第一章流體流動(dòng)

1、2022-2-201第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程（流體動(dòng)力學(xué)）管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程（流體動(dòng)力學(xué)）第三節(jié)第三節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象第四節(jié)第四節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失第五節(jié)第五節(jié) 管路計(jì)算管路計(jì)算第六節(jié)第六節(jié) 流量測(cè)量流量測(cè)量2022-2-202第一章第一章 流體流動(dòng)流體流動(dòng) 流體流動(dòng)與輸送是最常見(jiàn)的化工單元操作之一；流體流動(dòng)與輸送是最常見(jiàn)的化工單元操作之一； 研究流體流動(dòng)問(wèn)題也是研究其它化工單元操作的研究流體流動(dòng)問(wèn)題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)。重要基礎(chǔ)。 研究流體流動(dòng)問(wèn)

2、題很重要性嗎？研究流體流動(dòng)問(wèn)題很重要性嗎？2022-2-2032022-2-2042022-2-205 不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變不可壓縮性流體：流體的體積不隨壓力變化而變 化，如液體；化，如液體； 可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化，可壓縮性流體：流體的體積隨壓力發(fā)生變化， 如氣體。如氣體。流體的可壓縮性流體的可壓縮性2022-2-206一、一、壓力壓力 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。靜壓強(qiáng)，習(xí)慣上又稱為壓力。 1.壓力的單位壓力的單位 SI制：制：N/m2，Pa；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：1atm

3、 = 1.013105Pa =760mmHg =10.33m H2O第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)壓力、密度、流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用壓力、密度、流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用2022-2-2072. 壓力的表示方法（三種）壓力的表示方法（三種） 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。 表壓表壓 以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。 真空度真空度 以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。2022-2-208表表 壓壓 = 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 大氣壓力大氣壓力真空度真空度 = 大氣壓力大氣壓力 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力基準(zhǔn)：絕對(duì)真空基準(zhǔn)：絕對(duì)真空大

4、氣壓大氣壓P P1 1 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力表壓表壓基準(zhǔn)：絕對(duì)真空基準(zhǔn)：絕對(duì)真空大氣壓大氣壓P P2 2 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度真空度2022-2-209 流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面；流體壓力與作用面垂直，并指向該作用面； 任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反；任意界面兩側(cè)所受壓力，大小相等、方向相反； 作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。作用于任意點(diǎn)不同方向上的壓力在數(shù)值上均相同。3.靜壓力的特性靜壓力的特性2022-2-2010二、流體的密度與比體積二、流體的密度與比體積（一）密度（一）密度 單位體積流體的質(zhì)量。單位體積流體的質(zhì)量。kg/m3 1.單組分密度單組分密度),

5、(Tpf 液體液體 密度與壓力無(wú)關(guān)，密度僅隨溫度變化。其變密度與壓力無(wú)關(guān)，密度僅隨溫度變化。其變 化關(guān)系可從手冊(cè)中查得?；P(guān)系可從手冊(cè)中查得。Vm 2022-2-2011 氣體氣體 由于具有可壓縮性，氣體的密度與溫度、壓由于具有可壓縮性，氣體的密度與溫度、壓力有很大關(guān)系。力有很大關(guān)系。 （1 1）當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想）當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算：氣體狀態(tài)方程計(jì)算： （2）不同條件下的氣體密度可進(jìn)行換算。）不同條件下的氣體密度可進(jìn)行換算。RTpM 000TppT 2022-2-20122.混合物的密度混合物的密度 混合氣體混合氣體 各組分在混合前后質(zhì)量不

6、變，則有各組分在混合前后質(zhì)量不變，則有 nn2111m 氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。氣體混合物中各組分的體積分?jǐn)?shù)。 n21, 或或RTpMmm mM混合氣體的平均摩爾質(zhì)量；混合氣體的平均摩爾質(zhì)量； nn2211myMyMyMMn21,yyy氣體混合物中各組分的摩爾氣體混合物中各組分的摩爾( (體積體積) )分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)。 2022-2-2013 混合液體混合液體 假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有假設(shè)各組分在混合前后體積不變，則有 nmn12121www n12,w ww液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。液體混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （二）比體積（二）比體積單位質(zhì)量流體的體積。單位質(zhì)量流體的體積

7、。1Vvm m3/kg2022-2-2014重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：重力場(chǎng)中對(duì)液柱進(jìn)行受力分析：ApP11 （1）上端面所受總壓力）上端面所受總壓力 ApP22 （2）下端面所受總壓力）下端面所受總壓力 （3 3）液柱的重力）液柱的重力gzzAG)(21設(shè)流體不可壓縮，設(shè)流體不可壓縮，.Const p0p2p1z1z2G方向向下方向向下方向向上方向向上方向向下方向向下三、三、流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式 2022-2-2015液柱處于靜止時(shí)，上述三力的合力為零（以向上為液柱處于靜止時(shí)，上述三力的合力為零（以向上為正方向）正方向）: :0)(2112zzgAApAp 靜 力 學(xué)靜

8、 力 學(xué)基 本 方基 本 方程程 式式壓力形式壓力形式能量形式能量形式)(2112zzgpp gzpgzp2211 ghpp02022-2-2016討論：討論：（1）適用于）適用于重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性重力場(chǎng)中靜止、連續(xù)的同種不可壓縮性流體流體；（2）物理意義：）物理意義：zg單位質(zhì)量流體所具有的位能，單位質(zhì)量流體所具有的位能，J/kgJ/kg；p單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能，J/kgJ/kg。 在同一靜止流體中，處在不同位置流體的在同一靜止流體中，處在不同位置流體的位位能和靜壓能能和靜壓能各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其各不相同，但二者可以轉(zhuǎn)換，其總和總和保

