張希恒老師閥門流體力學(xué)課件

1、閥門流體力學(xué)閥門流體力學(xué)蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院張希恒張希恒1 1、閥門的流體計(jì)算原理、閥門的流體計(jì)算原理2 2、閉路閥的壓力損失閉路閥的壓力損失1 1、閥門的流體計(jì)算原理、閥門的流體計(jì)算原理 水平管道內(nèi)的總壓頭耗費(fèi) fhTVHHHHH式中：H-總壓頭（m）； -消耗在速度上的壓頭損失（m）； -克服管道摩擦的壓頭損失（m）； -克服管道轉(zhuǎn)彎、管接頭、異徑管等處的壓力損失； -克服閥門局部阻力的壓頭損失（m）；VHTHhHfH流動(dòng)有兩種狀態(tài) 層流：壓頭損失與管路中液體的平均流速成比例，當(dāng) 時(shí)，產(chǎn)生紊流。 DReKReDReKRe圓形截面管道 Re =1000DD動(dòng)力粘度

2、與運(yùn)動(dòng)粘度關(guān)系 1020000閥門的壓頭損失 2= v+BvfHA 介質(zhì)的流動(dòng)呈紊流狀態(tài)： 2= vtHB 實(shí)際壓差： x=1.62.4 x= vtHB流速 NvAqv0036. 0密度 NmAqv6 . 3cTcKRTKp01. 0式中：T在給定條件下，氣體的理論密度（g/mm3），或； Kc壓縮系數(shù)，考慮實(shí)際密度與理論密度（按理想氣體計(jì)算）間的誤差，幾種氣體的Kc值按圖3-1圖3-10選?。?T熱力學(xué)溫度（K），T=273+t； R氣體常數(shù)（kgm/kgK），R=848/M； M相對(duì)分子質(zhì)量； p絕對(duì)壓力（MPa）。壓頭與壓力關(guān)系 水： 其他液體：100Hp 100Hp 100Hp管道壓力

3、fhTVppppp消耗在速度上的壓力損失： 1022gvpV克服管道摩擦的壓力損失 ： 克服管道轉(zhuǎn)彎、連接件、彎管及異徑管等阻力的壓力損失 ： 克服閉路閥或調(diào)節(jié)閥局部阻力的壓力損失 ： 1022gvDLfpT1022gvphh2f102fvpg102102)1 (22gvgvDLfpfh 由此可見，在已知總壓頭的情況下，管道內(nèi)介質(zhì)的流速及流經(jīng)管道的介質(zhì)流量，將根據(jù)管道和安裝在管道上的閥門的阻力而有所不同。 在管道閥門系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)總壓頭恒定時(shí)，閥門阻力的變化會(huì)改變介質(zhì)的流量，而流量的改變卻改變不了壓頭損失的總和，當(dāng)重新進(jìn)行穩(wěn)定流速時(shí)，壓頭損失的總和仍舊不變。f值對(duì)流速變化的影響取決于管道系統(tǒng)的總阻

4、力。閥門壓差1022gvpff考慮到介質(zhì)的可壓縮性對(duì)壓頭損失的影響，對(duì)于氣態(tài)介質(zhì)，引入系數(shù)；考慮到粘性介質(zhì)對(duì)壓力降p的影響，對(duì)于氣態(tài)介質(zhì)，引入系數(shù)p。閥門壓差通用公式1022gvpp流阻系數(shù) 已知開啟截面積AS（mm2）及閥門在給定開啟高度AS/AN下的總流量系數(shù)KV 2)(SVNAKA 已知許用通過能力KV 2)0504. 0(VNKA2 2、閉路閥的壓力損失閉路閥的壓力損失 不可壓縮的液體介質(zhì) 1022gp可壓縮的液體介質(zhì) 121102pgp 值取決于氣體的膨脹比，也取決于壓力比值 111121ppppppp 不同壓差下可壓縮的液體介質(zhì)壓力降 第一壓力降的第范圍： 9 . 012pp11

5、. 0 pp 第二壓力降的第范圍： 第三壓力降的第范圍： 210.50.9pp110.50.1ppp 5 . 012pp15 . 0pp 第一壓力降的第范圍： 11 . 0 pp 2max110.1102Pg最大流速： 11111max444. 0100020pgp流速小于最大流速，按不可壓縮流體計(jì)算： max 第二壓力降的第范圍： 氣體流過閥瓣后的膨脹現(xiàn)象對(duì)氣體的流動(dòng)影響較大 110.50.1ppp 臨界壓力 比達(dá)到最大，流速最大； 噴嘴臨界壓力比21=pZp2Z=)11kkk空氣和雙原子氣體（氧、氫、氮、一氧化、一氧化氮、氯化氫） k=1.4。，Z=0.53 絕熱指數(shù)與壓力比過熱蒸汽及三原

