流体流动与流体输送机械资料
总的阻 力公式
六、管路的计算
简单管路： ① 已知流量、管径和管长、泵的效率，求阻力损 失或泵的轴功率、有效功率。 ②已知流量、管长和阻力损失，求管径 ③已知管径、管长和阻力损失，求流量（操作型） 常用方法：试差法（②、③） 步骤：先估计（设定）一个λ值——代入公式求出 u——算出Re——根据Re查出λ值——验证查得λ值 与估计值是否一致，若不一致，重新估计，计算。
压力表读数为0.15MPa，则B处的压力表读数为多少
Mpa？
1-12如图所示，水由高位水箱经管路从喷嘴 流出，已知d1=125mm，d2=100mm，喷嘴出口
当泵叶片入口附近的最低压强等于或小于输送温度下液体饱和蒸汽压时， 部分液体将在该处汽化并产生的汽泡，被液流带入叶轮内压力较高处凝
原 因
结或破裂。由于凝结点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点， 产生剧烈的水击。
现象：噪声大、泵体振动，流量、压头、效率都明显下降。严重时，泵不能正常 工作
防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超
N-泵的轴功率，W Q-泵的流量， m3· s-1
H-泵的压头，m Ρ-液体的密度，kg/ m3
(2)离心泵的特性曲线
通常，离心泵的特性曲线由制造厂附于泵的样本或说明书中，是
指导正确选择和操作离心泵的主要依据。 1. H-Q曲线：表示泵的压头与流量的关系 2. N-Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系 3.η -Q曲线：表示泵的效率与流量的关系
对于不可压缩流体，ρ1=ρ2；若流动系统与外界没有功 的交换，则We=0，于是上式化简为：
1 2 P 1 2 P2 1 gZ1 u1 gZ 2 u 2 2 2
伯努利 方程
以1kg不可压缩理想流体作稳定流动时的机械能衡算式
伯努利方程的应用，有几点注意： • 1、选截面，就是选衡算范围，选边界条件，最好选已知条 件最多的边界。
（1）汽缚现象
离心泵启动时，如果泵壳与吸入管路没有充满 液体，则泵壳内存有空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，产生的离心力小，从叶轮中 心甩出的液体少，因而叶轮中心处所形成的低 压（真空度）不足以将贮槽内的液体吸入泵内
（打不上水），此时虽启动离心泵也不能输送
液体，此种现象称为气缚
气 蚀 现 象
（1）沿程阻力损失的计算
范 宁 公 式
无论对层流和湍流，还是对水平等径管和非水平等径管都 适用
流体在非圆形直管内流动的阻力
单位质量流体的沿程损失 单位体积流体的沿程损失 单位重量流体的沿程损失 de—当量直径
d e 4 ×水力半径 4 流通截面积 润湿周边长
(Pa)
(m)
环形管润湿周边长为 π(D+d)，则当量直径为
ζ——局部阻力系数，简称阻力系数 ，由实验测得
常用管件和阀件的ζ值见下表
• 注意
计算突然
扩大、突
然缩小的 阻力损失 时，都应 按小管内
流速计算
动能项
当量长度法
将局部损失看作与某一长度为le的等径管的沿程损失相 当，此折合的管路长度le称为当量长度。 于是，局部损失计算式为:
（3）管内流动的总阻力的计算
过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。
(1)离心泵的性能参数
1.流量（Q） : 离心泵在单位时间送到管路系统的液体
体积，常用单位为L/s或m3/h； 2.压头（H） ：离心泵对单位重量的液体所能提供的机
械能，其单位为m；
根据机械能衡算方程可得，对应于任一管道输送系统， 所需的压头he为
3.效率（） ：由原动机提供给泵轴的能量不能全部为液体所获得， 通常用效率来反映泵对外加能量的利用程度； =Ne/N 4．泵的有效功率（Ne）:按式Ne=HQρg算出的功率，即泵所输出的 功率 单位W或KW 5.轴功率（N）： 指离心泵的泵轴所需的功率，单位为W或kW
第一章流体流动 第二章流体输送机械
重要知识点
实际流体的机械能衡算方程及应用 （理想流体的伯努利方程及应用、流体静力学 基本方程及应用） 管内流动的阻力损失的求法 （沿程损失和局部损失）
雷诺数的定义和意义 连续性方程
离心泵的性能参数、特性曲线和管路特性曲线
离心泵的功率（泵的轴功率、有效功率）
离心泵的压头、流量均与液体的密度无关,但离心泵所需
的轴功率则随液体密度的增加而增加
b. 黏度的影响
液体粘度的改变将直接改变其在离心泵内的能量损失，因 此，H—Q、N—Q、—Q曲线都将随之而变。
• 转速的影响—比例定律
Q1 n1 Q2 n 2
H1 n1 2 ( ) H2 n2
N1 n1 3 ( ) N2 n2
离心泵的压头H一般是随流量Q的增大而下降，这是离心泵 的一个重要特性。
• (3)影响离心泵性能的因素
• 1.液体物性的影响
• （a）密度的影响 • （b）黏度的影响 • 2.离心泵转速的影响 • 3.离心泵叶轮直径的影响
a.
