－RρH2Og＝0.1×(13600-1000)×9.81=1.24×104Pa27

当被测量的流体压力或压差不大时，读数R必然很小，为得到精确的读数，可采用如图所示的斜管压差计。R‘与R的关系为:R＇＝R/sinα

式中α为倾斜角，其值愈小，则R值放大为R＇的倍数愈大。

2斜管压差计（inclinedmanometer

）28

式中ρa、ρb——分别表示重、轻两种指示液的密度，kg/m3。按静力学基本方程式可推出:

P1－P2＝ΔP＝Rg（ρa－ρb）构造如图所示：指示液：两种指示液密度不同、互不相容；扩张室：扩张室的截面积远大于U型管截面积，当读数R变化时，两扩张室中液面不致有明显的变化。

对于一定的压差，（Pa－Pb）愈小则读数R愈大，所以应该使用两种密度接近的指示液。3微差压差计（two-liguidmanometer

）※29说明：图中平衡器的小室2中所装的液体与容器里的液体相同。平衡器里的液面高度维持在容器液面容许到达的最大高度处。容器里的液面高度可根据压差计的读数R求得。液面越高，读数越小。当液面达到最大高度时，压差计的读数为零。1—容器；2—平衡器的小室；

3—U形管压差计二、液位测定hzaa`30例1-5为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高度。指示液为汞。1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2，试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。

2.当（Z1－Z2）＝1.5m，R1＝0.15m，R2＝0.06m时，试求石油产品的密度ρP及Z1。31解（1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，鼓泡速度很慢，可以当作静止流体处理。因此可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即

（a）（b）（2）将式（a）减去式（b）并经整理得

32

为了安全起见，实际安装时管子插入液面下的深度应比上式计算值略低。

作用：控制设备内气压不超过规定的数值，当设备内压力超过规定值时，气体就从液封管排出，以确保设备操作的安全。

若设备要求压力不超过P1（表压），按静力学基本方程式，则水封管插入液面下的深度h为三、确定液封高度h例题1-63334第三节流体流动概述

35第三节流体流动概述

煤气煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池361.3.1流动体系的分类一、定态与非定态流动定态流动※：流体在流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数仅随位置变化而不随时间改变。

非定态流动：若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时间而改变。37三、按照流体的流动方式分类二、按照流速及有关物理量依赖的空间维数的不同分类一维流动多维流动绕流封闭管道内的流动382.质量流量

qm，s（kg/s）

单位时间内流体流经管道任一截面的质量，称为质量流量。1.体积流量

qv，s（m3/s）

单位时间内流体流经任一流通截面的流体体积，称为体积流量。一、流量1.3.2流量与平均流速3.体积流量与质量流量之间的关系为：

qm,s=ρqv,s

（1-20）39

平均流速（m/s）

:体积流量与流通截面积之比。简称流速。二、平均流速质量平均流速（kg/m2·s）

:单位时间内流体流经管道单位截面积的质量称为质量流速。它与流速及流量的关系为：

（1-21）40若以d表示管内径，则式可写成

三、圆形管道直径的估算

（1-25）确定流体输送管路直径的依据41若u大，管道阻力大，动力消耗大，操作费用大；d可小若u小，管道阻力小，但d大，建设成本大。所以，设计管道时，需要综合考虑这两个互相矛盾的经济因素。

四、管道中流速的确定一般情况下液体流速u=0.5-3m/s;

气体流速u=10-30m/s※4243

例：某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管道，试选择合适的管径。解：依式（1-25）管内径为

选取水在管内的流速u＝1.8m/s(水及低粘度液体1.5-3.0)

查附录中管道规格，确定选用φ89×4的管子，则其内径为因此，水在输送管内的实际操作流速为：441.3.3流动型态与雷诺数雷诺实验装置1-小瓶；2-细管；3-水箱；4-水平玻璃管；5-阀门；6-溢流装置一、雷诺实验45二、流动型态的判据–––雷诺数

过渡流2000<Re<4000※湍流Re>4000实验证明：流体在管内流动时层流Re<2000※量纲为一的数群表示惯性力与粘性力之比46例题：20℃的水以1.5m/s的平均流速在内径为50mm的圆管内流动。已知水的密度和粘度分别为998.2kg/m3和100.5×10-5Pa·s，试判断流动型态。解：用SI单位计算因Re>4000，所以为湍流47三、当量直径（水力直径）对于非圆形管道，可用当量直径de代替管道直径dLp:流道截面上润湿周边长度特征速度u特征尺寸d※48第四节流体流动的基本方程控制体（热力体系）的概念反映管内流体流动规律的基本方程式有：连续性方程伯努利方程

