流體流動(dòng)和輸送

1、目錄第一章第一章 流體流動(dòng)和輸送流體流動(dòng)和輸送第一節(jié)第一節(jié) 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì) 一、流體的密度一、流體的密度 二、流體的靜壓強(qiáng)二、流體的靜壓強(qiáng) 三、流體的黏性三、流體的黏性第二節(jié)第二節(jié) 流體流動(dòng)的根本概念流體流動(dòng)的根本概念 一、流體靜力學(xué)一、流體靜力學(xué) 二、穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng)二、穩(wěn)定流動(dòng)與非穩(wěn)定流動(dòng) 三、流量與流速三、流量與流速 目錄 四、流體流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù) 五、流體在圓管內(nèi)的速度分布 六、邊界層和邊界層的別離第三節(jié) 流體流動(dòng)的物料衡算和能量衡算 一、物料衡算連續(xù)性方程式 二、機(jī)械能衡算柏努利方程式習(xí)題課第四節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失 一、直管阻力損失的計(jì)算 二、局部阻力損失的計(jì)算

2、目錄第五節(jié) 管路計(jì)算 一、一、簡(jiǎn)單管路 二、復(fù)雜管路習(xí)題課第六節(jié) 流體流動(dòng)原理在食品工業(yè)中的應(yīng)用 一、流速與流量測(cè)量 二、流體輸送機(jī)械第一章 小結(jié)第一章第一章 流體流動(dòng)和輸送流體流動(dòng)和輸送將流體視為由無數(shù)流體微團(tuán)組成的連續(xù)介質(zhì)，將流體視為由無數(shù)流體微團(tuán)組成的連續(xù)介質(zhì)，每個(gè)流體微團(tuán)稱為質(zhì)點(diǎn)。每個(gè)流體微團(tuán)稱為質(zhì)點(diǎn)。氣體和液體統(tǒng)稱為流體氣體和液體統(tǒng)稱為流體連續(xù)性假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)：質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)過過程程連連續(xù)續(xù)流流體體質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)連連續(xù)續(xù)第一章第一章 流體流動(dòng)和輸送流體流動(dòng)和輸送第一節(jié)第一節(jié) 流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)單位體積流體的質(zhì)量，用單位體積流體的質(zhì)量，用 表示，屬于物性，表示，屬于物性，k

3、g/m3影響因素：影響因素：氣體氣體- 種類、壓力、溫度、濃度種類、壓力、溫度、濃度 液體液體- 種類、溫度、濃度種類、溫度、濃度一、流體的密度一、流體的密度Vm-壓力或溫度改變時(shí)，密度隨之顯著改變需注明狀態(tài)-壓力改變時(shí)，密度改變很小 不不可可壓壓縮縮流流體體可可壓壓縮縮流流體體 = f ( p,T) 一、流體的密度一、流體的密度獲得方法：獲得方法： 1查物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查物性數(shù)據(jù)手冊(cè)2公式計(jì)算：公式計(jì)算：nnmmaaa 22111液體混合物：混合前后體積不變氣體混合物：混合前后質(zhì)量不變RTPMmm 氣體：-理想氣體狀態(tài)方程000T pmpM = VRTTp= miim iiMM y 理氣理氣二、

4、流體的靜壓強(qiáng)二、流體的靜壓強(qiáng) 垂直作用于流體單位面積上的力稱為垂直作用于流體單位面積上的力稱為壓強(qiáng)壓強(qiáng)，習(xí)慣上，習(xí)慣上稱之為壓力，用稱之為壓力，用 p 表示。表示。靜壓力各向同性 1壓力單位壓力單位SI制中，制中， N/m2 =Pa，稱為帕斯卡，稱為帕斯卡約定：本教案中出現(xiàn)紅線框之處為需讀者記憶的2壓力大小的兩種表征方法壓力大小的兩種表征方法當(dāng)當(dāng)?shù)氐卮蟠髿鈿鈮簤航^絕壓壓表表壓壓 絕壓絕壓當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮赫婵斩日婵斩?表壓表壓絕壓絕壓-以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn) 思考：思考： 1 1、表壓與真空度是何關(guān)系？、表壓與真空度是何關(guān)系？ 2 2、真空度越大，意味著什么？、真空度越大，意味

5、著什么？二、流體的靜壓強(qiáng)二、流體的靜壓強(qiáng)-以零大氣壓為基準(zhǔn)以零大氣壓為基準(zhǔn) Absolute and gage pressures: atmosphere pressure absolute zero pressure absolute pressure gage pressure vacuum = negative gage pressure absolute pressure 三、流體的黏性三、流體的黏性在動(dòng)畫所示的流體分層流動(dòng)情形下，有在動(dòng)畫所示的流體分層流動(dòng)情形下，有 流體內(nèi)部存在內(nèi)摩擦力或黏滯力，流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，流體內(nèi)部存在內(nèi)摩擦力或黏滯力，流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)

6、，稱為流體的黏性。請(qǐng)點(diǎn)擊稱為流體的黏性。請(qǐng)點(diǎn)擊 化原素材化原素材動(dòng)畫動(dòng)畫第一章流體輸送第一章流體輸送平板液體速平板液體速度分布度分布.swf 看動(dòng)畫。看動(dòng)畫。dydu牛頓黏性定律發(fā)牛頓黏性定律發(fā)表在表在 1687年年 單位面積上的的內(nèi)摩擦力，N/m2 速度梯度 動(dòng)力黏度簡(jiǎn)稱黏度黏度 一牛頓黏性定律一牛頓黏性定律 非牛頓型流體：非牛頓型流體：牛頓型流體：牛頓型流體：符合牛頓黏性定律的流體符合牛頓黏性定律的流體一牛頓黏性定律一牛頓黏性定律黏黏彈彈性性流流體體黏黏性性流流體體與與時(shí)時(shí)間間無無關(guān)關(guān)與與時(shí)時(shí)間間有有關(guān)關(guān)流流凝凝性性流流體體觸觸變變性性流流體體賓賓漢漢塑塑性性流流體體漲漲塑塑性性流流體體假

7、假塑塑性性流流體體 sPamsNmsmmN22dydu物理意義：物理意義：衡量流體黏性大小的一個(gè)物理量衡量流體黏性大小的一個(gè)物理量單位：?jiǎn)挝唬韩@取方法：獲取方法：屬物性之一。實(shí)驗(yàn)、有關(guān)手冊(cè)或資料、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。屬物性之一。實(shí)驗(yàn)、有關(guān)手冊(cè)或資料、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。主主要要有有體體系系、溫溫度度、濃濃度度 GLT ,影響因素：影響因素：思考：思考：為什么？為什么？二流體的黏度二流體的黏度 氣體內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因可以從動(dòng)量傳遞角度加以理解 液體的內(nèi)摩擦力那么是由分子間的吸引力所產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)黏度，用符號(hào)表示 SI制單位：m2/s氣體粘度共線圖一、流體靜力學(xué)一、流體靜力學(xué)因?yàn)榱黧w靜止，故因?yàn)榱黧w靜止，故 流體柱

