化工原理第六节管路计算和流量测定(精)
化工原理(上)主要知识点
化工原理〔上〕各章主要知识点三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算第一节 流体静止的根本方程一、密度1. 气体密度：RTpM V m ==ρ2. 液体均相混合物密度：nma a a ρρρρn22111+++=〔m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组分密度〕3. 气体混合物密度：n n mρϕρϕρϕρ+++= 2211〔m ρ—混合气体的密度，ϕ—各组分体积分数〕4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体〔液体〕；假设有显著的改变那么称为可压缩流体〔气体〕。
二、.压力表示方法1、常见压力单位及其换算关系：mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012=====2、压力的两种基准表示：绝压〔以绝对真空为基准〕、表压〔真空度〕〔以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出〕 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压三、流体静力学方程1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： 〔1〕从各方向作用于某点上的静压力相等；〔2〕静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面；〔3〕在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的上下而变化。
2、流体静力学方程〔适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体〕)(2112z z g p p -+=ρ)(2121z z g pg p -+=ρρ p z gp=ρ〔容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头〞—液位高度，p z —位压头 或位头〕上式说明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低那么压力愈大。
四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。
测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ测量气体：gR p p 021ρ=-2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=-第二节 流体流动的根本方程一、根本概念1、体积流量〔流量s V 〕：流体单位时间内流过管路任意流量截面〔管路横截面〕的体积。
化工原理
第四节 蒸发器的工艺设计 一、加热室、循环管、分离室 教学要点：设计的原则
第五节 对流传热系数关联式 一、影响对流传热系数的因素 教学要点：流体的种类和相变化情况，流体的物性、温度、流动形态，传热面的形状、 位置和大小 二、对流传热过程的量纲分析 教学要点：流体无相变化时的强制对流传热过程，自然对流传热过程，应用关联式用 注意的问题 三、流体无相变时的对流传热系数 教学要点：流体在管内作强制对流，流体在管外强制对流，自然对流 四、流体有相变时的对流传热系数 教学要点：蒸汽冷凝，膜状冷凝，滴状冷凝，液体的沸腾，壁温的估算
第六节 流量测量 一、测速管 教学要点：原理，安装注意事项 二、孔板流量计 教学要点：测量原理，计算公式 三、文丘里流量计 教学要点：测量原理，计算公式 四、转子流量计 教学要点：测量原理，计算公式
思考题： 1、应用流体静力学方程式时应注意哪些条件，请分别讨论。 2、在管路流动系统中，速度梯度最大的地方应该位于管路的那一个位置，为什么？ 3、管壁的粗糙度对流体的流动有何影响？分别就层流和湍流流动情况下进行讨论，并说明
上进行的。其任务是使学生对化学工业各部门所共有的生产过程原理及单元操作有较为深入了 解，能灵活运用所学知识分析解决有关间歇操作的具体问题。包括：过程计算，典型设备的结构 选型和主要工艺计算、操作条件分析等。为以后从事化工生产、设计、研究开发等工作奠定必要 的基础。
绪论 课时：0－1周，共2课时
教学内容：化学工程的研究对象，本课程的目的与性质，物料衡算与能量衡算，物理量的单 位、因次。
化工原理-1章流体流动
yi为各物质的摩尔分数,对于理想气体，体积分数与摩尔分数相等。
②混合液体密度计算
假设液体混合物由n种物质组成，混合前后体积
不变，各物质的质量百分比分别为ωi，密度分 别为ρi
n 1 2 混 1 2 n
1
例题1-1 求甲烷在320 K和500 kPa时的密度。
第一节 概述
流体： 指具有流动性的物体，包括液体和气体。
液体：易流动、不可压缩。 气体：易流动、可压缩。 不可压缩流体：流体的体积不随压力及温度变化。
特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动
流动现象:
① 日常生活中
② 工业生产过程中
煤气
填料塔 孔板流量计
煤气
水封
泵 水池
水
煤 气 洗 涤 塔
组分黏度见---附录9、附录10
1.2.1 流体的压力（Pressure） 一.定义
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体 的压强，工程上一般称压力。