9、持不變保持不變 。2022-2-2017（3）在在靜止靜止的、的、連續(xù)連續(xù)的的同種流體同種流體內(nèi)，處于內(nèi)，處于同一水平同一水平面面上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱為上各點(diǎn)的壓力處處相等。壓力相等的面稱為等壓等壓面面。（4 4）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體）壓力具有傳遞性：液面上方壓力變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也將發(fā)生相應(yīng)的變化。 2022-2-2018四、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用四、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用 （一）（一） 壓力測(cè)量壓力測(cè)量 1. U形管液柱壓差計(jì)形管液柱壓差計(jì) 設(shè)指示液的密度為設(shè)指示液的密度為 ，被測(cè)流體的密度為被測(cè)流體的密度為 , ,

10、 0A與與A面面 為等壓面，即為等壓面，即AAppgRgmpp02A )(1ARmgpp 而而mR2022-2-2019所以所以gRgmpRmgp021)( 若被測(cè)流體是氣體，若被測(cè)流體是氣體， ，則有，則有0 021 Rgpp整理得整理得gRpp)(021 2022-2-2020討論：討論： U形管壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將形管壓差計(jì)可測(cè)系統(tǒng)內(nèi)兩點(diǎn)的壓力差，當(dāng)將U形形管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測(cè)管一端與被測(cè)點(diǎn)連接、另一端與大氣相通時(shí)，也可測(cè)得流體的表壓或真空度；得流體的表壓或真空度； 指示液的選?。褐甘疽旱倪x?。?指示液與被測(cè)流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；指示液與被測(cè)

11、流體不互溶，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 其密度要大于被測(cè)流體密度。其密度要大于被測(cè)流體密度。 應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液。應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的種類及壓差的大小選擇指示液。 2022-2-2021 例1 如附圖1所示，常溫水在管道中流過(guò)。為測(cè)定a、b兩點(diǎn)的壓力差，安裝一U型壓差計(jì)，指示液為汞。已知壓差計(jì)讀數(shù)R=100mmHg，試計(jì)算a、b兩點(diǎn)的壓力差為若干？已知水與汞的密度分別為1000kg/m3及13600kg/m3。 圖 1 解:取管道截面a、b處壓力分別為pa與pb。根據(jù)連續(xù)、靜止的同一液體內(nèi)同一水平面上各點(diǎn)壓力相等的原理，則 p1p1 ， p2p2 (a)因 p1paH2Ogx p1=

12、p2+HggR=p2+HggR =pbH2Og（Rx）+HggR根據(jù)式（a）， p1 p1 ，則 papbH2OgxHggRH2Og（Rx） (Hgg H2O) gR (13600-1000) 9.8 0.1 =12.4kPa 2022-2-20222. 倒倒U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì) RgRgpp)(021 指示劑密度小于被測(cè)流體密度，指示劑密度小于被測(cè)流體密度，如如空氣作為指示劑?？諝庾鳛橹甘緞?。 2022-2-20233. 斜管斜管壓差計(jì)壓差計(jì) 適用于壓差較小的情況。適用于壓差較小的情況。 sinRR 值越小，讀數(shù)放大倍數(shù)越大。值越小，讀數(shù)放大倍數(shù)越大。 sin)()(0021RggRpp2

13、022-2-2024 密度接近但不互溶的兩種指示密度接近但不互溶的兩種指示 液液A和和C ；)(CA 4. 微差壓差計(jì)微差壓差計(jì) 擴(kuò)大室內(nèi)徑與擴(kuò)大室內(nèi)徑與U管內(nèi)徑之比應(yīng)管內(nèi)徑之比應(yīng)大于大于10 。)(CA21 Rgpp2022-2-2025（二）（二） 液位測(cè)量液位測(cè)量 壓差計(jì)讀數(shù)壓差計(jì)讀數(shù)R反映出容器反映出容器內(nèi)的液面高度。內(nèi)的液面高度。 液面越高，液面越高，h越小，壓差計(jì)讀數(shù)越小，壓差計(jì)讀數(shù)R越?。划?dāng)液越??；當(dāng)液面達(dá)到最高時(shí)，面達(dá)到最高時(shí)，h為零，為零，R亦為零。亦為零。hR02022-2-2026（三）（三） 液封高度的計(jì)算液封高度的計(jì)算 液封作用：液封作用： 確保設(shè)備安全：當(dāng)設(shè)備確保設(shè)

14、備安全：當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體從液封管排出；體從液封管排出； 防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。防止氣柜內(nèi)氣體泄漏。液封高度：液封高度：gph p-設(shè)備內(nèi)表壓設(shè)備內(nèi)表壓高壓氣體高壓氣體2022-2-2027第二節(jié)第二節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程 1. 體積流量體積流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積。 qVm3/s或或m3/h 2. 2.質(zhì)量流量質(zhì)量流量 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量。 qmkg/s或或kg/h。 Vmqq 二者關(guān)系：二者關(guān)系：（一）流量（有兩種表示方法

15、）（一）流量（有兩種表示方法）一、一、流量與流速流量與流速 流量與流速、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)、連續(xù)流量與流速、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)、連續(xù)性方程、性方程、2022-2-2028（二）流速（有兩種表示方法）（二）流速（有兩種表示方法）2.2.質(zhì)量流速質(zhì)量流速 單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。 流速流速（平均流速）（平均流速）單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。 kg/（m2s）流量與流速的關(guān)系：流量與流速的關(guān)系： AquV m/smVqqwuAA mVqquAwA 2022-2-2029 二、二、穩(wěn)