8、所受合力流體柱所受合力 00)(2112ZZgAApAp 第二節(jié)第二節(jié) 流體流動(dòng)的根本概念流體流動(dòng)的根本概念 圖1-4流體靜力平衡流體靜力學(xué)方程流體靜力學(xué)方程2211gZpgZp 2112ZZgpp 適用場(chǎng)合：絕對(duì)靜止、連續(xù)、均質(zhì)、不可壓縮；在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)，其壓強(qiáng)相等；壓力可傳遞-巴斯噶原理；靜止流體內(nèi)壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差的大小可以用液柱高度來表示。靜力學(xué)方程的討論：靜力學(xué)方程的討論：一、流體靜力學(xué)一、流體靜力學(xué)二、穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)二、穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng) 穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)-流動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間而變化流動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間而變化不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng)-至少有一個(gè)流動(dòng)參數(shù)

9、隨時(shí)間而變化至少有一個(gè)流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間而變化0ppgh z2 z1 R 3 3 指示劑指示劑 0 1 2 gRgzpRzgpp022113 gRgzpgzp 022111U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì)manometer 等壓面等壓面思考：思考：對(duì)指示劑有何要求？對(duì)指示劑有何要求？ U U形壓差計(jì)適用場(chǎng)合？形壓差計(jì)適用場(chǎng)合？靜力學(xué)方程的應(yīng)用：靜力學(xué)方程的應(yīng)用： 2 gRpp1221 2、雙液柱壓差計(jì)雙液柱壓差計(jì) 1 2 1略小于略小于 2 p1 p2 z1 1 z1 R 22211思考：思考：面面1-1、2-2哪個(gè)是等壓面，哪哪個(gè)是等壓面，哪 個(gè)不是？個(gè)不是？ U形管壓差計(jì)適用于被測(cè)壓差不太小的場(chǎng)合。假設(shè)

10、所測(cè)形管壓差計(jì)適用于被測(cè)壓差不太小的場(chǎng)合。假設(shè)所測(cè)壓力差很小，用壓力差很小，用U形壓差計(jì)難以讀準(zhǔn)，可改用如下圖的雙液形壓差計(jì)難以讀準(zhǔn)，可改用如下圖的雙液體壓差計(jì)，將讀數(shù)放大。體壓差計(jì)，將讀數(shù)放大。 skg sm 3表表示示，質(zhì)質(zhì)量量流流量量，用用表表示示，體體積積流流量量，用用流流量量ssmVssVm AmAVuss uAVAmGss uAGAms點(diǎn)速度 u，單位m/s質(zhì)質(zhì)量量流流速速體體積積流流速速流流速速三、流量和流速三、流量和流速 平均流速，單位m/s-表表1-2 某些流體的經(jīng)濟(jì)流速范圍某些流體的經(jīng)濟(jì)流速范圍流體類別流體類別經(jīng)濟(jì)流經(jīng)濟(jì)流速范圍速范圍/ m s-1 流體類別流體類別經(jīng)濟(jì)流速

11、經(jīng)濟(jì)流速范圍范圍/ m s-1水及黏度相近液體水及黏度相近液體油及黏度較大的液體油及黏度較大的液體低壓氣體（低壓氣體（1MPa）易燃、易爆的低壓氣體易燃、易爆的低壓氣體 1 30.5 1 8 15 4000 湍流湍流-根據(jù)其值的大小，可以判斷流動(dòng)型態(tài)根據(jù)其值的大小，可以判斷流動(dòng)型態(tài) 判據(jù)：判據(jù)：量綱為量綱為1五、流體在圓管內(nèi)的速度分布五、流體在圓管內(nèi)的速度分布一層流速度分布一層流速度分布因等徑管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)為等速運(yùn)動(dòng)0)2()()(2221rlrprp 合力0即即面面1-1上上的總壓力的總壓力 面面2-2上上的總壓力的總壓力 側(cè)面上的黏側(cè)面上的黏性阻力性阻力F rlppr2dd12ucrlpp

12、2124u積分r = R時(shí)u=0 2214Rlppc 圖1-6 圓管內(nèi)層流速度分布方程的推導(dǎo)dydu 一層流速度分布一層流速度分布 圖 1-7 管內(nèi)層流時(shí)的速度分布 u umax 22214rRlppu221max4Rlppu22max1Rruur=0 時(shí)，時(shí)，umax拋物線拋物線 sss04220d 2d48VRVVdApRpRrr rllu2smax2182VpuRRlu232lupd哈根哈根-泊泊謖葉謖葉公式公式二湍流速度分布二湍流速度分布711maxRruu由于湍流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，其管內(nèi)的速度分布式目前尚不能從理論上由于湍流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，其管內(nèi)的速度分布式目前尚不能從理論上導(dǎo)出，只能借助

13、于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用經(jīng)驗(yàn)公式近似地表達(dá)，以下為一種常用導(dǎo)出，只能借助于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用經(jīng)驗(yàn)公式近似地表達(dá)，以下為一種常用的指數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)式：的指數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)式： 式中，式中，n值值 與與Re大小有關(guān)大小有關(guān)當(dāng)當(dāng) 1.1105Re3.2105 時(shí)時(shí)-17次方律次方律max817. 0uu 圖 1-7 管內(nèi)湍流時(shí)的速度分布 max 1/max1nrRuu六、邊界層與邊界層別離六、邊界層與邊界層別離 u u u u ux ux 一邊界層及其形成一邊界層及其形成 以平板為例-壁面附近，其內(nèi)部存在速度梯度。 如圖虛線下方所示。一般以速度為主體流速的99%處 作為劃分邊界層的界限 邊界層邊界層-離壁面較遠(yuǎn)處，速度尚未受

14、到壁面的影響，速度梯度 幾乎為零。 邊界層 ux=0.99u外流區(qū)外流區(qū)外流區(qū) 邊界層與流動(dòng)阻力、傳熱、傳質(zhì)都密切相關(guān)，今后邊界層與流動(dòng)阻力、傳熱、傳質(zhì)都密切相關(guān)，今后將陸續(xù)講到。將陸續(xù)講到。六、邊界層與邊界層別離六、邊界層與邊界層別離 層流 過渡 湍流 u 邊 x A B C D B 界 層 層流底層 從前沿開始形成邊界層，隨距板前沿的距離的增加，邊界層也越來越厚度。邊界層很薄時(shí)，邊界層內(nèi)部為層流。隨著邊界層加厚，邊界層內(nèi)的流動(dòng)可由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。在層流與湍流之間還有一個(gè)過渡區(qū)。 在湍流邊界層之內(nèi)，由于緊靠壁面處的流體速度仍很小，流動(dòng)型態(tài)保持為層流，稱為層流底層層流底層。 平板：平板：一邊界

