化工原理(南京理工大学)01流体流动(5)_管路计算

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1、第一章流体流动——（5）管路计算化工原理（上）1.5管路计算1.5.1简单管路计算1.5.2复杂管路计算1.5.1简单管路计算一、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。Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可压缩流体(2)整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和。二、管路计算基本方程：连续性方程：柏努利方程：阻力计算（摩擦系数）：物性、一定时，需给定独立的9个参数，方可求解其它3个未知量。（1）设计型计算设计要求：规定输液量Vs，确定一经济的管径及供液点提供的位能z1(或静压能p1)。给定条件：

2、（1）供液与需液点的距离，即管长l；（2）管道材料与管件的配置，即及；（3）需液点的位置z2及压力p2；（4）输送机械做功We。选择适宜流速确定经济管径（2）操作型计算已知：管子d、、l，管件和阀门，供液点z1、p1，需液点的z2、p2，输送机械We；求：流体的流速u及供液量VS。已知：管子d、、l、管件和阀门、流量Vs等，求：供液点的位置z1；或供液点的压力p1；或输送机械有效功We。试差法计算流速的步骤：（1）根据柏努利方程列出试差等式；（2）试差：符合？可初设阻力平方区之值注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需试差，可

3、直接解析求解。三、阻力对管内流动的影响pApBpaF1122AB（2）在1-A之间，由于流速u↓→hf,1-A↓→pA↑；（3）在B-2之间，由于流速u↓→hf,B-2↓→pB↓。阀门F开度减小时：（1）阀关小，阀门局部阻力系数↑→hf,A-B↑→流速u↓→即流量↓；pApBpaF1122AB结论：（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量下降；（2）下游阻力的增大使上游压力上升；（3）上游阻力的增大使下游压力下降。可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。例1粘度为30cP、密度为

4、900kg/m3的某油品自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。p1p2ABpapa当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为8.83kPa和4.42kPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求：（1）管路中油品的流量；（2）定性分析阀前、阀后的压力表的读数有何变化？解：阀门全关时，阀前后的压力表读数表示两高位槽液柱高度差为：管路总长度假设流体流动处于层流状态，则稳定流动时动力＝阻力检验流动是否处于层流状态R

5、e<2000，假设成立。例210C水流过一根水平钢管，管长为300m，要求达到的流量为0.05l/h，有2m的压头可供克服流动的摩擦损失，试求管径。解：水平管高度差为零：管路总长度压头流速假设流体作层流流动：解得管径为：雷诺数：Re<2000，假设成立。例3如附图所示的循环系统，液体由密闭容器A进入离心泵，又由泵送回容器A。循环量为1.8m3/h，输送管路为内径等于25mm的碳钢管，容器内液面至泵入口的压头损失为0.55m，离心泵出口至容器A液面的压头损失为1.6m，泵入口处静压头比容器液面静压头高出2m。试求：zA（1）管路系统需要

6、离心泵提供的压头；（2）容器液面至泵入口的垂直距离z。解：水经泵循环后，机械能不变，泵有效功等于摩擦损耗：图中截面间列柏努利方程zA1122流速理论分析出发点：稳定流动时，管路任意位置处的压强p、竖直高度z、流体流速u及流体物性等数值恒定唯一。稳定流动的连续性方程，即管路每一节点处的流体流入量等于流出量。1.5.2复杂管路计算AVSVS1VS2VS3B一、并联管路（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。不可压缩流体注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即可，不能重复计算。1、特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；2.并联管路

7、的流量分配而支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小；反之——流量越大。COAB分支管路COAB汇合管路二、分支管路与汇合管路1、特点：（1）主管中的流量为各支路流量之和；不可压缩流体（2）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。例4如图所示，从自来水总管接一管段AB向实验楼供水，在B处分成两路各通向一楼和二楼（两楼高度差5m）。两支路各安装一球形阀，出口分别为C和D。已知管段AB、BC和BD的长度分别为100m、10m和20m（仅包括管件的当量长度），管内径皆为30mm。假定总管在A处的表压为3.5at，不考虑分支点B

8、处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为0.03，试求：（1）C阀全开（）时，二楼能否有水供应？BC管的流量为多少？（2）C阀关小至流量减半时，BD管的流量最大可为多少？