F [N/m2] 或[Pa] P A
式中 P──压力，N/m2即Pa(帕斯卡)；
F──垂直作用在面积A上的力，N；
A──作用面积，m2。
工程单位制中，压力的单位是at(工程大气压)或kgf/cm2。 其它常用的压力表示方法还有如下几种： 标准大气压（物理大气压）atm；米水柱 mH2O； 毫米汞柱mmHg； 流体压力特性： （1）流体压力处处与它的作用面垂直，并总是指向流体 的作用面。
液体：T↑，μ↓（T↑,分子间距↑，范德华力↓，内摩擦力↓） 气体：T↑，μ↑（T↑,分子间距有所增大，但对μ影响不大， 但T↑，分子运动速度↑，内摩擦力↑）
压力P 对气体粘度的影响一般不予考虑，只有在极高或极 低的压力下才考虑压力对气体粘度的影响。
化工原理整理知识点
第一章 流体传递现象流体受力：表面力和体积力体积力 / 场力 / 质量力：为非接触力，大小与流体的质量成正比表面力：为接触力，大小与和流体相接触的物体（包括流体本身）的表面积成正比，流场概念：场和流场；矢量场和标量场；梯度第一节流体静力学1-1-2压力流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。
在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
压力的单位（ 1） 按压力的定义，其单位为 N/m 2，或 Pa ；（ 2） 以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。
标准大气压的换算关系：1atm = 1.013× 105Pa =760mmHg =10.33m H 2O压力的表示方法表压 = 绝对压力－大气压力 真空度 = 大气压力－绝对压力1-1-3 流体静力学基本方程静力学基本方程： 压力形式：p 2p1g(z 1 z 2 )p 1z 1 g p 2z 2 g能量形式：适用条件：在重力场中 静止、连续的同种不可压缩 流体。
（ 1）在重力场中，静止流体内部任一点的静压力与该点所在的垂直位置及流体的密度有关，而与该点所在的水平位置及容器的形状无关。
（ 2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。
液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相应的变化。
（ 3）物理意义：静力学基本方程反映了静止流体内部能量守恒与转换的关系，在同一静 止流体中， 处在不同位置的位能和静压能各不相同二者可以相互转换， 但两项能量总和恒为常量。
应用：1. 压力及压差的测量 （ 1） U 形压差计：p 1 p 2 () gR若被测流体是气体，可简化为：p 1 p 2 Rg 0U 形压差计也可测量流体的压力，测量时将 U 形管一端与被测点连接，另一端与大气相通，此时测得的是流体的表压或真空度。
（ 2）倒 U 形压差计p 1 p 2 Rg( 0 ) Rg（ 3）双液体 U 管压差计p 1 p 2 Rg(AC )2. 液位测量3. 液封高度的计算第二节 流体动力学1-2-1 流体的流量与流速一、流量m3/s 或 m3/h。
化工原理管路计算解析
W
4
（2）流量计算
已知：管子d 、、l，管件和阀门 ，供液点z1. p1， 需液点的z2.p2，输送机械 W； 求：流体流速u及供液量qV。
p1
z1g
u12 2
W
p2
z2 g
u22 2
hf
h f ,i
l d
u2 2
hf ,j
u2 2
du
,
d
u
4qV
d 2
2020/10/31
5
试差步骤：
（1）列柏努利方程,求得∑hf ；
14
特点：
（1）主管中的流量为各支路流量之和； qm qm1 qm2
不可压缩性流体 qV qV1 qV 2
（2）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损 失之和相等。
pA
zA
g
1 2
uA2
hfOA
pB
zB g
1 2
uB2
hfOB
2020/10/31
15
作业： 1-35；1-37；1-39
用试差法解决。
p1
z1g
u12 2
W
p2
z2 g
u22 2
hf
h f ,i
l d
u2 2
hf ,j
u2 2
du
,
d
u
4qV
d 2
2020/10/31
7
三、阻力对管内流动的影响 pa
1
1
pA
pB 2
阀门F开度减小时：
A F B 2
（1）阀关小，阀门局部阻力系数↑ → hf,A-B ↑ →流速u↓ →即流量↓；
（2）在1-A之间，由于流速u↓→ hf,1-A ↓ →pA ↑ ；
化工原理第一章 流体流动
例1-10 20℃的水在内径为 50mm的管内流动,流速为 2m/s，是判断管内流体流动的 型态。
三.流体在圆管内的速度分布
(a)层流
(b)湍流
u umax / 2 u 0.82umax
hf
le
d
u2 2
三.管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 总摩擦阻力损失 =直管摩擦阻力损失+局部摩擦阻力损失
hf hf 直 hf局
l u2 ( le u2 z u2 )
d2 d 2
2
[
(
l
d
l
e
)
z
]
u2 2
管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 直管管长 管件阀件当量长度法
hf
l
制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡。 已知油品的密度为850 kg／m3。并铡得水 银压强计的读数R为150mm，同贮槽内的 液位 h等于多少?
