有关蒸汽到制炼后管道损失的计算2012年12月12日.doc

关于蒸汽到制炼的管道损失的计算 一、流体及其特征 在地球上，物质存在的主要形式有固体、液体和气体。通常说，能流动的物质为流体。液体和气体易流动，我们把液体和气体称为流体。 力学语言对流体的定义是：在任何微小的剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质,这种连续变形的特性叫做流动性。正是由于流体的流动性，液体没有固定的形状，其形状取决于容器的形状。因此，流体便用于管道运输，适宜做供热、制冷等工作介质。流体不能承受拉力，只能承受压力。蒸汽推动汽轮机组发电，各种液压、气压传动机械等，都是流体抗压能力的应用。 二、流体流动阻力及其分类 由于流体的粘性和固体边界的影响，使流体流动过程中受到阻力，称为流动阻力。流体为保持流动必须克服流动阻力而做功，使它的一部分机械能转化为热能，这种机械能的损失称为流动阻力损失。流动阻力损失一般有两种表示方法：对于液体，通常用单位重力作用下液体的能量损失hw来表示，称为水头损失。它是用液柱高度来量度的；对于气体通常用单位体积气体的能量损失△Pw来表示，成为压强损失，它是用压强差来量度的，故习惯上又称压降。△Pw与hw的关系为△Pw=ρghw。 （一）沿程阻力及沿程水头损失概念 黏性流体在缓变流区段的管道中流动时，流体与管壁以及流体之间存在摩擦力，这种沿流程在缓变流区段中始终存在的摩擦阻力称为沿程阻力。流体流动克服沿程阻力而损失的能量就称为沿程阻力损失。单位重力作用下液体的沿程阻力损失称为沿程水头损失，用hf表示；单位体积气体的沿程阻力损失称为沿程压强损失，用△Pf表示。△Pf与hf的关系为△Pf=ρghf。 沿程阻力损失是发生在缓变流整个流程中的能量损失，他的大小与流过的管道长度成正比。造成沿程阻力损失的主要原因是流体的黏性，因而这种损失的大小与流体的流动状态有密切关系。在较长的管道和河流中流体的流动都是以沿程阻力损失为主的流动。 （二）沿程水头损失的计算 通过理论推到和大量实验研究，管流的沿程水头损失与管道的长度L、管径d、管壁的绝对粗糙度ε、流速V以及流体的运动黏度ν有关，其计算公式为 …………………………………………………① 式中L——管道长度，单位m 178m d——对于圆管，为管道内径；对于非圆管道，为当量直径，单位m V——管道中有效截面上的平均流速，单位 ——沿程阻力系数，是一个无量纲的系数。它不仅与雷诺系数有关，而且与相对粗糙度有关，即为Re及的函数，即=。 沿程水头损失的计算关键是沿程阻力系数的确定。 由=的为Re及的函数。（为绝对粗糙度，单位mm。d为直径，单位mm） Re=………………………………………………………② 式中d——为管道内径（直径），单位m V——管中平均流速，单位 （当过热蒸汽 ——流体运动黏度，单位 故Re===151.3 由尼古拉兹实验曲线得Re 〉2000时为该区为层流区，故 ===0.42 =32611.882（m气柱） 故沿程水头损失为32611.882m气柱。 （二）局部阻力与局部水头损失 在管道系统中通常装有阀门、弯管、变截面（截面突然扩大、缩小或渐变）管等局部装置。流体流经这些局部装置时流速将重新分配，流体质点与质点之间，以及流体与局部装置之间发生碰撞、产生旋窝，使流体的流动受到阻碍，由于这种阻碍是发生在局部急变流区段内，所以称为局部阻力。流体为克服局部阻力所损失的能量，称为局部阻力损失。单位重力作用下液体的局部阻力损失称为局部水头损失，用hj表示；单位体积气体的局部阻力损失称为局部压强损失，用△Pj表示。△Pj与hj的关系为△Pj=ρghj。 四、局部水头损失的分析与计算 流体在流经管道系统中的局部装置时产生局部水头损失，其内因是流体的惯性，其外因是局部装置边界条件的变化。由于局部装置的种类繁多，形状各异，局部水头损失产生的机理和原因非常复杂。 流体在流经局部装置时，由于流体的惯性，流束的形状不会与固体边界一致，在流体流不到的区域形成低压区，主流的一部分流体在压强差的作用下脱离主流进入低压区，流动方向与主流相反，形成回流；而在紧靠主流的地方，由于流体分子之间的吸引力又随主流向前流动，这样在原来的低压区就产生旋涡，故该区域又称之为旋涡区。在旋涡区内的流体质点之间发生碰撞、摩擦以及维持旋涡运动必然要消耗一部分能量。同时，旋涡本身也是不稳定的，在流体流动过程中，旋涡区的流体质点将不断被主流带走，也不断有新的流体质点从主流中脱离后补充进来，即主流与旋涡之间的流体质点不断的发生碰撞和摩擦，进行剧烈的动量交换，这将产生更大的能量损失。 局部装置分为：（a）截面突然扩大 （b）截面突然缩小 （c）管道出口 （d）管道进口 （e）阀门 （f）弯管 由于局部水头损失产生的机理比较复杂，目前只有极少数局部水头损失（如流体通过截面突然扩大的局部装置时）能