流体密度的影响
由离心泵的基本方程(书57、58页的2-8、2-11）可看出，
一、压力的表示方法
表压=绝压-当地大气压
真空度=当地大气压-绝压
真空度=当地大气压-绝压
= -（绝压－当地大气压） 例
= - 表压
某系统真空度为200mmHg，当地大气压为101.3kPa， 则： 表压＝－真空度＝-(200×101.3)/760=-26.7 kPa 绝压=表压＋当地大气压=101.3+(-26.7)=74.6 kPa
二、雷诺数
反映流体的流动形态和湍动程度的物理量
1883年，雷诺通过大量实验观察到，流体流动分为层流
（滞流）、过渡流、湍流，且流动型态除了与流速u有关 外，还与管径d、流体的粘度μ 、流体的密度ρ 有关。
雷诺将u、d、μ 、ρ 组合成一个复合数群。
Re
d u
数群中的各个物理量必须采用同一单位制
• 2、选基准面，一般选位能较低的截面为基准面。
• 3、压力项和单位要统一，通常以用表压较为方便。
• 4、大口截面的流速为零。
• 5、上游截面和下游截面要分清。应该是上游截面的三项能
量之和，加外加的能量，等于下游截面三项能量之和，加流
体损失的能量。
• 6、水平管确定基准面时，通过管中心的平面，即为基准面。
叶轮直径的影响—切割定律
Q D Q D2
' ' 2
D2' 2 H' ( ) H D2
' D2 N' ( )3 N D2
管路特性曲线 通过某一特定管路的流量与所需压头之间的关系
其中
• 离心泵的工作点
• 泵的特性曲线H-Q线与所在管路特性曲线He-Qe线的交点
（M 点)。
• 离心泵的流量调节
• 计算阻力损失关键是λ的获取。
层流时 根据哈根-泊谡叶公式
得
湍流时
• 更多情况是利用摩擦因数图来确定
过 渡 层流区 区 湍 流 区
完全湍流， 粗糙管
（2）局部阻力损失的计算
局部阻力损失的计算方法有两种： 阻力系数法和当量长度法 阻力系数法
阻力系数法就是将局部损失表达成平均动能的某一个倍数， 即
• 离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二： • 1.改变阀门的开度 即改变离心泵出口管路上调节阀门
开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大； • 2.改变泵的转速 节能，投资大。
改变泵转速实质上是改变泵特性曲线，
• 例题1 用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽 和反应器均与大气连通，要求料液在管内以1m/s 的速度流动。设料液在管内流动时的能量损失为 20J/kg （不包括出口的能量损失），试求高位槽 的液面应比虹吸管的出口高出多少？
又因为 连续性
1u1 A1 2u2 A2
方程
对于不可压缩流体
于是得到
液体的平均流速与管道流通截面积成反比. 对于圆管 于是得到 圆管的平均流速与管道管径的平方成反比 如果管路有分支
总管中的质量流量为各支管质量流量之和
四、管内流体的机械能衡算
1.实际流体的机械能衡算
由于实际流体有粘性，流体 在流动过程中，流体内部及 流体与管内壁产生摩擦，流 体流动时要消耗机械能以克 服阻力，造成流体的能量损
解：取高位槽液面为1-1截面，虹吸管出口
内侧截面为2-2截面，并以2-2为基准面。
列机械能衡算方程方程得：
2 2 u1 P u P gz1 1 gz2 2 2 W f 2 2
式中：
z1 h，z2 0，p1 p2 （表压） 0
∵1-1截面比2-2截面面积大得多，∴ 将Wf=20J/kg,U2=1m/s代入得 解得
失。 1 2 P 1 2 P2 1 gZ1 u1 we gZ2 u2 wf 2 2 以1Kg流体计的不可压缩实际流体的机械能衡算式
gz—位压能
u2/2—动能
P1/ρ—静压能
We—外加功
Wf—能量损失
单位J/kg
除以重力加速度g，并令We/g=he，Wf/g=hf，则得到单位 重量流体为基准的机械能衡算式
1 9.81h 20 2
h 2.09 m
也就是高位槽液面应比虹吸管出口高 2.09m
1-10 一制冷盐水循环系统，循环量为45m3/h，盐水 流经管路的压头损失为：从A至B的一段为9m，从B 至A的一段为12m，盐水的密度为1100kg/m3。试求：
（1）泵的轴功率，设其效率为0.65.；（2）若A处的
3.若流体静止，则u=0,We=0,Wf=0,于是实际流体的机械能衡 算式变为：
P P2 1 gZ1 gZ 2
流体静力
学方程
流体静止状态也是流体流动的一种特殊形式
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流体在管道中的流动规律——输送机械功率确定.
