管路上局部阻力损失课件

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1、管路上的局部阻力损失阻力系数法阻力系数法将局部能量损失表示成流动动能因子22u的一个函数，22fuP22fuh即有：或：系数由实验测定局部阻力系数 。1.突然扩大2.突然缩小a曲线：管截面突然扩大b曲线：管截面突然缩小3.进口A2/A1=0,c=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A24.出口A1/A2=0,e=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 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若截

2、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5.管件与阀门180回弯管 三通 四通 异径管 90弯头 闸阀 截止阀 止回阀局部阻力系数从相关手册查得当量长度法当量长度法22fl uhd22ffl uphd22fel uhd 将流体流过管件或阀

3、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？22ffel uphd管路系统中总的能量损失2()2iefilluhdfhileliu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管路计算 简单管路 复杂管路简单管路 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。特点：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

4、2整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和，即321SSSVVV321ffffhhhh 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 89mmX 4mm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 57mmX 3.5mm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%。密度为950kg/m3、粘度为1.24mPas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

5、，塔内表压强为3.82103Pa，送液管道直径为 45mm2.5m，长为35m，管壁的绝对粗糙度为0.2m，求输液量。212()1.5epgZulldRedu(Re,)fd0.0324Vsd u初值重设值复杂管路 1、并联管路、并联管路 特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和321SSSSVVVV（2）并联管路中各支路的单位质量流体的能量损失均相等。fABfffhhhh321AVSVS1VS2VS3B分支管路分支管路COAB特点：特点：（1）主管中的流量为各支路流量之和；21SSSVVV（2）流体在各支管流动时的阻力损失是相等的。fcfafbhhh 在并联管路中，支管1直径为 56mm

6、2.5m，其长度为30m；支管2直径为 85mm2.5m，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。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。f-BCf-BDhh22BCBCBDBDBCBDlulu(+1)(+1)d2d21524(0.031)(0.031)0

7、.0250.02522BCBDuu220.798BDBCuu222111444ABABCCBDDdududu0.669ACuu22111122CCCfCpupugZgZh221()22BCBCABAfCABBCluluhdd2210 9.812.1959.5ABCuu3.06/,2.05/,2.43/BCADum s um s um s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测速管（Pitot管）流量测量22rAuph22ruBph22rABuhhh 2ruh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/之和，称为

8、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/测量点处的冲压能与静压能之差h为测量点处的流速为h怎么求？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。孔板流量计 缩脉，流速最大缩脉，流速最大1100 2200111022upupgZgZ10ZZ2210012()ppuu22100112()ppuuC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

9、得到：引入校正系数C1，校正忽视能量损失带来的误差2201122()abppuuC C1122u Au A2220101()AuuA引入压差降校正系数C222100112()ppuuC根据连续性方程，对于不可压缩流体，则有1202012()1()abppC CuAA则有：1202011()C CCAA002()abppuC00002()abppVsA uC A00002()absppA uC A()abAppgR002()AgRVsC A002()sAC AgR 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

10、实验测定 标准孔板的流量系数孔板流量计优缺点 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。文丘里流量计接U型管接U型管02()aoVppVsC Aap体积流量与压差的关系：opAo:喉管出截面积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。转子流量计 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

11、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。12()ffffppAVgVg12()fffV gppA122()RRppVsC A2()ffRRfV gVsC AA设Vf为转子体积，Af为转子最大部分的截面积，f为转子密度，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。习题课(绪论、第一章

12、)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。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、广泛被应用单位制与单位换算质量热容：3kcal/(kg)=（）J/(kgK)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5(0.23774.466 10)/()pcT

13、 kcalkgC式中温度T单位为，将温度单位换为K，Cp单位换为J/(kgK)物料衡算与能量衡算 稳态过程：连续操作过程 非稳态过程：间歇操作过程物料衡算10AGGG1G0GAG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10GG适合稳态过程能量衡算0ILQQQIQLQOQ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1212ppgzgz21pphg20ppgh流体流动基本方程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

14、)流量质量流量(ws)sswV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：()ssVwuAA24sVud4sVdu对于内径为d的圆形管道则有：稳态流动和非稳态流动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。连续性方程连续性方程稳态流动系统输入量与输出量相等12ssww111222swu Au A111222swu Au AuA常数质量守恒伯努利方程的讨论2211221222upupgZgZ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

15、+动能+势能=常数(机械能)位能动能势能2211221222efupupgZWgZh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eesNWeN：有效功率，单位时间输送设备所做的有效功s：流体的质量流量，单位为J/s伯努利方程的讨论2211221222efupupgZWgZh2211221222efupupZHZHgggg2212112222efuuZgpWZgph伯努利方程的三种基本形式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，

16、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。水以3.7710-3m3/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。（a）层流；（b）过渡流；（c）湍流层流（或滞流）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）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。过渡流过渡流是介于这两种流型之间的流动。从实验中观察到，当

17、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。雷诺准数雷诺准数 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。duRe3000ReLMLduTLLMTML T无量纲量2Reduuudu2uudud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iuiuu12 点A处流体质点的速度脉动曲线示意图 湍流的描述湍流的描述 主要特征：质点的脉动 瞬时速度=时均速度+脉动速度 边界层的概念ususus层流边界层湍流边界层层流内层Ax0平板上的流

18、动边界层边界层的形成条件边界层的形成条件流动；实际流体；流过固体表面。形成过程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。流体在管内的流动阻力fhfh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。fffhhh总能量损失：22fuPg ZWeh2212fuPPPWeg Zh 流体在管内的流动阻力根据伯努利方程有

19、：流体流动压力差成因：外力作功、势能差、动能差、阻力损失gudlhf2222udlpfJ/kgmPa22udlR范宁公式：范宁公式范宁公式 计算流体流动阻力的一般公式水利半径rH 流体在流道里的流道截面积A与润湿周边长度之比。rH=A/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管路上的局部阻力损失阻力系数法22fuP22fuh或：局部阻力系数。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=0.5=1当量长度法当量长度法22fl uhd22ffl uphd22fel uhd 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相

20、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？22ffel uphd管路系统中总的能量损失2()2iefilluhdfhileliu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管路计算 简单管路 复杂管路特点：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321SSSVVV321ffffhhhh复杂管路 1 1、并联管路、并联管路 特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和321SSSSVVVV（2）并联管路中各支路的单位质量流体的能量损失均相等。fABfffhhhh321A AV VS SV VS1S1V VS2S2V VS3S3B B用内径为300mm的钢管输送20度的水。在2m长的主管路上并联一根直径为 60mm3.5mm的支管，其总长与当量长度之和为10m，支管上装有转子流量计，由流量计的读数可知水流量为2.72m3/h，求水在主管中的流量以及总流量。主管摩擦系数为0.018，支管摩擦系数为 0.03.流量测量 测速管 孔板流量计 文丘里流量计 转子流量计作业：整理公式、P78，13、15、18