16、態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量：各截面上的溫度、壓力、流速等物理量?jī)H隨位置變化，而不隨時(shí)間變化；僅隨位置變化，而不隨時(shí)間變化； 非非穩(wěn)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位態(tài)流動(dòng)：流體在各截面上的有關(guān)物理量既隨位置變化，也隨時(shí)間變化。置變化，也隨時(shí)間變化。),(,zyxfupT),(,zyxfupT2022-2-2030三、三、連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式 流體在管路中沒(méi)有增加流體在管路中沒(méi)有增加和漏失的情況下通過(guò)不同管和漏失的情況下通過(guò)不同管徑的部分，徑的部分，質(zhì)量流量？流速？質(zhì)量流量？流速？ 21mmqq 222111AuAu 推

17、廣至任意截面推廣至任意截面 連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式11 2 2常常數(shù)數(shù) uAAuAuqm 2221112022-2-2031不可壓縮性流體，不可壓縮性流體，.Const 圓形管道圓形管道 ：2121221 ddAAuu 不可壓縮流體在管路中任意截面的流不可壓縮流體在管路中任意截面的流速與管內(nèi)徑的平方成反比速與管內(nèi)徑的平方成反比 。常常數(shù)數(shù) uAAuAuqV2211連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式2022-2-2032 例例1-8 1-8 如附圖如附圖1-121-12所示的輸水管道，管內(nèi)徑為：所示的輸水管道，管內(nèi)徑為：d d1 1=2.5cm=2.5cm；d d2 2=10cm=10cm；d d3 3

18、=5cm=5cm。 （1 1）當(dāng)流量為）當(dāng)流量為4 4L/sL/s時(shí)，各管段的平均流速為若干？時(shí)，各管段的平均流速為若干？ （2 2）當(dāng)流量增至）當(dāng)流量增至8 8L/sL/s或減至或減至2 2L/sL/s時(shí)，平均流速如何變化？時(shí)，平均流速如何變化？ 圖 1-12 例1-8附圖解： (1) 根據(jù)式（1-15）， 由式（1-23），則 u2=u1(d1/d2)2=8.15(2.5/10)2=0.51m/s u3=u1(d1/d3)2=8.15(2.5/5)2=2.04m/s 2022-2-2033四、伯四、伯努利方程式努利方程式（一）伯努利方程式（一）伯努利方程式dxpA(p+dp)A gdmdz

19、在在x方向上對(duì)微元段受力分析：方向上對(duì)微元段受力分析：（1）兩端面所受壓力分別為）兩端面所受壓力分別為pA及及Adpp)( （2）重力的分量）重力的分量zAgxAgmgdsindsind 故合力為故合力為zAgpAzAgApppAddd)d( 2022-2-2034動(dòng)量變化率動(dòng)量變化率uAuuqddm zAgpAuAuddd 0ddd uupzg 動(dòng)量原理動(dòng)量原理伯努利方程式伯努利方程式 不可壓縮性流體，不可壓縮性流體，.Const (1) Const.212puzg2022-2-2035（二）伯努利方程式的物理意義（二）伯努利方程式的物理意義zg單位質(zhì)量流體所具有的單位質(zhì)量流體所具有的位能位

20、能，J/kg；p單位質(zhì)量流體所具有的單位質(zhì)量流體所具有的靜壓能靜壓能，J/kg ；221u單位質(zhì)量流體所具有的單位質(zhì)量流體所具有的動(dòng)能動(dòng)能，J/kg。各項(xiàng)意義：各項(xiàng)意義：2022-2-2036將將(1)(1)式各項(xiàng)同除重力加速度式各項(xiàng)同除重力加速度g :21Const.2pzugg （2）式中各項(xiàng)單位為式中各項(xiàng)單位為mNJN/kgJ/kg z 位壓頭位壓頭gu22動(dòng)壓頭動(dòng)壓頭gp 靜壓頭靜壓頭總壓頭總壓頭(1) Const.212puzg2022-2-2037 式（式（1）為以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能衡）為以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式，式（算式，式（2）為以重量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算）

21、為以重量流體為基準(zhǔn)的機(jī)械能衡算式，表明式，表明（1）理想流體在流動(dòng)過(guò)程中任意截面上總機(jī)械能、理想流體在流動(dòng)過(guò)程中任意截面上總機(jī)械能、總壓頭為常數(shù)；總壓頭為常數(shù)；（2）構(gòu)成總機(jī)械能、總壓頭的三種能量形式可以）構(gòu)成總機(jī)械能、總壓頭的三種能量形式可以相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換。2022-2-2038五、五、實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式（一）實(shí)際流體機(jī)械能衡算式（一）實(shí)際流體機(jī)械能衡算式（1）能量損失（壓頭損失）能量損失（壓頭損失）圖1-14 實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)壓頭變化情況2022-2-2039壓頭損失，壓頭損失，m（1-31 ）（1-32 ）hf壓頭損失，壓頭損失，J/Kg, 。ffhHg 202