15、層及其形成一邊界層及其形成 邊界層 u umax Le 充分發(fā)展的流動(dòng) (a) 層流 邊界層 Le 充分發(fā)展的流動(dòng) (b)湍流 圖 1-9 圓管內(nèi)邊界層的發(fā)展 u u u u 管內(nèi)：管內(nèi)： 在入口處開始形成邊界層，并逐漸加厚，以至于在管中心集合，此后邊界層厚度等于管半徑，速度分布不再變化，此時(shí)的流動(dòng)稱為充分開展的流動(dòng)。 假設(shè)邊界層集合時(shí)流體流動(dòng)類型為層流，那么這以后管內(nèi)流動(dòng)一直保持為層流，反之，假設(shè)邊界層內(nèi)流動(dòng)類型已是湍流，那么管內(nèi)流動(dòng)就將保持為湍流。進(jìn)口段長(zhǎng)度進(jìn)口段長(zhǎng)度-流動(dòng)到達(dá)充分開展所需的管長(zhǎng)六、邊界層與邊界層別離六、邊界層與邊界層別離一邊界層及其形成一邊界層及其形成 二邊界層別離二邊界

16、層別離 -如圖，當(dāng)流體流過非流線型物體時(shí)會(huì)發(fā) 生邊界層脫離壁面的現(xiàn)象，稱為六、邊界層與邊界層別離六、邊界層與邊界層別離uC點(diǎn)下游的流體在逆壓作用點(diǎn)下游的流體在逆壓作用下將倒流回來，它們?cè)趤砹飨聦⒌沽骰貋?，它們?cè)趤砹鞯臎_擊下，就在點(diǎn)的沖擊下，就在點(diǎn)C附近形附近形成明顯的旋渦，這旋渦象楔成明顯的旋渦，這旋渦象楔子一樣將邊界層與物面別離子一樣將邊界層與物面別離開來，就是邊界層別離開來，就是邊界層別離 。分離點(diǎn)ADC壓力逐漸減小壓力逐漸減小壓力逐漸增大壓力逐漸增大邊界層u當(dāng)流到點(diǎn)當(dāng)流到點(diǎn)C時(shí)，速度減為零。時(shí)，速度減為零。六、邊界層與邊界層別離六、邊界層與邊界層別離二邊界層別離二邊界層別離 BC形體阻力

17、形體阻力流線型 邊界層別離會(huì)增大能量消耗，在流體輸送中應(yīng)設(shè)法邊界層別離會(huì)增大能量消耗，在流體輸送中應(yīng)設(shè)法防止或減輕，但它對(duì)混合及傳熱、傳質(zhì)又有促進(jìn)作用防止或減輕，但它對(duì)混合及傳熱、傳質(zhì)又有促進(jìn)作用，故有時(shí)也要加以利用。，故有時(shí)也要加以利用。 假設(shè)將圓柱體改為流線形，使邊界層不發(fā)生別離，假設(shè)將圓柱體改為流線形，使邊界層不發(fā)生別離，阻力損失會(huì)大大減小。阻力損失會(huì)大大減小。 返回目錄六、邊界層與邊界層別離六、邊界層與邊界層別離二邊界層別離二邊界層別離 第三節(jié)第三節(jié) 流體流動(dòng)的物料衡算和能量衡算流體流動(dòng)的物料衡算和能量衡算 主要研究流體在主要研究流體在管路管路中的流動(dòng)，中的流動(dòng)， 遵循著守恒定律遵循著

18、守恒定律能量守恒質(zhì)量守恒一、物料衡算一、物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程 能量守恒能量守恒質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒0隨時(shí)間的變化率體系內(nèi)的質(zhì)量的質(zhì)量流量輸入體系的質(zhì)量流量輸出體系質(zhì)量衡算方程質(zhì)量衡算方程-開放體系，質(zhì)量守恒定律內(nèi)容改為如下：開放體系，質(zhì)量守恒定律內(nèi)容改為如下：質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律-封閉體系中物質(zhì)質(zhì)量不變封閉體系中物質(zhì)質(zhì)量不變 2ss1mm 222111AuAu 輸輸出出流流量量輸輸入入流流量量 對(duì)于如圖所示的管道內(nèi)對(duì)于如圖所示的管道內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)，上式第三項(xiàng)為上式第三項(xiàng)為0，于是，于是 1 體系 2 1 2 一、物料衡算一、物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程2211AuAu 對(duì)對(duì)圓圓管管

19、222211dudu -管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程管內(nèi)流動(dòng)的連續(xù)性方程2s1ssmmm2211AuAuuA m1 m m2思考：思考： 如果管道有分支，則穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程又如何？如果管道有分支，則穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程又如何？一、物料衡算一、物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程二、機(jī)械能衡算二、機(jī)械能衡算柏努利方程柏努利方程 能量守恒能量守恒質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒 Q 2流流 體體 出出 換換 熱熱 器器 2 z2 流流 體體 入入 1 1 泵泵 z1 1 Ws 運(yùn)動(dòng)著的單位質(zhì)量流體涉及的能量形式有運(yùn)動(dòng)著的單位質(zhì)量流體涉及的能量形式有內(nèi)能內(nèi)能、 動(dòng)能、動(dòng)能、 位能、靜壓能、位能、靜壓能、 外功、熱外功、熱U

20、，J/kg取決于溫度 輸出體系的能量輸入體系的能量 一流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算一流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算u2/2J/kggzJ/kgp/J/kgwe，J/kg外界對(duì)流體外功為正，外界對(duì)流體外功為正，流體向外作功為負(fù)流體向外作功為負(fù) qe,J/kg吸熱為正吸熱為正放熱為負(fù)放熱為負(fù) 機(jī)械能機(jī)械能- 可直接用于輸送流體可直接用于輸送流體在流體流動(dòng)過程中可相互轉(zhuǎn)變?cè)诹黧w流動(dòng)過程中可相互轉(zhuǎn)變可轉(zhuǎn)變?yōu)闊峄騼?nèi)能?？赊D(zhuǎn)變?yōu)闊峄騼?nèi)能。 Q 2流流體體出出 換換熱熱器器 2 z2 流流體體入入 1 1 泵泵 z1 1 Ws 如果撇開內(nèi)能和熱而只考慮機(jī)械能，對(duì)以下圖所示如果撇開內(nèi)能和熱而只考慮機(jī)械能，對(duì)以下圖所示的截面的截

21、面1與與2之間實(shí)際流體的穩(wěn)定流動(dòng)，存在下述機(jī)械之間實(shí)際流體的穩(wěn)定流動(dòng)，存在下述機(jī)械能衡算關(guān)系：能衡算關(guān)系： 二、機(jī)械能衡算二、機(jī)械能衡算柏努利方程柏努利方程二流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算二流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算柏努利方程柏努利方程-機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程wf稱為阻力損失，永稱為阻力損失，永遠(yuǎn)為正，單位遠(yuǎn)為正，單位J/kg 每一項(xiàng)單位均為每一項(xiàng)單位均為J/kgfewpugzwpugz2222121122 Q 2流流體體出出 換換熱熱器器 2 z2 流流體體入入 1 1 泵泵 z1 1 Ws 對(duì)理想流體，由于無黏性，那么流動(dòng)時(shí)無能量損失；假設(shè)體系無對(duì)理想流體，由于無黏性，那么流動(dòng)時(shí)無能量損失；假設(shè)體系