本节主要围绕这两个方程式进行讨论。热量交换、物质交换、功交换49211´2´qm1qm2设流体在如图所示的管道中作连续稳定流动:1.4.1总质量恒算-----连续性方程

qm1

＝qm2ρ1u1A1＝ρ2u2A2

(1-29)此关系可推广到管道的任一截面，即

qm=ρuA＝常数(1-30)

若流体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为

uA＝常数(1-31)

50

由此可知，在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之亦然。

式中d1及d2分别为管道上截面1和截面2处的管内径。上式说明不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方成反比。或对于圆形管道，有※51例如附图所示的输水管道，管内径为：d1=2.5cm；d2=10cm；d3=5cm。（1）当流量为4L/s时，各管段的平均流速为若干？（2）当流量增至8L/s或减至2L/s时，平均流速如何变化？

d1

d2

d352

(2)各截面流速比例保持不变，流量增至8L/s时，流量增为原来的2倍，则各段流速亦增加至2倍，即

u1＝16.3m/s，u2=1.02m/s，u3=4.08m/s解(1)根据式(1-15)，则

流量减小至2L/s时，即流量减小1/2，各段流速亦为原值的1/2，即

u1＝4.08m/s，u2=0.26m/s，u3=1.02m/s53设流动为定态流动，流体流量为qm（1）位能gZ（2）动能

u2（3）内能U（4）压力能pυ

qmpυ

（5）外功WePe=qmWe（6）热量QQ=qmQ12

1.4.2总能量恒算方程一、流动系统的总能量衡算方程

qmgZ

qmu212

(J/kg)(J/s)

qmU54∑输入能量=∑输出能量定态流动的总能量衡算方程对于定态流动系统由热力学第一定律可知：动能项的讨论55二、流动系统的机械能衡算方程

机械能：动能、位能、压力能、外功非机械能：内能、热1.机械能的转换和损失p1

p2

mRAA’

定态流过绝热水平直管道We=0Qe=0对于不可压缩流体机械能损失的根本原因是由于流体具有粘性※562.流动系统的机械能衡算方程仅作内能与热的衡算1kg流体自截面1-1’流入至截面2-2’流出的过程中，因被加热而引起的体积膨胀所做的功，J/kg1kg流体在截面1-1’与截面2-2’之间获得的总热量，J/kg（1-33）（1-34）57（1-36）定态流动过程的机械能衡算方程对于不可压缩流体，密度不变，上式中积分项变为伯努利方程（1-33）（1-34）583.对伯努利方程的讨论对于理想流体而又无外功加入时若有外功加入并有机械能损失（实际流体）时(J/s)（m）位压头动压头静压头591.4.3机械能衡算方程的应用(1)选取截面连续流体；两截面均应与流动方向相垂直。用柏努利方程式解题时的注意事项：(2)确定基准面

基准面是用以衡量位能大小的基准。强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的相应截面，因为起点和终点的已知条件多。60(3)压力

柏努利方程式中的压力p1与p2只能同时使用表压或绝对压力，不能混合使用。(4)外加能量

外加能量W在上游一侧为正，能量损失在下游一侧为正。

61从高位槽向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？11002262解：选取高位槽的液面作为1-1截面，选在管出口处内侧为2-2截面，以0-0截面为基准面，在两截面间列柏努利方程，则有式中p1=p2=0（表压）

u1=0（高位槽截面与管截面相差很大，故高位槽截面的流速与管内流速相比，其值很小可以忽略不计）u2=1.5m/sΣhf=1.2mz1-z2=xx=1.2m

计算结果表明，动能项数值很小，流体位能主要用于克服管路阻力。63例1-9用泵将贮槽(通大气)中的稀碱液送到蒸发器中进行浓缩，如附图所示。泵的进口管为φ89×3.5mm的钢管，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为φ76×2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在0.2kgf/cm2（表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需的外加能量。64基准65式中，z1=0，z2=7；p1=(表压)，p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u1

0,u2=u1(d2/d1)2=1.5((89-2×3.5)/(76-2×2.5))2=2.0m/s代入上式，得W=128.41J/kg解：解题要求规范化6667

本节将讨论产生能量损失的原因及管内速度分布等，以便为下一节讨论能量损失的计算提供基础。第五节动量传递现象1.5.1层流——分子动量传递（1-43）式中为单位体积流体的动量，为动量梯度。68

因此，剪应力可看作单位时间单位面积的动量，称为动量通量。而剪应力的单位可表示为

式(1-43)表明，分子动量通量与动量浓度梯度成正比。uFu=0691.5.2湍流特性与涡流传递湍流的特点与表征

层流——分子动量传递湍流——质点脉动引起的涡轮动量传递

质点的脉动是湍流的基本特点流动阻力远远大于层流流体速度分布较层流均匀uiui’uiθθ1θ270图1-16速度分布：流体流动时，管截面上质点的轴向速度沿半径的变化。流动类型不同，速度分布规律亦不同。

