化工原理第一章_3

1、LogoDepartment of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke第五節(jié)第五節(jié) 管路計算管路計算2 feWpugzWpugz 22221211222211AuAu 2222udludllWef 已有公式：已有公式：管路管路簡單管路簡單管路復(fù)雜管路復(fù)雜管路管路計算目的管路計算目的設(shè)計型計算設(shè)計型計算操作型計算操作型計算3一、設(shè)計型計算一、設(shè)計型計算 給定輸送任務(wù)，要求設(shè)計給定輸送任務(wù)，要求設(shè)計經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)上上合理合理的管路。的管路。典型的設(shè)計型命題如下：典型的設(shè)計型命題如下：1、設(shè)計要求：規(guī)定輸送量、設(shè)計要求：規(guī)定輸送量V

2、，確定最經(jīng)濟(jì)的管徑，確定最經(jīng)濟(jì)的管徑d及須由供液點提供的勢能及須由供液點提供的勢能p1/。2、給定條件：、給定條件：(1)供液與需液點間的距離。即管長供液與需液點間的距離。即管長l；(2)管道材料及管件配置，即管道材料及管件配置，即e及及；(3)需液點的勢能需液點的勢能p1/。設(shè)計人員必須再補(bǔ)充條件才能滿足方程式的求解設(shè)計人員必須再補(bǔ)充條件才能滿足方程式的求解4分析分析:V一定一定ud1 u，du，d設(shè)備費設(shè)備費設(shè)備費設(shè)備費操作費用操作費用p1/對于工藝管線對于工藝管線車間內(nèi)部的管路車間內(nèi)部的管路一般根據(jù)經(jīng)驗流速套用即可，一般根據(jù)經(jīng)驗流速套用即可，p33 表表1-45 最合理的管徑或最合理的管

3、徑或流速的選擇應(yīng)進(jìn)行流速的選擇應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算經(jīng)濟(jì)核算費用費用管徑管徑總費用總費用設(shè)備費設(shè)備費動力費動力費適宜管徑適宜管徑 使每年的操作費用使每年的操作費用與按使用年限的設(shè)備與按使用年限的設(shè)備折舊費之和為折舊費之和為最小最小長距離大流量的輸送管路長距離大流量的輸送管路 6“西氣東輸西氣東輸” 工程工程78 按照國際經(jīng)驗，每規(guī)劃按照國際經(jīng)驗，每規(guī)劃380公里公里管線，就要建一個加壓站，整個管線，就要建一個加壓站，整個管線管線4000公里將建公里將建12個加壓站，個加壓站，以始終保持以始終保持84千克的管道壓力。千克的管道壓力。 管徑管徑1016mm 910輸油管線 “安大” 、“安納”、“泰納”1

4、1安大與安納之爭安大與安納之爭12泰納線13二、操作型計算二、操作型計算 管路已定，要求核算在某給定條件下管路的輸送管路已定，要求核算在某給定條件下管路的輸送能力或某項技術(shù)指標(biāo)，這類問題的命題如下：能力或某項技術(shù)指標(biāo)，這類問題的命題如下： 1、給定條件：、給定條件：d，l，e，p1，p2；計算目的：輸送量計算目的：輸送量V2、給定條件：、給定條件：d，l， ，e，p2，V；計算目的：所需的計算目的：所需的p1。連續(xù)性方程連續(xù)性方程試差法試差法方程組有唯一解方程組有唯一解柏努利方程柏努利方程阻力損失計算式阻力損失計算式141-20 簡單管路簡單管路 簡單管路通常指直徑相同的管路或不同直徑組成的簡