（三）确定液封高度 h p ρg
H 2O
气体 压力 p(表压)
为了安全， 实际安装
水 的管子插入 液面的深度
h 比上式略低
第二节 流体流动中的基本方程式
截面突然变化的局部摩擦损失
突然扩大
突然缩小
A1 / A2 0
z (1 A1 )2
A2
z 0.5(1 A2 )2
A1
当流体从管路流入截面较 大的容器或气体从管路排 到大气中时z1.0
当流体从容器进入管的入 口，是自很大截面突然缩 小到很小的截面z=0.5
局部阻力系数法
hf
z
u2 2
化工原理讲稿 管路计算
一、简单管路的计算
校验： 管内实际流速
u
V
d2
27
3600 0.08052
1.46(m / s)
4
4
0.2 0.0025
d 805
Re 9485 1.17 105 0.0805
二、复杂管路的计算
[例1-22]如图所示，为一由高位槽稳定 供水系统，主管路A、支管路B和C的规 格分别为Φl08×4mm、Φ76×3mm和 Φ70×3mm；其长度(包括当量长度)分 别控制在80m、60m和50m；z2和z3 分别为2.5m和1.5m；管壁的绝对粗糙 度均取0.2mm。常温水的密度和粘度 分别为1000kg/m3和l×10-3Pa·S；若 要求供水的总流量为52m3/h，试确定 高位槽内液面的高度z1。
二、复杂管路的计算
用试差法：假设B、C均处于完全湍流区，查莫狄图，得
B 0.027 C 0.027
代入(a) 、(b),解得
uB 2m / s
uC 2.09m / s
二、复杂管路的计算
校核:
ReB
duB
0.07 2 1000 1.0 10 3
1.4 10 5
ReC
duB
0.064 2.09 1000 1.0 10 3
其中流速u为允许的摩擦阻力所限制，即
hf
l
d
u2 2
(2)
式中及u为d的函数。故要用试差法求管径d
一、简单管路的计算
2
Vs
h f
l
d
u2 2
l
d
化工原理课件-管路计算
。
gz1 u12 2p1Wegz2
u22 2
p2
hf
式中 z1 5m, z2 0, u1 u2 0
p1 0(表), p2 0(表),
We 0,
l h
le u 2
f
d2
假设流型为湍流，λ计算式取为 1 2 lg( / d 2.51 )
3.7 Re
将已知数据代入柏努利方程可得
9.85 hf hf 49.05
2d
l
hf le u2
2 0.082 49.05 138 u 2
0.241436
u
将λ的计算式代入得
u 2
lg
0.241436
解得 u 1.84m/s
0.0001 3.7
2.51
0.082103 103
0.241436
验算流型
Re du
1.6.4 湿式气体流量计
—— 用来测量气体体积的容积式流量计。 构造：
转筒，充气室
测量原理：
转筒旋转，充气室 内气体排出。
说明：
用于小流量气体测量， 常在实验室中使用。
湿式气体流量计
转子流量计 湿式气体流量计 孔板流量计
假设
由 和 d 间的关系 计算出 d
计算Re，并查或计算出
令
判断 与 是否相同
是
否
d 即为所求
1.5.1 简单管路计算
(2) 最适宜管径的确定
1.5.2 复杂管路计算
(1) 并联管路 如图所示，并联管路在主管某处分为几支，然
后又汇合成一主管路。
1.5.2 复杂管路计算
(1) 并联管路 流体流经并联管路系统时，遵循如下原则：
解得 H 5.02m
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
pB p
外管B处
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
p
1 .2 p 1 .2 ( u ) u 2 2 pA pB p
u
.
点速度： 即 讨论：
u
.