一、流体在圆管中层流时的速度分布

由实验可以测得层流流动时的速度分布，如图所示。速度分布为抛物线形状。管中心的流速最大；速度向管壁的方向渐减；靠管壁的流速为零；平均速度为最大速度的一半。

流体在圆管内的速度分布71

湍流：除沿轴向的运动外，在径向上还有瞬时脉动，从而产生漩涡。uiui’uiθθ1θ2二、流体在圆管中湍流时的速度分布72湍流的速度分布目前还没有理论推导，但有经验公式。12速度分布有两个区域：

中心(较平坦);

近管壁(速度梯度很大);u壁=0.3近管壁有层流底层δ；4中间为湍流区；5u越大，层流底层越薄；；6起始段：特点：湍流层流73一.边界层的形成与发展

定义：

①边界层的形成条件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。1.5.3边界层与边界层分离现象u0层流边界层湍流边界层层流内层ALfδ平板上的流动边界层u0u074层流边界层湍流边界层不管层流还是湍流，边界层厚度等于圆管半径。充分发展了的流动：75

实验证明，层流速度的抛物线分布规律要流过一段距离后才能充分发展成抛物线的形状。

当液体深入到一定距离之后，管中心的速度等于平均速度的两倍时，层流速度分布的抛物线规律才算完全形成。尚未形成层流抛物线规律的这一段，称为进口段长度。Lf

＝0.0575dRe

Lf层流边界层76二.边界层分离与形体阻力边界层分离：在某些情况下，会出现边界层与固体壁面相脱离的现象。此时边界层内的流体会倒流并产生旋涡，导致流体的能量损失。它是黏性流体流动时能量损失的重要原因之一。

(a）当流速较小时流体贴着固体壁缓慢流过(爬流)。77(b)流速不断提高，达到某一程度时，边界层分离。

PBA®P（分离点）®压力最高速度为0压力最低（压力能一部分转化为动能，一部分消耗于摩擦阻力损失）速度最大停止流动®产生倒流C78流体流经管件、阀门、管子进出口等局部地方，由于流向的改变和流到的突然改变，都会出现边界层分离现象。工程上，为减小边界层分离造成的流体能量损失，常常将物体做成流线型。7980第六节流体在管内流动的阻力1.6.1管流阻力的分类及计算摩擦阻力的通式一.压力降—管流阻力的表现p1

p2

mRAA’

81管路中的流动阻力=直管阻力+局部阻力直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生；局部阻力：主意是流体流经管件、阀门以及管截面的突然扩大或缩小等局部地方引起边界层分离造成的阻力。阻力损失与压力差的区别：

△pf——单位体积流体流动产生的机械能损失；

△p——任意两点间的压力差。二者之间的关系：u2fepzgWpD-D-D-=D2rrrfppD=D时：当000=D=D=uzWe82

二、直管摩擦阻力与范宁公式

直管摩擦阻力通式的推导P2rirτ流向P1L（P1-P2)πr2=τ2πrL即2Lr=tΔP在壁面处r=ri=d/24Ld=tsΔP(无外功加入，水平管内)sfPD=4Ld范宁公式83范宁公式是计算管内摩擦阻力的通式

量纲为一28urtl=摩擦系数1.6.2管内层流的摩擦阻力哈根-泊肃叶定律（层流适用）代入范宁公式可得841.6.3管内湍流的摩擦阻力

一.管内湍流的速度结构与管壁粗糙度

1.管内湍流的速度结构层流底层的厚度δb与流体的粘度μ成正比，与速度u成反比，与摩擦阻力系数λ有关。（随雷诺数的增大而减小）85

2.管壁粗糙度及其对流动的影响绝对粗糙度e：管壁凸出部分的平均高度当δb>e时称为水力光滑管当δb<

e时称为水力粗糙管相对粗糙度：e/d水力光滑与水力粗糙同几何上的光滑与粗糙有区别duδbbεδb>eδb<eεdδbu86

三.管内湍流的摩擦系数利用量纲分析的方法确定与摩擦系数有关的准数和参数，通过实验得到各种条件下的关联式。湍流光滑区（水力光滑管）

仅与Re有关，与相对粗糙度e/d无关(1)尼古拉则式：适用条件:Re>4000(2)布拉休斯式：适用条件:4000<Re<105873.湍流过渡区

既与相对粗糙度e/d有关，又与Re有关适用条件摩擦系数图2.完全粗糙区（粗糙管）

仅与相对粗糙度e/d有关，与Re无关适用条件88891.6.5管路上的局部阻力计算方法有阻力系数法和当量长度法1.阻力系数法：将局部阻力损失折合成管中平均速度表示的动压头的倍数2.当量长度法：将局部阻力损失折合成具有相同直径、长度为当量长度Le的沿程阻力损失。90分类：按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡胶管等；按加工方法：钢管又有有缝与无缝之分；按颜色：有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。表示方法：φA×B，其中A指管外径，B指管壁厚度，如φ108×4即管外径为108mm，管壁厚为4mm。1管子(pipe)91作用：改变管道方向(弯头);

