第3章 流体输送-1

第三章流体输送与流体输送机械流动系统的总阻力inifffhhh1直管阻力局部阻力fehpugzhpugz2222121122伯努利方程直管流动阻力hffhpp2122udlλhf范宁公式Re64层流湍流Red7.182log274.11u112200p1p2ld23.0Re681.0d伯努利方程2221udlhpppf管壁粗糙度相对粗糙度d绝对粗糙度粗糙度的值与管材、加工方法和操作时间有关粗糙度对流动阻力的影响：滞流时，粗糙度对阻力无影响，刺峰埋在缓慢流动的滞流层内湍流时，粗糙度对流动阻力有重要影响，湍流微团与刺峰发生碰撞而消耗能量定义：(Re)fdRe,f表3－2某些工业管道的绝对粗糙度非圆形截面管道的当量直径边长为a的正方形管道的当量直径内管外径为d1、外管内径为d2的套管的当量直径流体浸润周边流通截面积4deaaade4422221212144eddddddd非圆管道的流动阻力流动阻力按圆管计算，管径用非圆管道德当量直径流动方向AA流动方向AAXDABCC'u0分离点倒流产生局部阻力损失的主要原因：局部阻力损失计算摩擦阻力：剪切应力作用形体阻力：流道截面或方向突然改变，产生旋涡，消耗能量局部阻力计算阻力系数法当量长度法22uhf将局部阻力表示为动能的倍数关系若流体流过某局部的阻力在数值上等于长度为le的同径直管的阻力，则称le为当量长度，局部阻力用长为le的直管阻力表示22udlhefle通过实验测定ξ通过实验测定fehpugzhpugz2222121122[/]Jkg流体输送管路计算的基本方程柏努利方程的形式feHgpguzHgpguz2222121122fehpugzhpugz2212121122NJm32mJmN连续性方程222111AuAu22112dduu不可压缩流体圆管流动连续性方程fehpugzhpugz2222121122不可压缩流体管内流动可压缩流体，,取平均密度m12120%ppp2211AuAu流速计算24dWAVus已知流量和管径求流速22udlelhf22udlhif阻力计算已知流量求管径uVd4u小d大，设备费用高V一定u大d小，运行费用高注意点解题步骤•画出系统流程图•选定基准水平面•选定截面•列柏氏方程并简化求解•截面与流动方向垂直•截面上的能量取平均值•压力一律化为N/m2•计算输送机械的功率eshwN•管路上的流速和流量•管路上流体的压力•设备间的相对位置应用udws24Hpapa112200列下列情况下的伯努利方程并简化fhpugzpugz2222121122（1）解：取高位槽液面为1－1截面，低位槽液面为2－2截面，以2－2截面为基准面0－0，则00,212121u,upp,pzHzafhgH结论：1－1截面上的位能全部用于克服流动阻力而做功Hpa1122u200fhpugzpugz2222121122取高位槽液面为1－1截面，管出口截面为2－2截面，以2－2截面为基准面0－0，则00,12121,upp,pzHzafhugH222（2）解结论：1－1截面上的位能用于克服流动阻力做功和转换为动能Hpap2pa112200fhpgH)(2表（3）解1－1截面上的位能用于克服流动阻力做功和转换为静压能fhupgH2)(22表（4）解1－1截面上的位能用于克服流动阻力做功和转换为静压能Hpap2pa112200papa112200papa1122H00（5）解（6）解fehhfehgHhfehgH1fehgHH1pa1122Hp2pa00p1p21122Hp2pa00（7）解（8）解fehpugHh2222fhpugHp22212fehggpguHH12222fhpugHp22212例：如附图所示，用抽真空的方法使容器B内保持一定真空度，使溶液从敞口容器A经导管自动流入容器B中。导管内径30mm，容器A的液面距导管出口的高度为1.5m，管路阻力损失可按∑hf=5.5u2计算（不包括导管出口的局部阻力），溶液密度为1100kg/m3。试计算送液量每小时为3m3时，容器B内应保持的真空度BA11221.5m抽真空app真解：取容器A的液面1-1截面为基准面，导液管出口为2-2截面，在该两截面间列柏努利方程，有fhugzpugzp222222211100111uzppasm18.103.0785.036003785.0m5.122222dVuzpppa真2225.55.5uuhfauugpP1054.2110018.10.681.95.15.525.1422222真BA11221.5m抽真空app真2225.525.100uugpppaa真HD1.5mdp真【例】如附图所示，水由位于水箱底部、孔径d为30mm的泄水孔排出。若水箱内水面上方保持20mmHg真空度，水箱直径D为1.0m，盛水深度1.5m，试求（1）能自动排出的水量及排水所需时间；（2）如在泄水孔处安装一内径与孔径相同的0.5m长的导水管虚线所示，水箱能否自动排空及排水所需时间，流动阻力可忽略不计。