反映管内流体流动规律的基本方程式有：
连续性方程 柏努利方程
本节主要围绕这两个方程式进行讨论。
一、稳定流动与不稳定流动
稳定流动(steady flow) ：流体在管道中流动时，在任
一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改 变。
不稳定流动(unsteady flow) ：若流动的流体中，任一
有效功率：Ne=We· Ws=93.6×2.83=264.8 (W)
用柏努利方程式解题时的注意事项：
(1)选取截面
连续流体； 两截面均应与流动方向相垂直。 强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。
不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的 相应截面，因为起点和终点的已知条件多。
m
位能的单位为m2/s2 =J/kg
2．动能
• 动能是单位质量的流体因具有一定的流速 而具有的能量. • mkg流体以速度u流动时，其动能为：(J)
1 2 mu 2 • 1kg流体以速度u流动时的动能为：
1 2 u 2
其单位为J/kg。
3．静压能
• （1）流体的静压强 是指垂直作用于流体单位面积上的力，习惯 上称为压力，以符号p表示，单位是Pa。
d1 50 u2 u1 d 2.8 81 1.07 2
2
2
三、流体在稳定流动系统中的能量变化 规律——柏努利方程式
柏努利方程式是管内流体流动机械能衡算式。
一、流动的流体具有的机械能
1.位能 是单位质量的流体在重力作用下，因 高出某基准面而具有的能量，相当于将质量为1kg的 流体自基准水平面0-0′升举到Z高度为克服重力所作的 功，即： mgz 位能= gz
流体在管路中的流动规律
02第二章流体流动与输送第3讲
流体流经管道任一截面上各点的流速是不相同的，管截 面中心处流速最大，紧附管壁处流速为零。工程上为方便起 见，流体流速通常指整个截面上的平均流速，简称流速。
流速与流量的关系
qV qm A -与流动方向垂直的管道截面积 A rA
对于圆形管路：A d 2 d -管道内径
4
∴
4qV
d2
qV 0.785d 2
无缝钢管尺寸：
F A×B×C
外径 壁厚 长度
d内=A-2B
例2-3 钢管截面积为0.012m2，空气以10m/s的流速在管内流动，
平均温度50℃，压强为250mmHg（表压），U形管压差计一
端通大气，大气压强101.3kPa。求空Fra bibliotek的体积流量和质量流
量。
解：（1）空气的体积流量qV
qV ＝A ＝0.12 m3/s
d12
0.99m
s
2
1
(
d1 d2
)2
11m
s
p1 = p0 + 0.02×106 Pa = 121325 Pa
以上数据代入方程，得：p2 = 61315 Pa
p2 + rgH = 90715 Pa < p0 ∴ 垂直管中的水向上流 动
4 求两容器的相对位置
例2-7： 如图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽中 的液面维持恒定，塔内表压强为9.81×103Pa，进料量为5m3/h，连接管直 径为 38×2.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg(不包括出 口的能量损失)，试求高位槽内液面应为比塔内的进料口高出多少？
+ qm
v12 2
+
qm
p1 ρ
流速与流量的关系
qV qm A -与流动方向垂直的管道截面积 A rA
对于圆形管路：A d 2 d -管道内径
4
∴
4qV
d2
qV 0.785d 2
无缝钢管尺寸：
F A×B×C
外径 壁厚 长度
d内=A-2B
例2-3 钢管截面积为0.012m2，空气以10m/s的流速在管内流动，
平均温度50℃，压强为250mmHg（表压），U形管压差计一
端通大气，大气压强101.3kPa。求空Fra bibliotek的体积流量和质量流
量。
解：（1）空气的体积流量qV
qV ＝A ＝0.12 m3/s
d12
0.99m
s
2
1
(
d1 d2
)2
11m
s
p1 = p0 + 0.02×106 Pa = 121325 Pa
以上数据代入方程，得：p2 = 61315 Pa
p2 + rgH = 90715 Pa < p0 ∴ 垂直管中的水向上流 动
4 求两容器的相对位置
例2-7： 如图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽中 的液面维持恒定，塔内表压强为9.81×103Pa，进料量为5m3/h，连接管直 径为 38×2.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg(不包括出 口的能量损失)，试求高位槽内液面应为比塔内的进料口高出多少？
+ qm
v12 2
+
qm
p1 ρ
流体流动与输送技术—认识流体输送过程(化工原理课件)
三、管路的试压与吹扫 管路安装完毕后，应作强度与严密度试验，检验管路是否符合设计要求