22、2-2-2040（2）外加功（）外加功（外加壓頭外加壓頭） 1kg流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為流體從流體輸送機(jī)械所獲得的能量為W (J/kg)。（3）、（）、（4）伯努利方程式伯努利方程式 H外加壓頭或有效壓頭，外加壓頭或有效壓頭， , m;WHg 2022-2-2041（二）伯努利方程的討論（二）伯努利方程的討論 （1 1）若流體處于靜止，）若流體處于靜止，u=0，hf=0，W=0，則柏，則柏努利方程變?yōu)榕匠套優(yōu)?說(shuō)明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表說(shuō)明柏努利方程即表示流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也表示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律示流體靜止?fàn)顟B(tài)的規(guī)律 。2211pgzpgz2022-2-2042 W、

23、hf 在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得在兩截面間單位質(zhì)量流體獲得或消耗的能量。或消耗的能量。（2）zg、 、 某某截面上單位質(zhì)量流體所截面上單位質(zhì)量流體所具有的位能、動(dòng)能和靜壓能具有的位能、動(dòng)能和靜壓能 ； p221u有效功率有效功率 ：emPq W 軸功率軸功率 ： ePP 2022-2-2043（3）伯努利方程式伯努利方程式適用于不可壓縮性流體。適用于不可壓縮性流體。 對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng)對(duì)于可壓縮性流體，當(dāng) 時(shí)，仍可時(shí)，仍可用該方程計(jì)算，但式中的密度用該方程計(jì)算，但式中的密度應(yīng)以兩截面的平均應(yīng)以兩截面的平均密度密度m代替。代替。%20121 ppp2022-2-2044（三）伯努利方程的應(yīng)用（

24、三）伯努利方程的應(yīng)用 管內(nèi)管內(nèi)流體的流量流體的流量； 輸送設(shè)備的功率輸送設(shè)備的功率； 管路中管路中流體的壓力流體的壓力； 容器間的相對(duì)位置容器間的相對(duì)位置等。等。利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：利用伯努利方程與連續(xù)性方程，可以確定：做題程序：做題程序：2022-2-2045（1）根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的根據(jù)題意畫出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍算范圍 ；（2）截面的選?。┙孛娴倪x取 與流體的流動(dòng)方向相垂直；與流體的流動(dòng)方向相垂直； 兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)；兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)

25、連續(xù)流動(dòng)； 截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。 2022-2-2046（4）各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也各物理量的單位應(yīng)保持一致，壓力表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。 （3）位能基準(zhǔn)面的選取位能基準(zhǔn)面的選取 必須與地面平行；必須與地面平行； 宜于選取兩截面中位置較低的截面；宜于選取兩截面中位置較低的截面； 若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過(guò)管中心線的水平面。應(yīng)選過(guò)管中心線的水平面。 2022-2-2047 例1-9 移項(xiàng)得 (a) 解：取貯槽的液面1-1為上游

26、截面，蒸發(fā)器入口管口2-2為下游截面，以1-1為基準(zhǔn)面，在1-1與2-2截面間列柏努利方程式，即 2022-2-2048 根據(jù)連續(xù)性方程，堿液在泵的出口管中的流速為根據(jù)連續(xù)性方程，堿液在泵的出口管中的流速為 因貯槽液面比管道截面大得多，故可認(rèn)為因貯槽液面比管道截面大得多，故可認(rèn)為u10。 將已知各值代入將已知各值代入( (a)a)式，則輸送堿液所需的外加機(jī)械能為式，則輸送堿液所需的外加機(jī)械能為 2.06m/sKgJW/129402)06. 2(1100102081. 9723u u1 1是多少？是多少？2022-2-2049例例1-10 解解： 1-1截面就是高位槽的液面，因?yàn)橐笥?jì)算高位槽的

27、液截面就是高位槽的液面，因?yàn)橐笥?jì)算高位槽的液面比塔入口處高多少米，所以把面比塔入口處高多少米，所以把1-1截面選在這里就可以直接算出截面選在這里就可以直接算出所求的數(shù)值所求的數(shù)值x，同時(shí)在液面處，同時(shí)在液面處u1、p1均為已知值。均為已知值。 2-2截面選在管出口處。在截面選在管出口處。在1-1及及2-2截面間列柏努利方程式，截面間列柏努利方程式，以以2-2截面為基準(zhǔn)面，則截面為基準(zhǔn)面，則 221211221122fppzuHzuHgggg 2022-2-2050 高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流速相比，其值很小可以

28、忽略不計(jì)，即速相比，其值很小可以忽略不計(jì)，即u10。p p1 1表壓表壓=p=p2 2表壓表壓=0=0。無(wú)輸送。無(wú)輸送機(jī)械做功，機(jī)械做功，H=0H=0。界面。界面2-22-2與基準(zhǔn)面重合，與基準(zhǔn)面重合，z z2 2=0=0。將已知數(shù)值代入，。將已知數(shù)值代入， 1.21m 計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能主要用于克服管路阻力。阻力。 2022-2-2051（一）（一） 牛頓黏性定律牛頓黏性定律 yAFddu或或ydduFuududyF內(nèi)摩擦力，內(nèi)摩擦力，N；黏度系數(shù)、黏度，黏度系數(shù)、黏度，Pas； 法向速度梯度，法向速度梯度，1/s ；

29、 剪應(yīng)力，剪應(yīng)力，Pa；yddu一、一、黏度黏度 第三節(jié)第三節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為黏性。流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為黏性。流體的黏性越大，其流動(dòng)性越小。流體的黏性越大，其流動(dòng)性越小。靜止運(yùn)動(dòng)2022-2-2052 1. 1.粘度的物理意義粘度的物理意義 流體流動(dòng)時(shí)在流體流動(dòng)時(shí)在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生單位速度梯度所需的剪應(yīng)力單位速度梯度所需的剪應(yīng)力。),(Tpf 液體液體 :)(Tf T 氣體氣體 : 一般一般)(Tf T 超高壓超高壓),(Tpf p 粘度的物理本質(zhì)粘度的物理本質(zhì)：分子間的引力和分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞。分