2p
2 Rg( 0 )
（ 1 ）皮托管测量流体的点速度，可测速度分布
（1）设计型计算 设计要求：规定输液量 Vs ，确定一经济的管径或 供液点提供的位能z1(或静压能p1)或所需外加功。 选择适宜流速 P59 例1-24
分析：
确定经济管径
求d
4Vs d u
求u
机械能衡算式 或范宁公式
(Re, )
d
Re未知，需试差法求解
设初值λ 求出d、u
Re du /
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
不可压缩流体
VS VS1 VS 2 VS 3
（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。
W f 1 W f 2 W f 3 W fAB
注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即 可，不能重复计算。
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
5 5 d3 d15 d2 VS 1 : VS 2 : VS 3 : : 1 (l le )1 2 (l le ) 2 3 (l le ) 3
支管越长、管径越小、阻力系数越大——流量越小； 反之 ——流量越大。
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
2、分支管路与汇合管路
A A
d =0.00099
Re du / 3.78 106
新λ1=0.0205
包头钢铁职业技术学院化工原Βιβλιοθήκη 电子课件第六节 流量的测定
皮托测速管 孔板流量计
文丘里流量计 转子流量计
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
一、皮托测速管（皮托管） （动画3）
1、结构 2、测量原理及流速计算 内管A处
常用的d0/d1=0.5情形下，永久损失也有75%。
三.文丘里（Venturi）流量计 （动画6）
管路计算
基本方程： 连续性方程
Vs1 Vs 2
p1
2 u12 p2 u2 z1 g We z2 g W f 机械能衡算方程 2 2 2 l u2 l l u e W f ( ) 阻力计算式 ) d 2 ( d 2
其中
d u , d
并联管路的流量分配
(l le )i ui2 W fi i di 2
(l le ) i 1 4Vsi W fi i 2 di 2 d i
2
4Vsi 而 ui d 2 i
2 8 V i si (l le ) i 2 5 di
修正λ
计 f (Re, / d )
否 比较λ计与初值λ是否接近 是
Vs
4
d 2u
解：
u
Vs d2
7.64 2 d
4 u、d、λ均未知， 用试差法， 以λ为试差变量
假设λ=0.025
由机械能衡算式 λ λ1
1/ 5
d (1250 1.30d )
校核：
d=2.02m
查图或计算
曲线；
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
（2）流量的求取：
由速度分布曲线积分
VS udA
测管中心最大流速，由 u umax ~ Remax 求平均流
速，再计算流量。
注意：Pitot管是测量点速（线速度）
Re=ud/
0.9 0.8 u u
uu max 0.7 max
0.6 0.5 102 103 104
VS1 VS 2 VS 3
(2) 整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和 。
Wf Wf 1 Wf 2 Wf 3
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
复杂管路
1、并联管路 （动画1）
VS1
VS A
VS2
特点：
VS3
B
（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；
mS mS1 mS 2 mS 3
C
O
O
C
B
B
分支管路 （动画2）
汇合管路
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
特点： （1）主管中的流量为各支路流量之和；
mS mS1 mS 2
不可压缩流体
VS VS1 VS 2
（ 2 ）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量 损失之和相等。
pA pB 1 2 1 2 z A g u A W fOA z B g u B W fOB 2 2
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
第六节 管路计算
简单管路 复杂管路
管路计算
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
简单管路
特点：
Vs1,d1
Vs2,d2 Vs ,d 3 3
（ 1 ）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可
压缩流体，则体积流量也不变。
mS1 mS 2 mS 3
不可压缩流体
D
1
d0
2
（动画4）
R
V uo A0 Co A0
孔板流量计
2( 0 ) gR
C0——流量系数（孔流系数）A0——孔面积。
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
优点：构造简单，制造和安装都很方便 缺点：机械能损失（称之为永久损失）大
当d0/d1=0.2时，永久损失约为测得压差的90%，
测umax平均速度流量
105 106 107
Remax= =umaxd/ Re max u maxd/
包头钢铁职业技术学院化工原理电子课件
3、安装
（1）测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离； （2）皮托管管口截面严格垂直于流动方向；
（3）皮托管外径d0不应超过管内径d的1/50，即d0<d/50 。
l
测速管的优点： 结构简单、阻力小、使用方便， 尤其适用于测量气体管道内的流速。 缺点： 不能直接测出平均速度， 且压差计读数小，常须放大才能读得准确。
u A
R
二. 孔板式流量计
p1 p2
1.结构： 管路中嵌入一环形金属板， 环中心处在管道中心线上 2.原理： 当流体以一定的流量流经 小孔时，就产生一定的压 强差，流量愈大，所产生 的压强差也就愈大。所以 根据测量压强差的大小来 度量流体流量。 （动画5）