，试验是否有漏气或漏液现象，称为试压。管路的操作压力不同，输送的物 料不同，试压的要求也不同。试压主要采用液压试验，少数也可采用气压试 验。当管路系统进行水压试验，试验压力（表压）为294KPa，在试验压力 下维持5分钟，未发生渗漏现象，则水压试验为合格。
10. 在焊接或螺纹连接的管路上应适当配置一些法兰或活接头，以利于安 装、拆卸和检修。
11. 阀门的仪表的安装高度主要考虑操作的安全和方便。 12. 某些不能耐高温的材料（如聚四氟乙烯管、橡胶管）制成的管路应避 开热管路，输送冷流体（如冷冻盐水）的管路应与热流体的管道相互避开。
因此在布置管路时，应参阅有关资料，依据上述原则制订方案，确保 管路的布置安全、科学、合理、经济。
7. 一般情况下，管路采用明线安装，但上下水管及废水管采用埋地铺设， 埋地安装深度应当在当地冰冻线以下。（为方便安装、检修和管理，管路尽 量架空敷设）
8．输送有毒或腐蚀性介质的管道，不得在人行道上空设置阀件、法兰等 ，以免泄露时发生事故；输送易燃易爆介质的管道，一般应设有防火、防爆 安全装置。
9. 管道不应挡门、挡窗；应避免通过电动机、配电盘、仪表盘的上空；在 有吊车的情况下，管道的布置不应妨碍吊车工作。管路的布置不应妨碍设备 、管件、阀门、仪表的检修。塔和容器的管路不应从人孔正前方通过，以免 影响打开人孔。
六、管路的防腐 在化工管路中使用的管材，一般大都采用金属材料。由于各种外界环境
因素和通过介质的作用，都会引起金属的腐蚀。金属腐蚀分为化学腐蚀和电 化学腐蚀两种。为了延长管路的使用寿命，确保化工生产安全运行，必须采 取有效的防腐措施。
管路的主要防腐措施，是在金属表面涂上不同的防腐材料，经过固化而 形成油漆，牢固地结合在金属表面上。由于油漆把金属表面同外界严密隔绝 ，阻止金属与外界介质进行化学反应或电化学反应，从而防止了金属的腐蚀 。
化工-第二章_流体流动与输送
le/d = 9 ×2 = 18
2个90 弯头:
1个三通: 1个截止阀（半开）
le/d = 35 ×2 = 70
le/d = 50 le/d = 475
Σle = 833
23
（3）求ΣHf：
l le u H f + d d 2g
2 30 0 . 8 0.029 + 833 0.1 2 9.8 1.07(m)
2 1
2 2
头 损 失
7
机械能衡算方程（柏努利方程）讨论：
(1) 适用条件：不可压缩（压强变化 < 20%）、 连续、均质流体、等温流动
(2) 对静止流体, u = 0, Hf = 0, He = 0： p1 p2 z1 + z2 + --------静力学方程 g g
(3) 理想流体的柏努利方程表明，理想流体在等 温流动过程中任意截面上的总机械能或总压头为 常数，但不同截面上各形式的能量不一定相等， 相互间可转换
16
解：取贮槽液面为截面1-1，管路出口端面 为截面2-2，并以1-1面为基准面，在两截面 间列能量衡算式：
p1
2 u2 p2 + H e z2 g + + + hf 2
He
p2 - p1
2 u2 + z2 g + + hf 2
17
p2 – p1 = 0.2 atm =2.026 104 N· m-2
【例】：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表 读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多 少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地 区为101.33kPa。 分析：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 解: 绝压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
2个90 弯头:
1个三通: 1个截止阀（半开）
le/d = 35 ×2 = 70
le/d = 50 le/d = 475
Σle = 833
23
（3）求ΣHf：
l le u H f + d d 2g
2 30 0 . 8 0.029 + 833 0.1 2 9.8 1.07(m)
2 1
2 2
头 损 失
7
机械能衡算方程（柏努利方程）讨论：
(1) 适用条件：不可压缩（压强变化 < 20%）、 连续、均质流体、等温流动
(2) 对静止流体, u = 0, Hf = 0, He = 0： p1 p2 z1 + z2 + --------静力学方程 g g
(3) 理想流体的柏努利方程表明，理想流体在等 温流动过程中任意截面上的总机械能或总压头为 常数，但不同截面上各形式的能量不一定相等， 相互间可转换
16
解：取贮槽液面为截面1-1，管路出口端面 为截面2-2，并以1-1面为基准面，在两截面 间列能量衡算式：
p1
2 u2 p2 + H e z2 g + + + hf 2
He
p2 - p1
2 u2 + z2 g + + hf 2
17
