化工原理流体流动4.ppt

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1、1.4.6局部阻力损失流体在管路的进口、出口、弯头、阀门、扩大、缩小等局部位置流过时，其流速的大小和方向都发生了变化，且流体受到干扰或冲击，使涡流现象加剧而消耗能量。在湍流情况下，为克服局部阻力所引起的能量损失有二种计算方法。一、阻力系数法：称为局部阻力系数，一般由实验测定。因局部阻力的形式很多，为明确起见，常对加注相应的下标。下面将讨论几种常用的局部阻力系数的求法：①突然扩大或突然缩小所产生的能量损失按上式计算，式中的流速u均以小管的流速为准。局部阻力系数的确定作图法：公式法：（1—78）对于突缩，则采用查表方式（表1—2）②进口与出口进口：突缩时当此时有：这种损失称进口损

2、失出口：突扩时当此时有：这种损失称出口损失应特别注意：在出口处取截面时，截面是取在管内侧还是外侧？③管件与阀门管路上的配件如弯头、三通、活接头等总称为管件。不同管件或阀门的局部阻力系数可以从手册中查取。二、当量长度法流体流经管件、阀门等局部地区所引起的能量损失可仿照写成：式中le称为管件或阀门的当量长度，单位m，表示流体流过某一管件或阀门的局部阻力，相当于流过一段与其具有相同直径、长度为le之直管阻力。实际上是为了便于管路计算，把局部阻力折算成一定长度直管的阻力。这些数值仅是约值，局部阻力的计算也只是一种粗略估计。总阻力损失：例：将5℃的鲜牛奶以5000kg/h的流量从贮奶罐

3、送到杀菌釜进行杀菌，这条管路用φ38×1.5mm不锈钢长12m，管路中有一只摇板式单向阀，三只90°弯头，试计算管路进口到出口的压力降△pf。已知鲜奶5℃时粘度为3cp，密度为1040kg/m3解：总压降=直管阻力降+局部阻力降△pf=△pf值+△pf局=①求Re：②由表1—1钢管e=0.05∴图表得λ=0.03③由表1—33个90°弯头摇板式单向阀进口出口④当量长度法：1.4.7减小管路系统阻力的途径：通过能量衡量和流动阻力的学习可知克服阻力的能量无法回收的，流动阻力越大，输送流体所损耗的功愈大，因此减小流动阻力是工业生产中一个重要课题，由流体阻力的压力降公式，知欲减小可以

4、从以下几方面入手：①尽可能缩短管路长度（L↙）②减小不必要的管件、阀门或采用阻力小的管件、阀门③适当放大管径1.5管路计算与流量测量1.5.1管路计算一、管路计算中较常用的方法——试差法管路计算实际上是连续性方程式，柏努利方程式与能量损失计算式的具体运用，由于已知与未知量情况不同，计算方法也随之而改变。在实际工作中常遇到管路计算问题，归纳起来有以下三种情况：①已知管径(d）、管长(l）、管件和阀门的设置(Σle）及流体的输送量(Q），求：流体通过管路系统的能量损失（Σhf）确定输送设备所加入的功（We）设备内的压强（P）或设备间的相对位置（Z）②已知管径(d）、管长(l）、管

5、件和阀门的设置（Σle）及允许的能量损失求流体的流速（u）或流量（Q）③已知管长（l）、管件和阀门的当量长度（Σle）、流体的流量（Q）及允许的能量损失求管径（d）②、③存在着共同性问题，即流速（u）或管径（d）为未知，不能计算Re值，无法判断流体的流型，故不能确定摩擦系数λ。工程计算上常采用试差法。例：如图所示，水从水塔引至车间，管路为ф114×4mm的钢管，共长150m（包括管件及阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于排水口12m，问水温12℃时，此管路的输水量为多少？解：以塔内水面为截面1—1′，排水管出口外侧为截面2—2′，并通过排水管出口

6、中心作基准水平面。在两截面间列柏氏方程：式中：z1=12mz2=0u1≈0u2=0p1=p2代入柏氏式，并整理得：……（a）而……（b）试差法：即假设一个值，代入式（a）求出值，利用此值计算Re准数。根据算出的Re值及e/d值从P43图1—28得出λ值（为λ’），若λ’=λ则假设λ值可以接受,若λ’≠λ，则需另设λ值，重新设计λ的值直至λ’≈λ为止(λ’与λ比较相差<10%则认为基本准确)。设λ=0.02代入式(a)得：从附录中查得12℃时水的粘度1.236cp，∴取管壁的绝对粗糙度e为0.2mm，根据Re及ε/d查图表得λ=0.024。查出的λ值与所假设的λ值不相符,故应进

7、行第二次试算。重设λ=0.024，代入式a，解得u=2.58m/s。由此u值的出Re=2.2×105。查图表λ=0.0241。查出的λ值与所设λ值基本相符，故根据第二次试算结果知u=2.58m/s。输水量上述例题也可以u值作试差数。应予指出：试差法不但可用于管路计算，而且在以后一些章节中会经常用到。试差法并非是用一个方程解两个未知数。它仍遵循有几个未知数就应有几个方程求解的原则，只是其中一些方程式比较复杂，或具体函数关系为未知，仅给出变量关系的曲线图，这时可借助试差法。在试差前，对所要解决的问题应作一番