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化工原理 I

化工原理 I. 黄淮学院： 张景迅. 1.6.1. 阻力对管内流动的影响（掌握）. 1.6 流体输送管路的计算. 1.6.2. 变量分析与计算类型（掌握）. 1.6.3. 简单管路的计算（掌握）. 1.6.4. 复杂管路的计算（理解）. 1.6.5. 可压缩流体的管路计算（了解）. 1.6 流体输送管路的计算. 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 。. 简单管路. 管路. 存在流体的分流或合流的 管路。 分支管路、并联管路 。. 复杂管路.

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化工原理 I

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Presentation Transcript

  1. 化工原理I 黄淮学院：张景迅

  2. 1.6.1 阻力对管内流动的影响（掌握） 1.6 流体输送管路的计算 • 1.6.2 变量分析与计算类型（掌握） • 1.6.3 简单管路的计算（掌握） • 1.6.4 复杂管路的计算（理解） • 1.6.5 可压缩流体的管路计算（了解）

  3. 1.6 流体输送管路的计算 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 。 简单管路 管路 存在流体的分流或合流的管路。 分支管路、并联管路。 复杂管路

  4. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 一、简单管路 虚拟压强和压强如何理解？ 阀门由全开转为半开，试讨论各流动参数的变化情况。

  5. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 一、简单管路 （1）阀门的阻力系数增大， 增大，由于高位槽液面维持不变，故流道内流体的流速应减小。 （ 2）管路流速变小，截面1-1’至A处的阻力损失下降。 A点的静压强上升。

  6. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 一、简单管路 （3）同理，由于管路流速小，导致B处到截面2-2’的阻力损失下降，而截面2-2’处的机械能不变。 B点的静压强将下降。 一般性结论 ： ①任何局部阻力的增大将使管内各处的流速下降 ； ②下游的阻力增大将导致上游的压强的上升； ③上游的阻力增大将使下游的压强下降； ④阻力损失表现为流体机械能的降低，在等径管中为总势能降低。

  7. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 二、分支管路 虚拟压强和压强如何理解？ 某一支路阀门由全开转为半开，试讨论各流动参数的变化情况。

  8. 忽略动压头 1.6.1 阻力对管内流动的影响 二、分支管路 （1）阀门A关小，阻力系数增大，支管中的流速u2将出现下降趋势，O点处的静压强将上升。 （2）O点处静压强的上升将使总流速u0下降。 （3）O点处静压强的上升使另一支管流速u3出现上升趋势。 总之，分支管路中的阀门关小，其结果是阀门所在支管的流量减小，另一支管的流量增大，而总流量则呈现下降趋势。

  9. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 二、分支管路 注意两种极端情况： 1.总管阻力可以忽略，支管阻力为主 任一支管情况的改变不致影响其他支管的流量。 如：城市供水、煤气管线。 2.总管阻力为主，支管阻力可以忽略 总管中的流量不因支管情况而变，支管的启闭仅改变各支管间的流量的分配。

  10. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 三、汇合管路 虚拟压强和压强如何理解？ 下游阀门由全开逐渐关小，试讨论各流动参数的变化情况。

  11. 1.6.1 阻力对管内流动的影响 三、汇合管路 （1）阀门关小，阻力系数增大，流速u3将出现下降趋势，O点处的静压强(高度不变，等效虚拟压强)将上升。 （2）O点处静压强的上升将使总流速u0下降，流速u1和u2都下降。 z2＜z1， u2下降更快。 （3）阀门关小到一定程度，至 时，使u2=0；继续关小 阀门 ，u2将做反向流动。思考：阀门关闭呢？

  12. 1.6.2 变量分析与计算类型 一、变量分析 质量守恒式: 机械能衡算式: 摩擦系数计算式:

  13. μ和 ρ，已知。 • 物性参数2 1.6.2 变量分析与计算类型 一、变量分析 • l、d、ε和 。 • 设备参数4 • 、u、P1和P2。 • 操作参数4 •  • 中间变量1 • 11个参数 9个变量，需给定6个，求其它3个。

  14. 设计型计算 • 操作型计算 1.6.2 变量分析与计算类型 二、计算类型 • 给定 、 P2、l、ε、 • 给定 P1 (或 )、P2、d、l、ε、 按计算目的可分为设计型计算和操作型计算。 • 选择 最优 u (原则？) • 求 P1、d • 求 (或P1)

  15. 1.6.3 简单管路的计算 一、简单管路的特点 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：

  16. 1.6.3 简单管路的计算 二、简单管路的设计型计算 在已知的条件下，由于流速同时影响管径d（设备费用）和阻力损失（能耗，操作费用），因此必须确定一个经济流速。 表1－3是常用流体的经济流速范围。 费用 总费用 操作费用 另外，选择流速时，还应考虑流体性质（粘度、悬浮液、密度）、管路是否真空和结构限制等。 设备费用 u

  17. 否 是 1.6.3 简单管路的计算 三、简单管路的操作型计算 设初值 回忆设计型计算，其实本质上也是一个迭代过程。 修正λ 比较λ计与初值λ是否接近

  18. 抽象“三通” 1.6.4 复杂管路的计算 • 柏努利方程是对单位质量流体而言的，若各流股的流向和流速大小明确，则在交点处的能量交换和损失（即能量变化）可看做流过管件（三通）时的局部阻力损失，那么机械能衡算仍成立。 一、复杂管路运用柏努利方程的可行性 机械能衡算式（柏努利方程）的推导过程没有分支或合流，复杂管路是否可用？ • “忽略” 情况 • 若管路其他部分阻力较大，三通阻力所占比例甚小时，可忽略三通阻力，结果也十分准确。

  19. 1.6.4 复杂管路的计算 一、复杂管路运用柏努利方程的可行性（回忆三通） 图1-34 分流时三通的阻力系数

  20. 1.6.4 复杂管路的计算 一、复杂管路运用柏努利方程的可行性（回忆三通） 图1-35 合流时三通的阻力系数

  21. 不可压缩流体 1.6.4 复杂管路的计算 二、并联管路的计算 1. 特点 （1）主管中的流量为并联的各支路流量之和； （2）并联管路中各支路的能量损失均相等。 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。

  22. 1.6.4 复杂管路的计算 二、并联管路的计算 2. 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。

  23. 1.6.4 复杂管路的计算 二、并联管路的计算 例：原有一长输油管路, 直径d1=1m，流量为qV1，现为了增加输油量的50%，在原来的长管旁并接一根直径为d2的长管。已知油在原管道中为层流。 求：d2=?

  24. 1.6.4 复杂管路的计算 二、并联管路的计算 解：∵ hf 1=hf 2， 又qV2<qV1，则d2<d1，u2<u1。 ∴Re2<Re1，小管中也为层流。 或 得

  25. 1.6.4 复杂管路的计算 三、分支与汇合管路的计算 特点： （1）主管中的流量为各支路流量之和； 不可压缩性流体 （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。

  26. 1.6.4 复杂管路的计算 三、分支与汇合管路的计算——阻力控制问题 总管阻力为主时，增加分支，qV总几乎不变。 支管阻力为主时，增加分支，qV分支互不干扰。

  27. 1.6.5 可压缩流体管路的计算 特殊性：ρ为p的函数。 机械能衡算式： 简化：①气体位能很小，可忽略； ②等温流动或温差不大。 沿直管不变，λ也不变 得 〔ρm为pm=(p1+p2)/2下的密度。〕

  28. 1.6 流体输送管路的计算作业 本次讲课习题： 第一章 25，26，27，28，29，30， 31，32

  29. 完

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