5、單管路通常指直徑相同的管路或不同直徑組成的串聯(lián)管路，無分支與匯合串聯(lián)管路，無分支與匯合 特點：特點： 、w1=w2=w3通過各截面的流量不變通過各截面的流量不變V1=V2=V3 (=const.) 432141fffffhhhhh、 常見的問題：常見的問題： 1、已知、已知d，l+le，Vshe，N；2、已知、已知heVs；d15類似類似p33例例1-11573.5894如圖所示，用泵將如圖所示，用泵將20的苯從地面以下的貯罐送到高位槽，的苯從地面以下的貯罐送到高位槽，流量為流量為300l/min。輸送管出口比貯罐液面高。輸送管出口比貯罐液面高10m。泵吸入管用。泵吸入管用894mm無縫鋼管，

6、直管長度為無縫鋼管，直管長度為15m， 并有一個底閥（可并有一個底閥（可大致按搖板式止逆閥求其當(dāng)量長度），一個大致按搖板式止逆閥求其當(dāng)量長度），一個90o彎頭；泵排出彎頭；泵排出管用管用573.5mm無縫鋼管，直管長無縫鋼管，直管長50m，并有一個閘閥、一，并有一個閘閥、一個標(biāo)準(zhǔn)閥、個標(biāo)準(zhǔn)閥、3個個90o彎頭和兩個三通。閥門都按全開考慮。試彎頭和兩個三通。閥門都按全開考慮。試求泵的軸功率，設(shè)泵的效率為求泵的軸功率，設(shè)泵的效率為70%。 解解：如圖取截面，以如圖取截面，以1截面為截面為基準(zhǔn)水平面，在基準(zhǔn)水平面，在1-2間列間列BEfehgpguZh 22【補(bǔ)例【補(bǔ)例1111】16573.5894

7、 式中：式中：p1= p2= 0（表壓），（表壓），u1=u2=0 he=10+hf BE可簡化為可簡化為 管路要分兩段計算管路要分兩段計算 （1）894mm吸入管吸入管的損失的損失hf1： d1 =89-24=81mm=0.081m l1 =15m， e=0.2mm管件、閥門的當(dāng)量長度（查表管件、閥門的當(dāng)量長度（查表1-2） 搖板式止逆閥搖板式止逆閥 0.081100=8.1 90o彎頭彎頭 0.08135=2.8le =10.9m 17流速 smu/97. 04081. 060100030021 速度頭 mgu048. 081. 9297. 02221 20苯的物性，=879kg/m3，=

8、0.74cP=0.00074Pas 9300000074. 087997. 0081. 0Re111 ud查圖1-27，1=0.027 mgudllheif44. 0048. 0081. 09 .1015027. 05 . 0221111 18 三通三通2個個 0.05502=5.0（2）573.5mm吸入管吸入管的損失的損失hf2： d2 =57-23.5=70mm=0.07m l2 =50m， e=0.2mm管件、閥門的當(dāng)量長度管件、閥門的當(dāng)量長度閘閥（全開）閘閥（全開） 0.059=0.45 90o彎頭彎頭 3個個 0.05353=5.25le =25.70m 標(biāo)準(zhǔn)閥（全開）標(biāo)準(zhǔn)閥（全開

9、） 0.05300=15.0 smu/55. 2508197. 021 mgu33. 081. 9255. 22221 19 087955. 205. 0Re222 ude/d2=0.2/50=0.004，查圖1-27，2=0.029 mgudllheof8 .1433. 005. 07 .2550029. 01222222 （3）全管路所需的壓頭和泵的功率：）全管路所需的壓頭和泵的功率： 所需總壓頭所需總壓頭 mhhzhffe24.258 .1444. 01021 質(zhì)量流率質(zhì)量流率skgms/395. 4601000879300 有效功率有效功率泵軸功率泵軸功率kW

10、sJghmwmNesese088. 1/108881. 924.25395. 4 kWNNe55. 17 . 0088. 1 2030m5mp34p34 例例1-121-12已知已知：l=1600m， 海水海水=1.04。z1=5m，e=2mm，20水溫水溫, ,要使要使Vs=6m3/s，選用多粗的，選用多粗的管子？管子？分析：分析：u=?Vs=6m3/s=?試差法試差法d=?BE，Wf21【補(bǔ)例【補(bǔ)例12】如本題附圖所示，水從如本題附圖所示，水從水塔引至車間，管路為水塔引至車間，管路為114 4mm的的鋼管，共長鋼管，共長150m（包括管件及閥門（包括管件及閥門的當(dāng)量長度，但不包括進(jìn)、出口損

