[工学]化工原理第一章第五节讲稿修改.ppt

第一章 流体流动 一、管路计算类型与基本方法 二、简单管路的计算 三、复杂管路的计算 四、阻力对管内流动的影响 一、管路计算的类型与方法 二、简单管路的计算 管路 三、复杂管路的计算 1、分支管路 四、阻力对管内流动的影响 * * 第五节 管路计算 管路计算 设计型 操作型 对于给定的流体输送任务（如一定的流体的体积，流量），选用合理且经济的管路。 关键：流速的选择 管路系统已固定，要求核算在某给定条件下的输送能力或某项技术指标 三种计算： 1）已知流量和管器尺寸，管件，计算管路系统的阻力损失 2） 给定流量、管长、所需管件和允许压降，计算管路直径 3）已知管道尺寸，管件和允许压强降，求管道中流体的流速或流量 直接计算 d、u未知 试差法或迭代法 Re无法求λ无法确定 简单管路 复杂管路 流体从入口到出口是在一条管路中流动的，没有出现流体的分支或汇合的情况 串联管路：不同管径管道连接成的管路 存在流体的分流或合流的管路 分支管路、并联管路 1、串联管路的主要特点 a) 通过各管段的质量不变，对于不可压缩性流体 b）整个管路的阻力损失等于各管段直管阻力损失之和 例：一管路总长为70m，要求输水量30m3/h，输送过程的允许压头损失为4.5m水柱，求管径。已知水的密度为1000kg/m3，粘度为1.0×10-3Pa·s，钢管的绝对粗糙度为0.2mm。 分析： 求d 求u 试差法 u、d、λ未知 设初值λ 求出d、u 比较λ计与初值λ是否接近 是 否 修正λ 解： 根据已知条件 u、d、λ均未知，用试差法，λ值的变化范围较小，以λ为试差变量 假设λ=0.025 解得：d=0.074m，u=1.933m/s 查图得： 与初设值不同，用此λ值重新计算 解得： 查图得： 与初设值相同。计算结果为： 按管道产品的规格，可以选用3英寸管，尺寸为φ88.5×4mm内径为80.5mm。此管可满足要求，且压头损失不会超过4.5mH2O。 例：12℃的水在本题附图所示的管路系统中流动。已知左侧支管的直径为φ70×2mm，直管长度及管件，阀门的当量长度之和为42m，右侧支管的直径为φ76×2mm 直管长度及管件，阀门的当量长度之和为84 m。连接两支管的三通及管路出口的局部阻力可以忽略不计。a、b两槽的水面维持恒定，且两水面间的垂直距离为2.6m，若总流量为55m3/h，试求流往两槽的水量。 1 a b 1 2 2 2.6m o 解：设a、b两槽的水面分别为截面1-1′与2-2′,分叉处的截面为0-0′,分别在0-0′与1-1′间、0-0′与2-2′间列柏努利方程式 表明：单位质量流体在两支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等，且等于分支点处的总机械能。 若以截面2-2’为基准水平面 代入式(a) 由连续性方程，主管流量等于两支管流量之和，即： (c) 代入(b)式 由c式得： d、e两个方程式中，有四个未知数。必须要有λa～ua、λb～ub的关系才能解出四个未知数，而湍流时λ～u的关系通常又以曲线表示，故要借助试差法求解。 取管壁的绝对粗糙度为0.2mm，水的密度1000kg/m3，查附录得粘度1.263mPa.s 最后试差结果为： 假设的ua，m/s 次数 项目 1 2 3 2.5 133500 由图查得的λa值 由式e算出的ub，m/s 由图查得的λb值 由式d算出的ua，m/s 结论 0.003 0.0271 1.65 96120 0.0028 0.0274 1.45 假设值偏高 2 106800 0.003 0.0275 2.07 120600 0.0028 0.027 2.19 假设值偏低 2.1 112100 0.003 0.0273 1.99 115900 0.0028 0.0271 2.07 假设值可以接受 小结： 分支管路的特点： 1）单位质量流体在两支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等，且等于分支点处的总机械能。 2）主管流量等于两支管流量之和 2、并联管路 如本题附图所示的并联管路中，支管1是直径2”的普通钢管，长度为30m，支管2是直径为3”的普通钢管，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，各支管的长度均包括局部阻力的当量长度，且取两支管的λ相等。 解：在A、B两截面间列柏努利方程式，即： 对于支管1 对于支管2 并联管路中各支管的能量损失相等。 由连续性方程，主管中的流量等于各支管流量之和。 对于支管1 对于支管2 由附录17查出2英寸和3英寸钢管的内