30、子間的引力和分子的運(yùn)動(dòng)與碰撞。2022-2-20532. 粘度的單位粘度的單位SI制：制：Pas 或或 kg/(ms)物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊）換算關(guān)系換算關(guān)系1cP10-3 Pas3.運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 粘度粘度與密度與密度之比。之比。 m2/s2022-2-2054（二）流體中的動(dòng)量傳遞（自學(xué)）（二）流體中的動(dòng)量傳遞（自學(xué)） 分子動(dòng)量傳遞是由于流體層之分子動(dòng)量傳遞是由于流體層之間速度不同，動(dòng)量由速度大處向速間速度不同，動(dòng)量由速度大處向速度小處傳遞。度小處傳遞。smsmkgmsmkgmN2222/ 剪應(yīng)力：?jiǎn)挝粫r(shí)間、通過(guò)單位面積傳遞的動(dòng)量。剪應(yīng)力：?jiǎn)挝粫r(shí)間、通過(guò)單位面積傳遞的動(dòng)量。剪應(yīng)

31、力動(dòng)量通量剪應(yīng)力動(dòng)量通量dyuddyud)()(yddu2022-2-2055牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓牛頓型流體：剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系符合牛頓 粘性定律的流體；粘性定律的流體；非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。非牛頓型流體：不符合牛頓粘性定律的流體。 （三）牛頓型流體與非牛頓型流體（三）牛頓型流體與非牛頓型流體 2022-2-2056二、流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù)二、流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù) （一）雷諾實(shí)驗(yàn)（一）雷諾實(shí)驗(yàn)2022-2-2057 層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不方向作直

32、線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；混合； 湍流（或紊流）湍流（或紊流） ：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。（二）（二）流型判據(jù)流型判據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) udRe 無(wú)因次數(shù)群無(wú)因次數(shù)群2022-2-2058判斷流型判斷流型Re2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re 4000 時(shí)，流動(dòng)

33、可能是層流，也可能是時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。2.物理意義物理意義 Re反映了流體流動(dòng)中反映了流體流動(dòng)中慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系系，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度。 2022-2-2059 例1-13 有一內(nèi)徑為25mm的水管，如管中流速為1.0m/s，水溫為20。求： （1）管道中水的流動(dòng)類型； （2）管道內(nèi)水保持層流狀態(tài)的最大流速。 故管中為湍流。 (2)因?qū)恿髯畲罄字Z數(shù)為2000，即 故水保持層流的最大流速 解:(1)20時(shí)水的粘度為1cP，密度為998.2kg/m3，管中雷諾數(shù)為

34、2022-2-2060三、三、 流體在圓管內(nèi)的速度分布流體在圓管內(nèi)的速度分布（一）層流時(shí)的速度分布（一）層流時(shí)的速度分布 流體在圓管內(nèi)的速度分布是指流體流動(dòng)時(shí)，流體在圓管內(nèi)的速度分布是指流體流動(dòng)時(shí)，管截管截面上質(zhì)點(diǎn)的軸向速度沿半徑的變化面上質(zhì)點(diǎn)的軸向速度沿半徑的變化。u=umax/22022-2-2061由壓力差產(chǎn)生的推力由壓力差產(chǎn)生的推力 221)(rpp 流體層間內(nèi)摩擦力流體層間內(nèi)摩擦力 dd(2 )ddrruuFArlrr 212d()(2 )drupprrlr 12d()d2rupprrl 管壁處管壁處rR時(shí)，時(shí)，0，可得速度分布方程，可得速度分布方程 .u22()4rpuRrl 管中

35、心流速為最大，即管中心流速為最大，即r0時(shí)，時(shí)， umax .u2022-2-2062221max4)(Rlppu 管截面上的平均速度管截面上的平均速度 :V0max2212RrurdrquuAR 即即層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的層流流動(dòng)時(shí)的平均速度為管中心最大速度的1/2。 即流體在圓形直管內(nèi)即流體在圓形直管內(nèi)層流流動(dòng)層流流動(dòng)時(shí)，其速度呈時(shí)，其速度呈拋物線分布拋物線分布。2max1rruuR28Rlp24Rlp（1-39）2022-2-2063 3、流量、流量 公式推導(dǎo)略去，可得：公式推導(dǎo)略去，可得： （1-41） 式（式（1-411-41）稱為）稱為哈根哈根- -泊謖葉（泊謖葉（

36、Hagen-PoiseuilleHagen-Poiseuille）方）方程程，是流體在直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)損失的計(jì)算式。，是流體在直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)損失的計(jì)算式。 lpRqV84以管徑以管徑d代替式（代替式（1-39）中的半徑）中的半徑R，并改寫為，并改寫為2022-2-2064（二）湍流時(shí)的速度分布（二）湍流時(shí)的速度分布 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 ：yuedd)( e為湍流粘度，與流體的流動(dòng)狀況有關(guān)。為湍流粘度，與流體的流動(dòng)狀況有關(guān)。 max1nrruuR湍流速度分布湍流速度分布的經(jīng)驗(yàn)式：的經(jīng)驗(yàn)式：2022-2-2065101102 . 371,102 . 3101 . 161,101 . 110