22、無外功參加，那么機(jī)械能衡算式簡(jiǎn)化外功參加，那么機(jī)械能衡算式簡(jiǎn)化2222121122pugzpugz-柏努利Bernoulli方程 二、機(jī)械能衡算二、機(jī)械能衡算柏努利方程柏努利方程二流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算二流動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能衡算柏努利方程柏努利方程含義：對(duì)沒有黏性的流體，流動(dòng)系統(tǒng)上游的機(jī)械能等于下游的機(jī)械能。外加壓頭靜壓頭動(dòng)壓頭位頭壓頭損失f2222e1211hgp2guzhgp2guz或?qū)懗擅恳豁?xiàng)單每一項(xiàng)單位均為位均為m-機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程f2222e1211wp2ugzwp2ugz -機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程每一項(xiàng)單位均為每一項(xiàng)單位均為J m-3, 即即Pa壓力損失二、機(jī)械能衡算二

23、、機(jī)械能衡算柏努利方程柏努利方程三柏努利方程式的意義與應(yīng)用三柏努利方程式的意義與應(yīng)用fwEtEt211適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫、非等溫流動(dòng)適用條件：不可壓縮、連續(xù)、均質(zhì)流體、等溫、非等溫流動(dòng) 2211pgzpgz -靜力學(xué)方程?？梢娏黧w靜止?fàn)顟B(tài)是流體流動(dòng)的一種特殊形式。 Q 2 換換熱熱器器 2 z2 1 泵泵 z1 1 Ws2對(duì)流體靜止，可化簡(jiǎn)得：對(duì)流體靜止，可化簡(jiǎn)得： 3假設(shè)流動(dòng)系統(tǒng)無外加功，即假設(shè)流動(dòng)系統(tǒng)無外加功，即 we0，那么，那么 這說明流體能自動(dòng)從高機(jī)械能這說明流體能自動(dòng)從高機(jī)械能能位流向低機(jī)械能能位。能位流向低機(jī)械能能位。二、機(jī)械能衡算二、機(jī)械能衡算柏努利方程柏

24、努利方程三柏努利方程式的意義與應(yīng)用三柏努利方程式的意義與應(yīng)用習(xí)題課習(xí)題課使用機(jī)械能衡算方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)結(jié)合例使用機(jī)械能衡算方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)結(jié)合例1說明：說明：包含待求變量。包含待求變量。體系內(nèi)的流體必須連續(xù)、穩(wěn)定流動(dòng)；體系內(nèi)的流體必須連續(xù)、穩(wěn)定流動(dòng)；有流體進(jìn)出的流通截面應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直，且條件最多；有流體進(jìn)出的流通截面應(yīng)與流動(dòng)方向相垂直，且條件最多；v 體系（上下游截面）的選?。后w系（上下游截面）的選取：v 基準(zhǔn)水平面的選取基準(zhǔn)水平面的選取 v 壓力壓力用絕壓或表壓均可，但兩邊必須統(tǒng)一。用絕壓或表壓均可，但兩邊必須統(tǒng)一。fswpugzwpugz2222121122一般將基準(zhǔn)面定在

25、某一流通截面的中心上一般將基準(zhǔn)面定在某一流通截面的中心上 2ss1mm 【例例】 軸功率的計(jì)算軸功率的計(jì)算如下圖，如下圖，Vs=13 m3/h,Vs=13 m3/h,泵進(jìn)口管為泵進(jìn)口管為56561.5 mm1.5 mm，泵出口為，泵出口為50501.5 1.5 mm,mm,儲(chǔ)槽液面距蒸發(fā)器入口處的垂直儲(chǔ)槽液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為距離為6 m6 m， 為為96 J/kg96 J/kg，p2=70.166 kPa(p2=70.166 kPa(真空度真空度) )，操作地區(qū)，操作地區(qū)的平均大氣壓強(qiáng)為的平均大氣壓強(qiáng)為101.33 kPa101.33 kPa。牛奶。牛奶的密度為的密度為1090 kg

26、/m31090 kg/m3。試求：。試求：1 1泵的有效功率；泵的有效功率；2 2假設(shè)該泵效率假設(shè)該泵效率為為0.630.63，泵的軸功率。，泵的軸功率。解：解：按照截面選取原那么，應(yīng)取面按照截面選取原那么，應(yīng)取面1-1至面至面2-2 ，而不能取面，而不能取面1-1至面至面3-3。并以。并以1-1截面為基準(zhǔn)水平面截面為基準(zhǔn)水平面fw【例例】 軸功的計(jì)算軸功的計(jì)算fewpugzwpugz2222121122在面在面 1-1和面和面2-2 間有間有z2=6 m，wf=96 J/kgss22213 36002.08 m/s40.0474VVuAdp270166 Pa表壓；表壓；22e212121f2

27、22.0870166 9.81 69692.6 J/kg21090wg zzuuppw 【例例】 軸功的計(jì)算軸功的計(jì)算故泵的有效功率即單位時(shí)間內(nèi)泵對(duì)流體所做的有效功為：故泵的有效功率即單位時(shí)間內(nèi)泵對(duì)流體所做的有效功為：返回目錄eeses1392.6 1090364 W3600NwmwV泵的軸功率泵的軸功率為：為： e364578 W0.63NN第四節(jié)第四節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失流體流動(dòng)的阻力損失fewpugzwpugz2222121122機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程-由于流速大小或方向突然改變，從而產(chǎn)生邊界層別離，出現(xiàn)大量旋渦，導(dǎo)致很大的機(jī)械能損失。 管件或閥門管件或閥門等徑直管等徑直管管路輸送

28、系統(tǒng)管路輸送系統(tǒng) wf 分為兩類見圖：分為兩類見圖：沿程損失直管損失局部損失第四節(jié)第四節(jié) 流體流動(dòng)的阻力損失流體流動(dòng)的阻力損失一、沿程直管阻力損失的計(jì)算一、沿程直管阻力損失的計(jì)算 一計(jì)算通式一計(jì)算通式由機(jī)械能衡算得：由機(jī)械能衡算得：f12fwppp2f2lupd2ff 2pl uwd2fff 2wpluhggdg -沿程損失計(jì)算通式 范寧公式長(zhǎng)徑比量綱為1動(dòng)能摩擦系數(shù)量綱為1一、沿程直管阻力損失的計(jì)算一、沿程直管阻力損失的計(jì)算由哈根由哈根-泊泊謖葉謖葉公式：公式：二層流時(shí)的直管阻力損失二層流時(shí)的直管阻力損失22f2326422lulul upddudd 層流時(shí)的層流時(shí)的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) ：64

29、64duRe 一、沿程直管阻力損失的計(jì)算一、沿程直管阻力損失的計(jì)算1、量綱分析法、量綱分析法 主要依靠實(shí)驗(yàn)主要依靠實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。實(shí)驗(yàn)應(yīng)在建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。實(shí)驗(yàn)應(yīng)在量綱分析法量綱分析法指導(dǎo)下進(jìn)行。指導(dǎo)下進(jìn)行。，uldfpf1通過實(shí)驗(yàn)找到所有影響因素：通過實(shí)驗(yàn)找到所有影響因素：量綱分析法量綱分析法：可大大減少變可大大減少變量個(gè)數(shù)量個(gè)數(shù) 只是一種數(shù)學(xué)只是一種數(shù)學(xué)分析方法，不能分析方法，不能代替實(shí)驗(yàn)。代替實(shí)驗(yàn)。 d u 粗糙度粗糙度 請(qǐng)點(diǎn)擊看下表請(qǐng)點(diǎn)擊看下表 物理量總數(shù)物理量總數(shù)n7三湍流時(shí)的直管阻力損失三湍流時(shí)的直管阻力損失返回上頁返回上頁一、沿程直管阻力損失的計(jì)算一、沿程直管阻力損失的計(jì)算2