连接支管(三通);改变管径(变形管);堵塞管道(管堵)。螺旋接头卡箍接头管件：管与管的连接部件。2管件(pipefitting)929394装于管道中用以开关管路或调节流量。3阀门

(Valve)95截止阀(globevalve)

应用：常用于蒸汽、压缩空气及液体输送管道。若流体中含有悬浮颗粒时应避免使用。结构：依靠阀盘的上升或下降，改变阀盘与阀座的距离，以达到调节流量的目的。特点：构造较复杂。在阀体部分液体流动方向经数次改变，流动阻力较大。但这种阀门严密可靠，而且可较精确地调节流量。96闸阀(gatevalve)：闸板阀特点：构造简单，液体阻力小，且不易为悬浮物所堵塞，故常用于大直径管道。其缺点是闸阀阀体高；制造、检修比较困难。应用：较大直径管道的开关。结构：闸阀是利用闸板的上升或下降，以调节管路中流体的流量。97止逆阀(checkvalve):

单向阀特点：只允许流体单方向流动。应用：只能在单向开关的特殊情况下使用。结构：如图所示。当流体自左向右流动时，阀自动开启；如遇到有反向流动时，阀自动关闭。9899直管阻力：或沿程阻力。流体流经一定直径的直管时所产生的阻力。局部阻力：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：为直管阻力与局部阻力所引起能量损失之总和。100101102103104105组成：由管、管件、阀门以及输送机械等组成的。作用：将生产设备连接起来，担负输送任务。第七节流体输送管路的计算管路系统106管路计算是连续性方程：柏努利方程:摩擦阻力计算式：的具体应用

qVs=uA＝常数一、简单管路计算107

后两种情况存在着共同的问题，即流速u或管径d为未知，因此不能计算Re，则无法判断流体的流型，故不能确定摩擦系数λ。在工程计算中常采用试差法或其它方法来求解。已知管径d、管长l、流量q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。已知管径d、管长l、管路系统的能量损失Σhf以及管件和阀门的设置，求流量q或流速u。已知管长l、流量q、管路系统的能量损失Σhf以及管件和阀门的设置，求管径d。设计型计算操作型计算管路计算10811‘22‘h7m例题：用泵把20℃的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比贮罐液面高10m。泵吸入管用

89×4mm的无缝钢管，直管长为15m，管上装有一个底阀(可初略地按旋启式止回阀全开时计算)、一个标准弯头；泵排出管用

57×3.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设贮罐液面维持恒定。试求泵的功率，设泵的效率为70%。109式中，z1=0,z2=10m,p1=p2,u1

0,u2

0

∴W=9.81×10+∑hf解：

依题意，绘出流程示意图。选取贮槽液面作为截面1，高位槽液面为截面2，并以截面1作为基准面，如图所示，在两截面间列柏努利方程，则有110进口段：d=89-2×4=81mm,l=15m查图，得

=0.029111进口段的局部阻力：底阀：le=6.3m弯头：le=2.73m进口阻力系数：

=0.5112出口段：d=57-2×3.5=50mm,l=50m查图，得

=0.0313113出口段的局部阻力：全开闸阀：le=0.33m全开截止阀：le=17m标准弯头(3)：le=1.6×3=4.8m出口阻力系数：

=1.0总阻力：114有效功率：轴功率：苯的质量流量：泵提供的有用功为：115例在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用U型管测得该处静压力为186mmH2O，测压孔以后的管路包括80m直管及4个90º弯头。管出口与设备相通，设备内的表压为120mmH2O。输气管为铁管，内径500mm。所输送的空气温度为25℃，试估计其体积流量。解：本题已知风机压头求气体流速，在流速未知时无法先计算Re以求λ、Σhf，故采用试差法。空气的平均压力=（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及0℃时空气的密度为1.293kg/m3，故154mmH2O（表压）及25℃时空气的密度为：11625℃时空气的粘度：

μ=0.0184cP=1.84×10-5Pa·s在测压口处（截面1）与管出口处（截面2）列机械能衡算式：式中：z1=z2（输气管道中，一般情况下