11、的當(dāng)量長度，但不包括進(jìn)、出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于排水口于排水口12m，問水溫為，問水溫為12時，此時，此管路的輸水量為若干管路的輸水量為若干m3/h。解：以塔內(nèi)水面為上游截面解：以塔內(nèi)水面為上游截面1，排水管出口內(nèi)測為下游截面，排水管出口內(nèi)測為下游截面2，并通過排水管出口中心作基準(zhǔn)水平面。在兩截面間并通過排水管出口中心作基準(zhǔn)水平面。在兩截面間BE 即：即： fWpugzpugz 2222121122式中式中Z1=12m Z2=0 u10 u2=u p1=p2 25 . 0106. 0150222uudllWef 22將以上各值代入將以上各值代入BE，

12、整理得出管內(nèi)水，整理得出管內(nèi)水的流速為：的流速為：5 . 114154 .2355 . 1106. 01501281. 92 u而而 設(shè)設(shè)=0.024，代入得：，代入得： 從附錄查得從附錄查得12時水的粘度為時水的粘度為1.236 10-3Pas，于是，于是 udf Re,smu/58. 25 . 1024. 014154 .235 53102 . 210236. 1100058. 2106. 0Re du23查出的查出的值與所設(shè)值與所設(shè)值基本相符。值基本相符。輸水量為：輸水量為： hmudVh/96.8158. 2106. 04360043600322 24分支或匯合管路分支或匯合管路1-2

13、1 復(fù)雜管路復(fù)雜管路有分支或匯合的管路有分支或匯合的管路并聯(lián)管路并聯(lián)管路V1V2V325222233332222221111udludludl 1、并聯(lián)管路、并聯(lián)管路 目的：減少管線壓強(qiáng)降，目的：減少管線壓強(qiáng)降，降低泵的能量消耗。降低泵的能量消耗。 特點：特點： m=m1+m2+m3； =const；V=V1+V2+V3； 321ffffhhhhBA 321fBoAofBoAofBoAohHHhHHhHH335322521151321:ldldldVVV 并聯(lián)管路并聯(lián)管路V1V2V326注意注意：計算并聯(lián)管路的阻力時只需考慮計算并聯(lián)管路的阻力時只需考慮其中任一管段其中任一管段的的阻力阻力即可，

14、絕不能將并聯(lián)的各管段阻力全部加和作即可，絕不能將并聯(lián)的各管段阻力全部加和作為并聯(lián)管路的阻力。為并聯(lián)管路的阻力。由此可見，并聯(lián)管路在不另加能量的前提下能適當(dāng)由此可見，并聯(lián)管路在不另加能量的前提下能適當(dāng)增大流體輸送量。增大流體輸送量。( (最為經(jīng)濟(jì)便利的增大流量的方法，最為經(jīng)濟(jì)便利的增大流量的方法，但有限但有限) )。27【補(bǔ)例【補(bǔ)例13】用內(nèi)徑為】用內(nèi)徑為300mm的鋼質(zhì)管的鋼質(zhì)管子輸送子輸送20的水。為了測量管內(nèi)水的的水。為了測量管內(nèi)水的流量，采用主管旁邊并聯(lián)安裝一轉(zhuǎn)子流量，采用主管旁邊并聯(lián)安裝一轉(zhuǎn)子流量計的支管的裝置，如圖所示，在流量計的支管的裝置，如圖所示，在2m長的一段主管路上并聯(lián)了一根