30、2找出各物理量所涉及的根本量綱找出各物理量所涉及的根本量綱 根本量綱個(gè)數(shù)根本量綱個(gè)數(shù) m m3 3 3根據(jù)根據(jù) 定理：該物理現(xiàn)象可用定理：該物理現(xiàn)象可用 n- m734 個(gè)獨(dú)個(gè)獨(dú)立的特征準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系式來表示立的特征準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系式來表示 d = l = = m =L u =m s -1 = L -1 = kg m-3= M L-3 = Pa s= M L-1 -1 pf= Pa= (kg m s-2) m-2 =M L -1 -2三湍流時(shí)的直管阻力損失三湍流時(shí)的直管阻力損失 4 4根據(jù)量綱一致性原那么確定上述待定指數(shù)根據(jù)量綱一致性原那么確定上述待定指數(shù) 方程兩邊的各項(xiàng)必須具有相同的量綱 將各

31、物理量的量綱代入，得：將各物理量的量綱代入，得：123d ea b cd efc eMLML edecfeba12以以b、e、f表示表示a、c、d，聯(lián)立解得，聯(lián)立解得以相應(yīng)的冪函數(shù)的形式表示為以相應(yīng)的冪函數(shù)的形式表示為f a bcdefpK d l u 三者函數(shù)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，三者函數(shù)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，稱為莫狄稱為莫狄MoodyMoody摩擦系數(shù)圖摩擦系數(shù)圖 代入，指數(shù)相同的各物理量合并，得代入，指數(shù)相同的各物理量合并，得歐拉（歐拉（Eu）準(zhǔn)數(shù)）準(zhǔn)數(shù)f2ebfplduKudd量綱為量綱為1 1雷諾（雷諾（Re）準(zhǔn)數(shù)）準(zhǔn)數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，pf p

32、f 與與l l 成正比，那么成正比，那么b b1 12f2lupRedd，Red，2f2lupd與與 對(duì)照，得對(duì)照，得 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105

33、106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re莫莫狄狄（Moody）圖圖層層流流區(qū)區(qū)Re64 過渡區(qū)湍湍流流區(qū)區(qū)dRe,阻力平方區(qū)dRe22udlwf 水力光滑管水力光滑管思考：思考：由圖可見，由圖可見，Re ，這與，這與阻力損失隨阻力損失隨Re增大而增大是否矛增大而增大是否矛盾？盾？ 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015

34、 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re如何使用莫狄圖？如何使用莫狄圖？使用時(shí)注意經(jīng)驗(yàn)式的適用范圍25. 0Re3164. 0 32. 0Re500. 00056. 0 8 . 0Relog0 . 21 柏拉修斯柏拉修斯Blasius式：式： 顧毓珍等公式：顧毓珍等公式：2100Re105 3000Re3106普蘭特式普蘭特式Prandtl： 2300ReA1

35、，阻力系數(shù)，阻力系數(shù) o=125 . 02uwf 入入口口管入口：管入口： A1A2，阻力系數(shù)，阻力系數(shù) i=0.5二、局部阻力損失的計(jì)算二、局部阻力損失的計(jì)算2121AA2210.5 1AA2-2面取在出口外側(cè)時(shí)，wf中應(yīng)包括出口阻力損失其大小為 ，但2-2面的動(dòng)能為零。 總阻力損失總阻力損失管出口彎管閥門管入口fswpugzwpugz2222121122機(jī)械能衡算方程：機(jī)械能衡算方程：2222udludllwef2-2面取在出口內(nèi)側(cè)時(shí)，wf中應(yīng)不包括出口阻力損失，但出口截面處的動(dòng)能222u22u2特別注意：管出口截面的選取位置不同，特別注意：管出口截面的選取位置不同，總阻力損失大小略有不同

36、，但機(jī)械能衡算總阻力損失大小略有不同，但機(jī)械能衡算方程結(jié)果相同。見以下圖：方程結(jié)果相同。見以下圖：思考：如以下圖所示的管路系統(tǒng)，其總阻力損失應(yīng)計(jì)入哪幾項(xiàng)？思考：如以下圖所示的管路系統(tǒng)，其總阻力損失應(yīng)計(jì)入哪幾項(xiàng)？試分別列出來。試分別列出來。0222 u22u2將將5的鮮牛奶以的鮮牛奶以5000 kg/h的流量從貯奶罐輸送至殺菌器進(jìn)的流量從貯奶罐輸送至殺菌器進(jìn)行殺菌。這條管路系統(tǒng)所用的管子為外徑行殺菌。這條管路系統(tǒng)所用的管子為外徑38 mm，內(nèi)徑，內(nèi)徑35 mm的不銹鋼管，管子長(zhǎng)度的不銹鋼管，管子長(zhǎng)度12 m，中間有一只搖板式單向閥，中間有一只搖板式單向閥，三只三只90彎頭，試計(jì)算管路進(jìn)口至出口的

37、摩擦阻力。鮮奶彎頭，試計(jì)算管路進(jìn)口至出口的摩擦阻力。鮮奶5時(shí)的粘度為時(shí)的粘度為3 cP，密度為，密度為1040 kg/m3解：解：【例例】 總阻力損失的計(jì)算總阻力損失的計(jì)算s25000 (1040 3600)1.39 m/s0.035 4VuA430.035 1.39 10401.69 103 10duRe查表查表1-3 0.2 mm，那么，那么 /d0.2/350.00571查圖查圖1-12 1=0.0351用阻力系數(shù)法計(jì)算用阻力系數(shù)法計(jì)算管子入口管子入口 i0.5 1只搖板式單向閥只搖板式單向閥 12.0 3只只90彎頭彎頭 3 230.752.25 管子出口管子出口 o12f22121.