37、466554 nRenRenRen與與Re有關(guān)，取值如下：有關(guān)，取值如下： 1/7次方定律次方定律71 n當(dāng)當(dāng) 時(shí)，流體的平均速度時(shí)，流體的平均速度 :Vmax0.82quuA 對(duì)比對(duì)比 u=umax/22022-2-2066注意：流體湍流流動(dòng)時(shí)沿徑向分為三層：注意：流體湍流流動(dòng)時(shí)沿徑向分為三層： 湍流主體湍流主體 過(guò)渡層過(guò)渡層 層流底層層流底層2022-2-2067第四節(jié)第四節(jié) 管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而 產(chǎn)生的阻力；產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速

38、局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速 大小及方向的改變而引起的阻力。大小及方向的改變而引起的阻力。 一、一、直管阻力直管阻力2022-2-2068流體在等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。流體在等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。22121122f1122ppz guz guh 2022-2-206921uu 21zz 12fpph 則則 12f12()()pphz gz g水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差；能之差；對(duì)同一直管，不論水平或傾斜安裝，所測(cè)得的對(duì)同一直管，不論水平或傾斜安裝，所測(cè)得的流體摩擦阻力損失相同。流體摩擦阻力損失相同。水平安裝時(shí)，水平安裝

39、時(shí)，2022-2-2070 二、層流的摩擦阻力二、層流的摩擦阻力 層流時(shí)，可由哈根層流時(shí)，可由哈根-泊謖葉方程導(dǎo)出，即：泊謖葉方程導(dǎo)出，即： 232dluP（1-41）226432222udludldudluphf-范寧公式范寧公式 （1-44） 三、湍流的摩擦阻力三、湍流的摩擦阻力 （一）管壁粗糙度的影響（一）管壁粗糙度的影響 在湍流流動(dòng)的情況下，管壁粗糙度對(duì)能量損失有影響。在湍流流動(dòng)的情況下，管壁粗糙度對(duì)能量損失有影響。-摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù) （1-45）Re6464du2022-2-2071 管道壁面凸出部分的平均高度，稱為管道壁面凸出部分的平均高度，稱為絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗

40、糙度，以，以 表示。表示。絕對(duì)粗糙度與管徑的比值即絕對(duì)粗糙度與管徑的比值即 ，稱為，稱為相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度。 d湍流主體湍流主體圖1-27 流體流過(guò)粗糙管壁的情況 水力光滑管，光滑管流動(dòng)水力光滑管，光滑管流動(dòng) 粗糙管粗糙管 在一定在一定Re條件下，管壁粗糙度越大，則流體的摩擦阻力損失條件下，管壁粗糙度越大，則流體的摩擦阻力損失就越大。就越大。 只與只與Re有關(guān)，與有關(guān)，與 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)d d 與與 有關(guān)，與有關(guān)，與Re有關(guān)有關(guān)2022-2-2072（二）湍流時(shí)的摩擦系數(shù)的（二）湍流時(shí)的摩擦系數(shù)的量綱分析法量綱分析法 目的目的：（：（1）減少實(shí)驗(yàn)工作量；）減少實(shí)驗(yàn)工作量； （2）結(jié)果具有普遍性，便

41、于推廣。）結(jié)果具有普遍性，便于推廣?；A(chǔ)基礎(chǔ)：量綱一致性：量綱一致性 即每一個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，即每一個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等， 而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的量綱。而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的量綱。2022-2-2073基本定理基本定理：白金漢（：白金漢（BuckinghamBuckingham）定理定理 設(shè)某一物理現(xiàn)象所涉及的獨(dú)立變量數(shù)為設(shè)某一物理現(xiàn)象所涉及的獨(dú)立變量數(shù)為n個(gè)，個(gè)，這些變量的基本因次數(shù)為這些變量的基本因次數(shù)為m個(gè)，則該物理現(xiàn)象可個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用用N（nm）個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱數(shù)群表示。個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱數(shù)群表示。 湍流時(shí)壓力損失的影響因素：湍流時(shí)壓力損失的影響因素：（1）

42、流體性質(zhì)：）流體性質(zhì)： ， （2）流動(dòng)的幾何尺寸：）流動(dòng)的幾何尺寸：d，l， （管壁粗糙度）（管壁粗糙度）（3）流動(dòng)條件：）流動(dòng)條件：u2022-2-2074,ldufp 物理變量物理變量 n 7基本量綱基本量綱 m3（M、T、L）無(wú)量綱數(shù)群無(wú)量綱數(shù)群 Nnm4 febduddlKup)()()(2無(wú)量綱化處理無(wú)量綱化處理式中：式中：2upEu歐拉（歐拉（Euler）準(zhǔn)數(shù)）準(zhǔn)數(shù)即該過(guò)程可用即該過(guò)程可用4個(gè)無(wú)量綱數(shù)群表示。個(gè)無(wú)量綱數(shù)群表示。2022-2-2075d 相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度dl管道的幾何尺寸管道的幾何尺寸 udRe 雷諾數(shù)雷諾數(shù) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，p p與與l成正比，整理后

43、成正比，整理后 febduddlKup)()()(2)2)()(Re,22udldKp2022-2-2076),(dRe湍流的摩擦阻力系數(shù))2)()(Re,2udldphf與層流流體摩擦阻力損失計(jì)算式對(duì)比：與層流流體摩擦阻力損失計(jì)算式對(duì)比：確定。的函數(shù)關(guān)系需要由實(shí)驗(yàn)及與dRe（三）湍流摩擦系數(shù)的確定（三）湍流摩擦系數(shù)的確定（1）的關(guān)聯(lián)圖及與dRe2022-2-2077莫狄（莫狄（Moody）摩擦因數(shù)圖：）摩擦因數(shù)圖：圖1-28 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對(duì)粗糙度的關(guān)系（1）層流區(qū)（）層流區(qū)（Re 2000） 與與 無(wú)關(guān)，與無(wú)關(guān)，與ReRe為直線關(guān)系，即為直線關(guān)系，即 , ,即即 與與u的一次方成