6、子氣體，k=1.3，Z=0.55 從孔板（帶銳邊的孔）流出時(shí)，對(duì)于空氣Z值為0.04（從噴嘴流出時(shí)Z=0.528），對(duì)于過熱蒸汽Z值為0.13（從噴嘴流出時(shí)Z=0.546）。閥門壓力比 帶空心窗形閥瓣調(diào)節(jié)閥的Z值應(yīng)近似于經(jīng)孔板流出的值。 對(duì)柱塞形閥瓣調(diào)節(jié)閥的Z值（當(dāng)調(diào)節(jié)閥的開度很小時(shí)）則應(yīng)近似于從噴嘴流出的Z值。 空氣安全閥采用Z=0.30.4。 閉路閥，氣體的等熵指數(shù)k=1.21.6。 節(jié)流閥，柱形閥瓣調(diào)節(jié)閥中，當(dāng)閥門開度大時(shí)，臨界壓力比接近于理論值，即Z=0.5。 第二范圍閥門壓力降10221gp理想氣體形成的流速的伯努利方程 22112212121212ppkkHHkgkg氣體從噴嘴流出

7、時(shí)，21HH 1=0122212P=112pkkkkg出口流速2211212ppkkg21211121100120pppkkg多變過程12kk12=ppkkppkkg1121121100120流量計(jì)算11226 . 36 . 3NcmAAqkpp12112212211111112003.63.61kkkmCNqAppkgpAAkpp壓縮系數(shù)1122NcAA22cNAA1221122111kkkppkpppkpp根據(jù)阿洛諾維奇的數(shù)據(jù)：2111 0.46ppk=1.4 壓差計(jì)算 71. 11248. 1121215 . 3ppppppp688. 01012171. 11243. 1121ppppp

8、21ppp臨界流速851. 01012177. 11254. 1121ppppp21pppk=1.3RTL38. 3R=29.27，t=20 臨界流速C=313/Lm s壓力降還未超出第 范圍時(shí)，管內(nèi)介質(zhì)的最大流速 21=pZp21pZP1211LLpppPZ210.5pZp10.5pP max2.11max16.84100p由 第二范圍的流速特點(diǎn) max1max 第三壓力降的范圍： 在閥座孔的開啟截面內(nèi)氣體的流速不會(huì)高于流速，閥前壓力的增加不會(huì)引起閥座孔狹窄截面處流速的增高，而且管道內(nèi)介質(zhì)流速趨向穩(wěn)定，相當(dāng)于在阻力系數(shù)和給定氣體狀態(tài)下局部阻力所造成的臨界壓力比。15 . 0pp 流速特點(diǎn) 1

9、max= 壓力降分析綜述： 流束的轉(zhuǎn)彎和流體流線變化所引起的阻力，能使 和 值有某些變化。但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來說，對(duì)于閥門的一般計(jì)算，上述 和 的計(jì)算式是完全適用的 maxmaxmaxmax 當(dāng) 值很小時(shí)， 和 的值很大，以致可以超過聲速。當(dāng)氣體和蒸汽從圓筒形噴嘴流出時(shí)，其流速比可能超過聲速，實(shí)際上，在管道中采用的介質(zhì)流速一般都比聲速低若干倍。所求得的和值還不是實(shí)際流速，而至在相應(yīng)的壓頭范圍內(nèi)的極限流速，因此，求得的 和 數(shù)據(jù)如果超過聲速。 maxmaxmaxmax 所求得不是實(shí)際流速，而至在相應(yīng)的壓頭范圍內(nèi)的極限流速，因此，求得的 和 數(shù)據(jù)如果超過聲速。而至在相應(yīng)的壓頭范圍內(nèi)的極限流速，因此，

10、求得的 和 數(shù)據(jù)如果超過聲速，只說明在實(shí)際條件下，閥門的壓力降不很大（ ），可以不考慮氣體或蒸汽膨脹的影響，按非壓縮性介質(zhì)公式進(jìn)行計(jì)算。 maxmaxmaxmax11 . 0 pp 壓力降計(jì)算步驟 1）按已知介質(zhì)的流量，計(jì)算流速 1(/ )v m s113.6VNqvA 2）計(jì)算極限流速 和 max(/ )vm smax(/ )vm smaxmax(/ )=1.5(/ )vm svm smax1p1(/ )=0.444vm s 3）將 值與 和 值相比較，確定 壓力范圍 maxv1vmaxv21pp 4）確定閉路閥的壓力降 如果 ，則 即 1maxvv210.9pp10.1pp 21102vpg 如果 ，則 即 max1maxvvv210.530.9pp 110.10.5ppp K=1.41.431.7122211111100.688ppvpppK=1.3 1.541.7722211111100.851ppvppp 如果 ，則1maxvv1maxvv10.5Lpp 說明 指數(shù) 的公式準(zhǔn)確地反映出理想氣體的絕熱過程，且符合下