38、39 0.035 0.5 2.0 2.25 117.15 J/kg0.0352luwd因此總阻力損失為：因此總阻力損失為： 返回目錄返回目錄2按當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算按當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算 管子入口管子入口 i0.5 1只搖板式單向閥只搖板式單向閥 le1/d100 3只只90彎頭彎頭 3 (le2/d)335105 管子出口管子出口 o1因此總阻力損失為：因此總阻力損失為： 2efio22121.39 0.035 100 1050.5 119.97 J/kg0.0352lluwd第五節(jié)第五節(jié)管路計(jì)算管路計(jì)算 復(fù)復(fù)雜雜管管路路簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單管管路路管管路路fewpugzwpugz 22221211222211Au

39、Au 2222udludllwef 已有公式：已有公式：第五節(jié)第五節(jié)管路計(jì)算管路計(jì)算一、簡(jiǎn)單管路一、簡(jiǎn)單管路-沒有分支和集合沒有分支和集合 1 1 2 2特點(diǎn)：特點(diǎn)：21ssVV 1、穩(wěn)定流動(dòng)，通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)不、穩(wěn)定流動(dòng)，通過各管段的質(zhì)量流量不變，對(duì)不 可壓縮均質(zhì)流體，則體積流量不變，即可壓縮均質(zhì)流體，則體積流量不變，即 21fffwww2 2、整個(gè)管路的總摩擦損失為各管、整個(gè)管路的總摩擦損失為各管段及各局部摩擦損失之和，即段及各局部摩擦損失之和，即 第五節(jié)第五節(jié)管路計(jì)算管路計(jì)算一、簡(jiǎn)單管路一、簡(jiǎn)單管路操作型設(shè)計(jì)型4uVds 總費(fèi)用總費(fèi)用操作費(fèi)操作費(fèi) 設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi) uopt平均流

40、速平均流速u-指給定輸送任務(wù)，如流量指給定輸送任務(wù)，如流量V Vs s，要求設(shè)計(jì)出經(jīng)，要求設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、合理的管路，主要指確定優(yōu)化的管徑濟(jì)、合理的管路，主要指確定優(yōu)化的管徑d d 對(duì)給定的流量對(duì)給定的流量Vs，假設(shè)選定的，假設(shè)選定的u 越小，越小，那么那么d越大，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用也越大；反之，越大，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用也越大；反之，u越大，那么越大，那么d 越小，設(shè)備費(fèi)用越小，但越小，設(shè)備費(fèi)用越小，但流體流動(dòng)過程中的阻力損失卻隨流體流動(dòng)過程中的阻力損失卻隨u 增大而增大而變大，于是，輸送流體所需的有效功率變大，于是，輸送流體所需的有效功率就越大，這意味著操作費(fèi)用的增加。就越大，這意味著操作費(fèi)用的增加。 使上

41、述總費(fèi)用為最小的平均流速稱為優(yōu)使上述總費(fèi)用為最小的平均流速稱為優(yōu)化流速化流速uopt或經(jīng)濟(jì)流速。或經(jīng)濟(jì)流速。 一、簡(jiǎn)單管路一、簡(jiǎn)單管路 1 1 2 2 操操作作型型設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)型型-管路系統(tǒng)已定，要求核算出在操作條件改變管路系統(tǒng)已定，要求核算出在操作條件改變 時(shí)管路系統(tǒng)的輸送能力或某項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。時(shí)管路系統(tǒng)的輸送能力或某項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。操作問題舉例：操作問題舉例： 定定量量計(jì)計(jì)算算定定性性分分析析習(xí)題課：習(xí)題課：操作問題舉例操作問題舉例 1 1 pA pB2 A B2212221udlEEtt 222121AAAAtudlupE 解：解：1管內(nèi)流量管內(nèi)流量 1-1面和面和2-2面出口截面外側(cè)間有：面出口

42、截面外側(cè)間有： 【例】【例】 如圖，現(xiàn)將閥門開度減小，試定性分析以下各流動(dòng)參如圖，現(xiàn)將閥門開度減小，試定性分析以下各流動(dòng)參數(shù)：管內(nèi)流量、閥門前后壓力表讀數(shù)數(shù)：管內(nèi)流量、閥門前后壓力表讀數(shù) pA、pB、摩擦損失、摩擦損失 wf包括出口如何變化？包括出口如何變化？ 不變不變不變不變動(dòng)能位能靜壓能動(dòng)能位能靜壓能 一般變化很一般變化很小，可近似認(rèn)小，可近似認(rèn)為是常數(shù)為是常數(shù) 2pA ：1-1面和面和A-A面間有：面間有：習(xí)題課習(xí)題課：操作問題舉例：操作問題舉例 1 1 pA pB2 A B2【例】【例】 如圖，現(xiàn)將閥門開度減小，試定性分析以下各流動(dòng)參如圖，現(xiàn)將閥門開度減小，試定性分析以下各流動(dòng)參數(shù)：管

43、內(nèi)流量、閥門前后壓力表讀數(shù)數(shù)：管內(nèi)流量、閥門前后壓力表讀數(shù) pA、pB、阻力損失、阻力損失 wf包括出口如何變化？包括出口如何變化？ 3pB ：B-B面和面和2-2面出口截面內(nèi)側(cè)間有：面出口截面內(nèi)側(cè)間有：22222udlppBB fttwEE 21不變不變不變不變4阻力損失阻力損失wf包括出口包括出口1-11-1面和面和2-22-2面出口截面外側(cè)間有：面出口截面外側(cè)間有：不變不變習(xí)題課習(xí)題課：操作問題舉例：操作問題舉例結(jié)論：結(jié)論： 簡(jiǎn)單管路中局部阻力系數(shù)簡(jiǎn)單管路中局部阻力系數(shù) ，如閥門關(guān)小如閥門關(guān)小這個(gè)規(guī)律具有普遍性。這個(gè)規(guī)律具有普遍性。管內(nèi)流量管內(nèi)流量 ，閥門上游壓力閥門上游壓力 ，下游壓力

44、下游壓力 。二、復(fù)雜管路二、復(fù)雜管路-有分支和集合有分支和集合 Vs1 Vs Vs2 A B Vs3 (a)并并聯(lián)聯(lián)管管路路 (b)分分支支或或匯匯合合管管路路 E Vs3 Vs A B Vs2 D F Vs4 Vs1 C 321fBAfBAfBAwEtEtwEtEtwEtEt 并聯(lián)管路的特點(diǎn)并聯(lián)管路的特點(diǎn): : 321ssssVVVV 321fffwww 總流量等于各并聯(lián)支管流量之和，總流量等于各并聯(lián)支管流量之和，對(duì)對(duì) =常數(shù)的流體，那么有：常數(shù)的流體，那么有： 并聯(lián)各支管的阻力損失相等，即并聯(lián)各支管的阻力損失相等，即Why?Why?二、復(fù)雜管路二、復(fù)雜管路321fffwww 長(zhǎng)而細(xì)的支管通

45、過的流量小，短而粗的支管那么流量大。長(zhǎng)而細(xì)的支管通過的流量小，短而粗的支管那么流量大。222233332222221111udludludl 235323322522222151211888sssVdlVdlVdl 335322521151321:ldldldVVVsss 二、復(fù)雜管路二、復(fù)雜管路 Vs1 Vs Vs2 A B Vs3 (a)并并聯(lián)聯(lián)管管路路 (b)分分支支或或匯匯合合管管路路 E Vs3 Vs A B Vs2 D F Vs4 Vs1 C 總流量等于各并聯(lián)支管流量之和，對(duì)總流量等于各并聯(lián)支管流量之和，對(duì) =常數(shù)的流體，那么有：常數(shù)的流體，那么有：可在分支點(diǎn)或集合點(diǎn)處將其分為假設(shè)