15、總長長的一段主管路上并聯(lián)了一根總長為為10m（包括分支直管及局部阻力的當(dāng)（包括分支直管及局部阻力的當(dāng)量長度）的量長度）的60mm*3.5mm的支管。的支管。支管上轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為支管上轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為3m3 h-1，試，試求水在總管中的流量。假設(shè)主管與支求水在總管中的流量。假設(shè)主管與支管的摩擦阻力系數(shù)分別為管的摩擦阻力系數(shù)分別為0.02和和0.03。解：支管流速解：支管流速u2為：為： smu/378. 0053. 043600322 28由于并聯(lián)管路中主管阻力由于并聯(lián)管路中主管阻力hf1等于支管阻力等于支管阻力hf2 gudllhgudlheff22222222111111 將將1=0.02

16、，2=0.03，l1=2m，l2+le=10m，d1=0.3m，d2=0.053m，u2=0.378m/s代入上式得：代入上式得：221)378. 0(053. 01003. 03 . 0202. 0 usmu/46. 21 hmudV/626360046. 2)3 . 0(785. 04321211 hmVVVo/6293626321 292、分支與匯合管路、分支與匯合管路 特點：特點： CBAoVVVV . EDCBAoVVVVVV CBAfCCCfBBBfAAAoooOhgugpzhgugpzhgugpzgugpzH 22222222 既是說，可對分支點與支管出口分別作能量衡算既是說，可

17、對分支點與支管出口分別作能量衡算 30分餾塔分餾塔吸收解吸塔吸收解吸塔37m5mp4=0.5kgf/cm2表壓表壓p3=12kgf/cm230m6400kgf/h10800kgf/h例例1-15已知已知：40oC粗汽油（粗汽油（d=0.71），），V1=10800kg/h，V2=6400kg/h，hf 1-3=2m, hf 3-4=6m， hf 3-5=5m，=60%，u2/2g=0，其它數(shù)，其它數(shù)據(jù)見圖。據(jù)見圖。求求：N分析分析：離心泵提供的總壓頭在離心泵提供的總壓頭在處應(yīng)保證將液體壓到處應(yīng)保證將液體壓到 和和保證能將液體壓到所需保證能將液體壓到所需壓頭大的支路壓頭大的支路31分餾塔分餾塔吸

18、收解吸塔吸收解吸塔37m5mp4=0.5kgf/cm2表壓表壓p3=12kgf/cm230m6400kgf/h10800kgf/h解解：粗汽油：粗汽油=710kg/m3截面截面的總壓頭的總壓頭mgpzh2 .442 . 73781. 97101050373444 截面截面 的總壓頭的總壓頭mgpzh3 .2023 .1723081. 9710102 . 1306555 mhhhf2 .5062 .444343 保證從保證從壓到壓到 并達(dá)到規(guī)定流量，并達(dá)到規(guī)定流量， 處的總壓頭為處的總壓頭為32必須保證必須保證處的總壓頭為處的總壓頭為保證從保證從壓到壓到 并達(dá)到規(guī)定流量，并達(dá)到規(guī)定流量， 處的總

19、壓頭為處的總壓頭為 mhhhf3 .20753 .2025353 mh3 .2073 在在至至間列間列BE 31312112 fhhhegpguz 23 .2072 . 705 hemhe1 .197 kgJgheWe/193481. 91 .197 skgms78. 4 kWmWeNse24. 9 kWN4 .156 . 024. 9 LogoDepartment of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke第六節(jié) 流量測量34 u A R igRu21-22 變壓頭的流量計變壓頭的流量計一、測速管（皮托（一、測速管（皮托

20、（Pitot）管）管）1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 2、原理、原理 A點處點處沖壓頭：沖壓頭：gpguhA 22B點點 gphB 兩管壓力差為：兩管壓力差為： u2/2, gRui 2235 0.9 0.8uumax 0.7 0.6 0.5 102 103 104 105 106 107 Remax= umaxd/ Re=ud/測 umax平均速度流量36 u A R 不能直接測出平均速度，不能直接測出平均速度，且壓差計讀數(shù)小，常須放大才能讀得準(zhǔn)確。且壓差計讀數(shù)小，常須放大才能讀得準(zhǔn)確。測壓小孔易堵塞，故不適用于測量含有固體粒子的液體測壓小孔易堵塞，故不適用于測量含有固體粒子的液體 4.測氣體時，測氣體時，