44、正比。的一次方成正比。d Re64 fhu fh（2）過(guò)渡區(qū)（）過(guò)渡區(qū)（2000Re4000) 將湍流時(shí)的曲線延伸查取將湍流時(shí)的曲線延伸查取值值 。（3 3）湍流區(qū)（）湍流區(qū)（Re44000以及虛線以下的區(qū)域）以及虛線以下的區(qū)域） ),(dRef（4）完全湍流區(qū)）完全湍流區(qū) （虛線以上的區(qū)域）（虛線以上的區(qū)域） d 與與Re無(wú)關(guān)，只與無(wú)關(guān)，只與 有關(guān)有關(guān) 。d該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。2fhu 2022-2-20782 2、經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)公式 ：布拉修斯（布拉修斯（BlasiusBlasius）式：）式：25. 03164. 0Re 適用光滑管，適用光滑管，Re2.51031

45、052022-2-2079四四 非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力 當(dāng)量直徑：當(dāng)量直徑： Ad44e潤(rùn)潤(rùn)濕濕周周邊邊流流通通截截面面積積 套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為，外管的內(nèi)徑為d2 : 12122122e44ddddddd 邊長(zhǎng)分別為邊長(zhǎng)分別為a、b的矩形管的矩形管 :baabbaabd 2)(24e2022-2-2080說(shuō)明：說(shuō)明：（1）Re、hf、/d中的直徑用中的直徑用de計(jì)算；計(jì)算；（2）層流時(shí)的當(dāng)量直徑不太準(zhǔn)確，需要對(duì)）層流時(shí)的當(dāng)量直徑不太準(zhǔn)確，需要對(duì)修正：修正：ReC 正方形正方形 C57套管環(huán)隙套管環(huán)隙 C96 （3）流速用實(shí)際流通面積

46、計(jì)算流速用實(shí)際流通面積計(jì)算 。2e785. 0dquV 2022-2-2081五、五、局部摩擦阻力損失局部摩擦阻力損失 （一）阻力系數(shù)法（一）阻力系數(shù)法 將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 表表1-2列出了常用閥門和管件的列出了常用閥門和管件的局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 2f2uh J/kg蝶閥蝶閥2022-2-208221221f1(1)0 1u2AAuh 小小管管中中的的大大速速度度1. 突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大有幾個(gè)容易被忽略的局部摩擦阻力損失位置。有幾個(gè)容易被忽略的局部摩擦阻力損失位置。2022-2-20832122f20.5(1)0 0.

47、52AAuhu 小小管管中中的的大大速速度度2.突然縮小突然縮小2022-2-20843. 管進(jìn)口及出口管進(jìn)口及出口進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。 進(jìn)口進(jìn)口 = 0.5 進(jìn)口阻力系數(shù)進(jìn)口阻力系數(shù)出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外空間?？臻g。 出口出口 = 1 出口阻力系數(shù)出口阻力系數(shù)2022-2-208522eeff22lluuhHddg 或或（二）當(dāng)量長(zhǎng)度法（二）當(dāng)量長(zhǎng)度法 將流體流過(guò)管件或閥門的局部阻力，折合成直將流體流過(guò)管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長(zhǎng)度為徑相同、長(zhǎng)度為le e的直管所產(chǎn)生的阻力的直管所產(chǎn)生的

48、阻力 。le 管件或閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，管件或閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，m。（表。（表1-2）2022-2-2086六、管內(nèi)六、管內(nèi)流體的總摩擦阻力損失計(jì)算流體的總摩擦阻力損失計(jì)算22ef()22ll uluhdd 22udlle2022-2-2087例例 116解解:在在 11 與與 22 截面間截面間列柏努利方程列柏努利方程15m2022-2-208815429J/kg2022-2-2089管口突然縮小管口突然縮小=0.5=0.5，管口突然擴(kuò)大，管口突然擴(kuò)大=1=12212) 15 . 90 . 65 . 01 . 016025. 0(2121uu2152) 15 . 95 . 01 . 016025.

49、 0(2222uu2022-2-209018. 115211212uuqqvv即流量增加即流量增加18%。2022-2-2091 阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響pApBFpa11 22 AB 閥門閥門F開(kāi)度減小時(shí)：開(kāi)度減小時(shí)：（1）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù)）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù) hf,A-B 流速流速u 即流量即流量 ； 2022-2-2092（2）在）在1-A之間，由于之間，由于流速流速u hf,1-A pA A ； （3）在）在B-2之間，由于之間，由于流速流速u hf,B-2 pB 。 結(jié)論：結(jié)論：（1）當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，其局部阻力增大，將使管路中）當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，其局部阻力增大

50、，將使管路中流量下降；流量下降；（2）下游阻力的增大使上游壓力上升；）下游阻力的增大使上游壓力上升；（3）上游阻力的增大使下游壓力下降。）上游阻力的增大使下游壓力下降。 可見(jiàn)，管路中任一處的變化，必將帶來(lái)總體的可見(jiàn)，管路中任一處的變化，必將帶來(lái)總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。2022-2-2093第五節(jié)第五節(jié) 管路計(jì)算管路計(jì)算 一、一、簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路 （一）特點(diǎn)（一）特點(diǎn) （1）流體通過(guò)各管段的質(zhì)量流量不變）流體通過(guò)各管段的質(zhì)量流量不變(2) 整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和整個(gè)管路的總能量損失等于各段能量損失之和 。ff1f2f3h