46、干個(gè)簡(jiǎn)單管路，對(duì)每一段可在分支點(diǎn)或集合點(diǎn)處將其分為假設(shè)干個(gè)簡(jiǎn)單管路，對(duì)每一段簡(jiǎn)單管路，仍然滿足機(jī)械能衡算方程，以簡(jiǎn)單管路，仍然滿足機(jī)械能衡算方程，以ABCABC段為例，有：段為例，有： 431ssssVVVV CfACtCfBBfACtAtwEwwEE 分支或集合管路的特點(diǎn)分支或集合管路的特點(diǎn): : 二、復(fù)雜管路二、復(fù)雜管路 操作型操作型設(shè)計(jì)型設(shè)計(jì)型【例例】設(shè)計(jì)型問題舉例設(shè)計(jì)型問題舉例 見下頁圖。見下頁圖。40的粗汽油，的粗汽油， 710 kg m-3，液面維持恒，液面維持恒定，用泵抽出，流經(jīng)三通后分成兩路。一路送到設(shè)備一的頂定，用泵抽出，流經(jīng)三通后分成兩路。一路送到設(shè)備一的頂部，最大流量為部

47、，最大流量為10800 kg h-1，另一路送到設(shè)備二的中部，最，另一路送到設(shè)備二的中部，最大流量為大流量為6400 kg h-1。已估計(jì)出：閥全開時(shí)。已估計(jì)出：閥全開時(shí) hfAB=2 m液柱，液柱， hfBC=6 m液柱液柱， hfBD=5m液柱。液柱。 求泵所需功率，設(shè)泵效率為求泵所需功率，設(shè)泵效率為60%。解解：這是分支管路設(shè)計(jì)型問題，可沿兩分支管路分別計(jì)算：這是分支管路設(shè)計(jì)型問題，可沿兩分支管路分別計(jì)算三通三通B B處的機(jī)械能總能頭值處的機(jī)械能總能頭值hB，從中選取較大者。，從中選取較大者?！纠吭O(shè)計(jì)型問題舉例設(shè)計(jì)型問題舉例pD=1.2MPa pC=50kPa 設(shè) C D 設(shè) 備 備

48、 37m pA=50kPa 一 A A 30m B 二 5m 貯罐 泵 通向通向設(shè)備一設(shè)備一的支路：的支路：mhgpzhfBCCCB2 .50681. 97101050373 710 kg m-3，設(shè)備一最大流量為，設(shè)備一最大流量為10800 kg h-1，設(shè)備二最大流量為，設(shè)備二最大流量為6400 kg h-1。 hfAB=2 m液柱，液柱， hfBC=6 m液柱，液柱， hfBD=5m液柱。泵效率為液柱。泵效率為60%。求泵所需功率，。求泵所需功率，通向通向設(shè)備二設(shè)備二的支路：的支路：mhgpzhfBDDDB3 .207581. 9710102 . 1306 所以，須取所以，須取mhB3

49、.207 【例例】設(shè)計(jì)型問題舉例設(shè)計(jì)型問題舉例pD=1.2MPa pC=50kPa 設(shè) C D 設(shè) 備 備 37m pA=50kPa 一 A A 30m B 二 5m 貯罐 泵 710 kg m-3，設(shè)備一最大流量為，設(shè)備一最大流量為10800 kg h-1，設(shè)備二最大流量為，設(shè)備二最大流量為6400 kg h-1。 hfAB=2 m液柱，液柱， hfBC=6 m液柱，液柱， hfBD=5m液柱。泵效率為液柱。泵效率為60%。求泵所需功率，。求泵所需功率，fABBeAAAhhhgpguz 2223 .20781. 97101050053 ehmhe1 .197 gmhNe 1540036006

50、 . 081. 91 .197640010800 在液面在液面A-A和和B-B間列機(jī)械能衡算式：間列機(jī)械能衡算式：W或或15.4 kW 1 1 pApB 1 k1 2 2 k2 A 3 k3 B 2解：解：1k1關(guān)小，那么關(guān)小，那么Vs1 減減小。小。 Vs2、Vs3 不變不變Vs變小，故假變小，故假設(shè)不成立設(shè)不成立假設(shè)假設(shè)Vs 變大變大Vs變小，故假變小，故假設(shè)不成立設(shè)不成立排除法排除法現(xiàn)將支路現(xiàn)將支路1上的閥門上的閥門k1關(guān)小，那么以下流動(dòng)參數(shù)將如何變化？關(guān)小，那么以下流動(dòng)參數(shù)將如何變化？(1)總管流量總管流量Vs、支管、支管1、2、3的流量的流量Vs1、Vs2、Vs3；(2)壓力表讀數(shù)壓

51、力表讀數(shù)pA、pB。假設(shè)假設(shè)Vs 不變不變Vs將變小將變小 EtA、EtB不變不變EtA變小、變小、EtB變大變大Vs2、Vs3 變小變小Vs1 Vs2、Vs3 變大變大EtA變大、變大、EtB變小變小Vs Vs2 Vs3 【例例】操作型問題分析舉例操作型問題分析舉例【例例】操作型問題分析舉例操作型問題分析舉例 1 1 pApB 1 k1 2 2 k2 A 3 k3 B 22壓力表讀數(shù)壓力表讀數(shù)pA、pB現(xiàn)將支路現(xiàn)將支路1上的閥門上的閥門k1關(guān)小，那么以下流動(dòng)參數(shù)將如何變化？關(guān)小，那么以下流動(dòng)參數(shù)將如何變化？(1)總管流量總管流量Vs、支管、支管1、2、3的流量的流量Vs1、Vs2、Vs3；(

52、2)壓力表讀數(shù)壓力表讀數(shù)pA、pB。Vs1 EtA變大變大pB變小變小EtB變小變小pA變大變大1-1與與A間的間的機(jī)械能衡算機(jī)械能衡算 B與與2-2間的間的機(jī)械能衡算機(jī)械能衡算 【例例】操作型問題分析舉例操作型問題分析舉例 1 1 pApB 1 k1 2 2 k2 A 3 k3 B 2結(jié)結(jié) 論論 ：支支 路路 中中 局局 部部 阻阻 力力 系系 數(shù)數(shù) ， 如如 閥閥 門門 關(guān)關(guān) 小小 該該 支支 管管 內(nèi)內(nèi) 流流 量量 ， 總總 管管 流流 量量 ，其其 余余 支支 路路 流流 量量 ， 閥閥 門門 上上 游游 壓壓 力力 ， 下下 游游 壓壓 力力 。這這 個(gè)個(gè) 規(guī)規(guī) 律律 具具 有有 普

53、普 遍遍 性性 。第六節(jié)第六節(jié)流體流動(dòng)原理在食品工業(yè)中的應(yīng)用流體流動(dòng)原理在食品工業(yè)中的應(yīng)用( (一一) )變壓頭流量計(jì)變壓頭流量計(jì)一、流速與流量測(cè)量一、流速與流量測(cè)量變壓頭流量計(jì)變壓頭流量計(jì)變截面流量計(jì)變截面流量計(jì)測(cè)速管測(cè)速管孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)1、測(cè)速管：又稱皮托、測(cè)速管：又稱皮托Pitot管管 u A R p結(jié)構(gòu)：如下圖。結(jié)構(gòu)：如下圖。測(cè)速原理：測(cè)速原理：22AphgguBhpg22ABhhg u請(qǐng)點(diǎn)擊看動(dòng)畫請(qǐng)點(diǎn)擊看動(dòng)畫 0.9 0.8uumax 0.7 0.6 0.5 102 103 104 105 106 107 Remax= umaxd/ 測(cè)出vmax Rem