21、 igRui2 測速管加工及使用注意事項測速管加工及使用注意事項1.測速管的尺寸不可過大，一般測速管直徑不應(yīng)超過管道直徑的測速管的尺寸不可過大，一般測速管直徑不應(yīng)超過管道直徑的1/50。2.測速管安裝時，必須保證安裝點位于充分發(fā)展流段，測速管安裝時，必須保證安裝點位于充分發(fā)展流段，(必須保證測必須保證測量點位于均勻流段量點位于均勻流段)一般測量點的上、下游最好各有一般測量點的上、下游最好各有50d以上的直管以上的直管段作為穩(wěn)定段。段作為穩(wěn)定段。3.測速管管口截面要嚴(yán)格垂直于流動方向測速管管口截面要嚴(yán)格垂直于流動方向測速管的測速管的優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、使用方便，結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、使用方便

22、，尤其適用于測量氣體管道內(nèi)的流速。尤其適用于測量氣體管道內(nèi)的流速。缺點：缺點：37結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) p1 p2 1 2 R 孔板流量計孔板流量計二、孔板流量計二、孔板流量計角接法角接法 取壓口在法蘭上；取壓口在法蘭上；兩種取壓方式：兩種取壓方式： 徑接法徑接法 上游取壓口在距孔板上游取壓口在距孔板1 1倍管倍管徑處，下游取壓口在距孔板徑處，下游取壓口在距孔板1/21/2倍管徑處。倍管徑處。38 p1 p2 1 2 0 R 孔板流量計孔板流量計22222211upup )(002211孔口孔口uAuAuA 212122002111ppAAAu 21212000211ppAACAuD 用 A0代替 A2，

23、再考慮到機(jī)械能損失暫不計摩擦損失，暫不計摩擦損失，1、2之間有：之間有：影響兩測壓點間的壓力差的因素：影響兩測壓點間的壓力差的因素：孔板結(jié)構(gòu)、流速孔板結(jié)構(gòu)、流速測量原理測量原理39 210212100221ppCppAACuD 孔流系數(shù) 20gRC 20000gRACAuVs A0/A1、雷諾數(shù)、雷諾數(shù)Re1=du1 / 、取壓位置、孔口的形狀、加、取壓位置、孔口的形狀、加工精度。工精度。 需由實驗確定。需由實驗確定。影響孔流系數(shù)影響孔流系數(shù)C0的因素：的因素：40 1010,ReAAmmfC 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 0.72 A

24、1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 104 105 106 Re1 孔流系數(shù)C0與Re1及m (A0/A1)的關(guān)系 流量計所測范圍最流量計所測范圍最好落在這一區(qū)域內(nèi)好落在這一區(qū)域內(nèi) 41測量范圍測量范圍：孔板流量計不適合測量流量范圍太寬的場合：孔板流量計不適合測量流量范圍太寬的場合 )(2 gRACVoos計算流量計算流量 CO )(Re,1AAfCoo 試差法試差法 假設(shè)假設(shè)Co（0.60.7） u1 Re1 Co 比較比較Co、Co 是是 Vs 否否 重新假設(shè)重新假設(shè) 428 .0220 uhf使用注意事項使用注意事項 安裝時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上安裝時應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上游長度至少應(yīng)為游長度至少應(yīng)為(1540)d1，下游為，下游為5d1缺點：缺點： 機(jī)械能損失（稱之為永久損失）大機(jī)械能損失（稱之為永久損失）大 當(dāng)當(dāng)d0/d1=0.2時，永久損失約為測得壓差的時，永久損失約為測得壓差的90%， 常用的常用的d0/d1=0.5情形下，永久損失也有情形下，永久損失也有75%。優(yōu)點：優(yōu)點： 構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便構(gòu)造簡單，制造和安裝都很方便4