51、hhh qV1,d1qV3,d3qV2,d2不可壓縮流體不可壓縮流體321mmmqqq 321VVVqqq 2022-2-2094（二）管路計(jì)算（二）管路計(jì)算（1）摩擦損失計(jì)算）摩擦損失計(jì)算 已知：流量已知：流量qV 、管長(zhǎng)、管長(zhǎng)l，管件和閥門，管件和閥門 ，管徑，管徑d d， 粗糙度粗糙度 求：求：hf/RedVfquh 2022-2-2095 已知：管子已知：管子d 、 、l，管件和閥門，管件和閥門 ，供液點(diǎn)，供液點(diǎn)z z1 1，p p1 1， 需液點(diǎn)的需液點(diǎn)的z z2 2，p p2 2，輸送機(jī)械，輸送機(jī)械 W； 求：流體的流速求：流體的流速u及供液量及供液量qV。 （2）流速、流量計(jì)算）

52、流速、流量計(jì)算 問(wèn)題：在計(jì)算阻力時(shí)，需知摩擦系數(shù)問(wèn)題：在計(jì)算阻力時(shí)，需知摩擦系數(shù)，而，而),(Redf與與u、d有關(guān)，因此無(wú)法直接求解，此時(shí)工程上有關(guān)，因此無(wú)法直接求解，此時(shí)工程上常采用試差法求解。常采用試差法求解。 2022-2-2096 試差法計(jì)算流速的步驟：試差法計(jì)算流速的步驟：（1 1）根據(jù)柏努利方程列出試差等式；）根據(jù)柏努利方程列出試差等式；（2 2）試差：）試差：符合？符合？查假設(shè)duRe可在可在0.020.03之間假設(shè)初值之間假設(shè)初值2022-2-20972022-2-2098注意：若已知流動(dòng)處于湍流或?qū)恿?，則無(wú)需試差，可注意：若已知流動(dòng)處于湍流或?qū)恿?，則無(wú)需試差，可直接解析求解

53、。直接解析求解。湍流區(qū)：湍流區(qū)：22.51lg3.72ffdhdlulddh 2022-2-2099 已知：流已知：流量量qV，管子管子 、l，管件和閥門，管件和閥門 ，供液點(diǎn)，供液點(diǎn)z z1.1. p p1 1，需液點(diǎn)的，需液點(diǎn)的z2.p2，輸送機(jī)械，輸送機(jī)械W 等；等； 求：管徑求：管徑d。 （3）管徑計(jì)算）管徑計(jì)算 用試差法解決。用試差法解決。 例：一管路總長(zhǎng)為70m，要求輸水量30m3/h，輸送過(guò)程的允許壓頭損失為4.5m水柱，求管徑。已知水的密度為1000kg/m3，粘度為1.010-3Pas，鋼管的絕對(duì)粗糙度為0.2mm。分析：求duqdv4求ugudlHf22u、d、未知試差法設(shè)

54、初值求出d、u/Redu)/(Re,df計(jì)比較計(jì)與初值是否接近是udqv24否修正解：解：根據(jù)已知條件24dquv24360030d20106. 0d u、d、均未知，用試差法，值的變化范圍較小，以為試差變量 假設(shè)=0.025gudlHf22由gdd2)0106. 0(70025. 05 . 422得hmVOmHHmlsf/30 5 . 4 7032，24dquv解得：d=0.074m，u=1.933m/sduRe143035100 . 11000933. 1074. 030027. 0074. 0102 . 03d查圖得：027. 0與初設(shè)值不同，用此值重新計(jì)算gdd2)0106. 0(70

55、027. 05 . 422解得：smud/884. 1 m 075. 0141300100 . 11000884. 1075. 0Re30027. 0075. 0102 . 03d查圖得：027. 0與初設(shè)值相同。計(jì)算結(jié)果為：smud/884. 1 m 075. 0按管道產(chǎn)品的規(guī)格，可以選用88.54mm內(nèi)徑為80.5mm。此管可滿足要求，且壓頭損失不會(huì)超過(guò)4.5mH2O。2022-2-20105（三）阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響（三）阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響pApBFpa11 22 AB 閥門閥門F開(kāi)度減小時(shí)：開(kāi)度減小時(shí)：（1）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù)）閥關(guān)小，閥門局部阻力系數(shù) hf,A-B 流速流速u

56、 即流量即流量 ； 2022-2-20106（2）在）在1-A之間，由于之間，由于流速流速u hf,1-A pA A ； （3）在）在B-2之間，由于之間，由于流速流速u hf,B-2 pB 。 結(jié)論：結(jié)論：（1）當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，其局部阻力增大，將使管路中）當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，其局部阻力增大，將使管路中流量下降；流量下降；（2）下游阻力的增大使上游壓力上升；）下游阻力的增大使上游壓力上升；（3）上游阻力的增大使下游壓力下降。）上游阻力的增大使下游壓力下降。 可見(jiàn)，管路中任一處的變化，必將帶來(lái)總體的可見(jiàn)，管路中任一處的變化，必將帶來(lái)總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。2022-2-20107二、二、復(fù)雜管路復(fù)雜管路 （一）（一）并聯(lián)管路并聯(lián)管路 AqVqV1qV2qV3B1. 特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）主管中的流量為并聯(lián)的各支路流量之和；）主