54、ax 平均速度u流量gRppBA 2 ()2()ABABg hhppu2Rgu1、測(cè)速管、測(cè)速管 u A R 測(cè)速管加工及使用本卷須知：測(cè)速管加工及使用本卷須知：u測(cè)速管的尺寸不可過大，一般測(cè)速管直徑不應(yīng)超過管道直徑的測(cè)速管的尺寸不可過大，一般測(cè)速管直徑不應(yīng)超過管道直徑的1/15。u測(cè)速管安裝時(shí)，必須保證安裝點(diǎn)位于充分開展流段，一般測(cè)量點(diǎn)的測(cè)速管安裝時(shí)，必須保證安裝點(diǎn)位于充分開展流段，一般測(cè)量點(diǎn)的上、下游最好各有上、下游最好各有50d 以上的直管段作為穩(wěn)定段。以上的直管段作為穩(wěn)定段。u測(cè)速管管口截面要嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。測(cè)速管管口截面要嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、使用方便

55、，尤其適用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、使用方便，尤其適用于測(cè)量氣體管道內(nèi)的流速。于測(cè)量氣體管道內(nèi)的流速。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能直接測(cè)出平均速度；不能直接測(cè)出平均速度；壓差計(jì)讀數(shù)小，常須放大才能讀得準(zhǔn)確。壓差計(jì)讀數(shù)小，常須放大才能讀得準(zhǔn)確。 p2 2(縮脈縮脈) 2 p0 0 0 1 1 p1 R (一一) 變壓頭流量計(jì)變壓頭流量計(jì)測(cè)速管測(cè)速管孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)2孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)：如下圖。結(jié)構(gòu)：如下圖。測(cè)量原理：測(cè)量原理：孔板孔板 測(cè)出孔板上、下游兩個(gè)固定測(cè)出孔板上、下游兩個(gè)固定位置之間的壓差，便可計(jì)量出位置之間的壓差，便可計(jì)量出流量的大小。流量的大小。 取壓方法：取壓方法：

56、采用角接法取壓口在法蘭上采用角接法取壓口在法蘭上 思考：思考： 1 1、2 2間的壓力分布為何呈現(xiàn)間的壓力分布為何呈現(xiàn)上圖所示的形狀？上圖所示的形狀？請(qǐng)點(diǎn)擊看動(dòng)畫請(qǐng)點(diǎn)擊看動(dòng)畫 p2 2(縮脈縮脈) 2 p0 0 0 1 1 p1 R 2孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)測(cè)量原理：測(cè)量原理：22200211upup )(0011孔口孔口uAuA 暫不計(jì)摩擦損失，暫不計(jì)摩擦損失，1 1、0 0之間有：之間有： 考慮到流體有阻力損失考慮到流體有阻力損失 012100211ppAAu 01210021ppAACu 0102ppC 孔流系數(shù) gRACAuVs200002孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)21010)( ,Reddf

57、C 對(duì)于測(cè)壓方式、加工狀況等均已確定對(duì)于測(cè)壓方式、加工狀況等均已確定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔流系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)孔板，孔流系數(shù)C0可以表示為：可以表示為： C0值多在值多在0.6至至0.7之間之間 在孔板的設(shè)計(jì)和使用中，在孔板的設(shè)計(jì)和使用中，C0值通常為常數(shù)值通常為常數(shù)圖1-17孔流系數(shù)C0與Re及 (d0/d1)2 的關(guān)系2孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造和安裝都很方便優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造和安裝都很方便缺點(diǎn)：機(jī)械能損失稱之為永久損失大，缺點(diǎn)：機(jī)械能損失稱之為永久損失大， 當(dāng)當(dāng)d0/d1=0.2時(shí)，永久損失約為測(cè)得時(shí)，永久損失約為測(cè)得 壓差的壓差的90%， 常用的常用的d0/d1=0.5情形下，永久損失

58、情形下，永久損失 也有也有75%。u安裝時(shí)應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，安裝時(shí)應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段，上上游長(zhǎng)度至少應(yīng)為游長(zhǎng)度至少應(yīng)為10d1，下游為，下游為5d1 使用時(shí)的本卷須知：使用時(shí)的本卷須知： p2 2(縮脈縮脈) 2 p0 0 0 1 1 p1 R (一一) 變壓頭流量計(jì)變壓頭流量計(jì) gRACAuVs20V003文丘里文丘里Venturi流量計(jì)流量計(jì)收縮段錐角通常取收縮段錐角通常取15 25 ，擴(kuò)大段錐角要取得小些，一般為擴(kuò)大段錐角要取得小些，一般為5 7 測(cè)速管測(cè)速管孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的輸

59、送優(yōu)點(diǎn)：其永久損失小，故尤其適用于低壓氣體的輸送 式式中中V可可 取為取為0.980.99。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 加工比孔板復(fù)雜，因而造價(jià)高加工比孔板復(fù)雜，因而造價(jià)高安裝時(shí)需占去一定管長(zhǎng)位置。安裝時(shí)需占去一定管長(zhǎng)位置。 R(一一) 變壓頭流量計(jì)變壓頭流量計(jì) u A R R總結(jié)：總結(jié)：變壓頭流量計(jì)的特點(diǎn)是變壓頭流量計(jì)的特點(diǎn)是 2(縮縮 脈脈 ) 2 0 0 1 1 R 恒截面，變壓頭恒截面，變壓頭(二二) 變截面流量計(jì)變截面流量計(jì)特點(diǎn)：特點(diǎn)：恒壓頭，變截面恒壓頭，變截面 重重 力力浮浮 力力升升 力力轉(zhuǎn)子流量計(jì)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)：微錐形玻璃管，微錐形玻璃管，錐角約為錐角約為4 左右左右 轉(zhuǎn)子或稱浮子轉(zhuǎn)子或稱浮

60、子, ,直徑略小于玻璃管直徑略小于玻璃管的內(nèi)徑；的內(nèi)徑；轉(zhuǎn)子密度須大于被轉(zhuǎn)子密度須大于被測(cè)流體的密度。測(cè)流體的密度。 請(qǐng)點(diǎn)擊看動(dòng)畫請(qǐng)點(diǎn)擊看動(dòng)畫結(jié)構(gòu)：如下圖。結(jié)構(gòu)：如下圖。測(cè)量原理：測(cè)量原理：流體入流體入流體出流體出當(dāng)流體不流動(dòng)時(shí)，因重力當(dāng)流體不流動(dòng)時(shí)，因重力浮力，故轉(zhuǎn)子沉在底部。浮力，故轉(zhuǎn)子沉在底部。當(dāng)流體流入時(shí)，轉(zhuǎn)子受到重力和流體施加的向上的當(dāng)流體流入時(shí)，轉(zhuǎn)子受到重力和流體施加的向上的力流體摩擦力的反作用力，包括浮力和升力，力流體摩擦力的反作用力，包括浮力和升力，因浮力升力因浮力升力重力，故轉(zhuǎn)子將上升。重力，故轉(zhuǎn)子將上升。轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量原理：測(cè)量原理： u0 0 0 1 1 u1