解：（1）设t时刻水箱内水深度为H，孔口水流速度为u0，以孔口面为基准面，在水面与孔口截面间列柏努利方程当，即时，u0=0排水量设dt时间内液面下降dH220ugHp真gHpu真20gHρp真m27.081.91000103.101760203gpH真322m966.027.05.10.1785.05.14HDVHDtudd4d4202HD1.5mdp真02dduHdDts556005.1203.081.90.1222dd2227.05.12227.05.1220gHpgdDgHpHdDttt真真（2）以导管出口为基准面，在水箱液面与导管出口间列方程，可导出5.020Hgpu真当水箱内的水排空、即H=0时，由上式算得导管内流速u0=1.50m/s，所以水箱内的水能全部排出。所需时间为05.12222s42024.295.1603.081.90.125.02dHgpHdDt真例：如图所示，某溶剂在位差推动下由容器A流入容器B。为保证流量恒定，容器A设置溢流管，两容器间用均压管连通来保持液面上方压力相等。溶剂由容器A底部一具有液封作用的倒U型管排出，该管顶部与均压管相通。容器A液面距排液管下端6.0m，排液管为60×3.5mm钢管，由容器A至倒U型管中心处，水平管段总长3.5m，其间有球阀1个（全开），90°标准弯头3个。要达到12m3/h的流量，试求倒U型管最高点距容器A内液面的高差H。（溶剂的密度为900kg/m3，粘度为0.6×10-3Pa·s）。AB3.5mH11溢流6m均压管22解：溶剂在管中的流速(湍流)取钢管绝对粗糙度查图2-7得摩擦系数21236001.51ms0.7850.053u530.0531.51900Re1.20100.610du30.30.3mm5.661053d则0.032管进口突然缩小90°的标准弯头球心阀（全开）0.50.756.4AB3.5mH11溢流6m均压管22以容器A液面为1-1截面，倒U型管最高点处为2-2截面，并以该截面处管中心线所在平面为基准面2212122fhuHzzgg2uu2123.56.02fHuhd229.59.5110.0320.50.7536.40.0531.73m229.810.0321.510.053dHgud例：用水泵向高位密闭水箱供水，水箱中液面上方压力为0.2MPa，管路流量为150m3/h，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2.0m和25m，如附图所示。泵吸入管与排出管分别为内径205mm和内径180mm的钢管。吸入管管长10m，管路上装有一个吸水底阀和一个90°标准弯头；排出管管长200m，其间有全开的闸阀1个和90°标准弯头1个。试求泵吸入口处A点的真空表读数和泵的轴功率，设泵的效率为65%。112m25m0.2MPaA332解：取水的密度为1000kg/m3，粘度为1.0×10-3Pa﹒s，设泵的吸入和排出管路水的流速分别为uA和uB，则2215036001.26ms0.7850.2054AAVud22AB0.2051.261.63ms0.180BAduud取管壁绝对粗糙度0.3mm，则由图2-7查得摩擦系数5AAA30.2051.2610002.58101.010duRe5BBB30.181.6310002.93101.010duRe33AB0.30.31.46101.6710205180dd112m25m0.2MPaA332由表3-4查得管件局部阻力系数如下：水泵吸水底阀闸阀（全开）90°标准弯头取水池液面1-1截面为基准面，泵吸入点处A为2-2截面，在该两截面间列柏努利方程，有AB0.0220.0215.217.075.022122122fppughz12aappppp真2Auu222A12A101.261.260.0225.20.757.025.57Jkg20.20522fulhd224A21.2610001210009.8117.022.6010P22lupzgad真取水箱液面为3-3截面，在1-1与3-3截面间列柏努利方程有313113feppghhzz131223fffhhh由于排出管路较长，与直管阻力相比，中的局部阻力损失可忽略不计，所以32fh管路质量流量故泵的轴功率620.2102001.632529.815.570.021501.4Jkg10000.182eh150100041.7kgs3600wV501.441.732.2kW0.65ewhN1212wVV常数12VVV常数流体输送管路计算•简单管路计算简单管路无分支管路，由不同管径的管道串联组成。简单管路的基本特点是：(1)通过各段管路的质量流量不变，服从连续性方程不可压缩流体，体积流量不变无论实际管路多复杂，可以分解为简单管路、并联管路与分支管路三种基本类型。(2)管路流动阻力为各段直管阻力及所有局部阻力之和fmfffhhhh11ABd,Vd1,V1d2,V2d3,V3123123VVVV•并联管路计算由主管分流而后又汇合于主管的并联管路,其特点：(1)主管中的质量流量等于并联各支管内质量流量之和不可压缩流体(2)任一并联处流体的势能(位能与静压能之和)唯一，从分流点A至合流点B，单位质量的流体无论通过哪一根支管，阻力