p2 – p1 = 0.2 atm =2.026 104 N· m-2
【例】：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空表 读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多 少？已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地 区为101.33kPa。 分析：维持操作的正常进行，应保持相同的绝对压， 根据兰州地区的压强条件，可求得操作时的绝对压。 解: 绝压=大气压 - 真空度 = 85300 – 80000 = 5300[Pa] 真空度=大气压-绝压 =101330 - 5300 =96030[Pa]
流体流动和输送.ppt
m
1
m
a1
1
a2
2
an
n
气体：
ρ= m V
=
pM RT
=
ρ0
T0 p Tp0
-----理想气体状态方程
气体混合物：混合前后质量不变，以1m3气体混合物为基准
ρm = Σψi ρi
理气
m
PM m RT
M m Mi yi
二、流体的静压强
垂直作用于流体单位面积上的力称为压强，习惯上 称之为压力，用 p 表示。
影响因素： 主要有体系、温度、浓度
T , L , G
思考：为什么？
气体内摩擦力产生的原因可以从 动量传递角度加以理解
液体的内摩擦力则是由分子间的 吸引力所产生
气 体 粘 度 共 线 图
第二节 流体流动的基本概念
一、流体静力学
因为流体静止，故 流体柱所受合力 ＝0
p2 A p1 A gA(Z1 Z2 ) 0
R 3 等压面
指示剂 0
? Enlarge the R value
➢Inclined manometer
p1
p2
R
a
R’ =R/sina
U形管压差计适用于被测压差不太小的场合。若所测压
力差很小，用U形压差计难以读准，可改用如图所示的双液
体压差计，将读数放大。
2、双液柱压差计
p1
p2
1略小于2
p1 p2 2 1 gR
一、物料衡算——连续性方程式 二、机械能衡算——柏努利方程式
习题课
第四节 流体流动的阻力损失
一、直管阻力损失的计算 二、局部阻力损失的计算
目录
第五节 管路计算
一、简单管路 二、复杂管路 习题课
化工原理流体流动与输送机械PPT课件
1.1.1.连续介质的假定
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
11
1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
12
1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：
质点指的是一个含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于 设备尺寸、但比分子自由程却大的多。
连续介质假定：假定流体是由无数内部紧密相连、彼此间 没有间隙的流体质点（或微团）所组成的连续介质。
工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究流体。
1.1.2.流体的压缩性
不可压缩性流体：流体的体积不随压力变化而变化，如液 体；
M m M 1 y 1 M 2 y 2 M n y n
y1, y2yn——气体混合物中各组分的摩尔(体积)分数。
11
1 流体流动与输送机Байду номын сангаас——1.1 流体基本性质
1.1.5.压力
流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严格 地说应该称压强。称作用于整个面上的力为总压力。
压力（小写）
p
P
A
力（大写） 面积
N [p] m2 Pa
记：常见的压力单位及它们之间的换算关系
1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa
=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2
=10.33mH2O =760mmHg
12
1 流体流动与输送机械——1.1 流体基本性质
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空， 所测得的压力称为绝对压力；二是大气压力，所测得的压强称 为表压或真空度。一般的测压表均是以大气压力为测量基准。
第1章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质 1.2 流体静力学 1.3 流体动力学 1.4 流体流动的内部结构 1.5 流体流动阻力 1.6 1.7 流速与流量的测量 1.8 流体输送机械
1
∮计划学时：12学时
∮基本要求：
化工总结-流体流动与输送
第二章 流体的流动与输送一、先来总个结 §1流体静力学1、化学工程中所研究的流体运动规律，是流体在生产装置内的整体机械运动2、流体静力学是研究流体在静止状态下平衡的规律，即流体在重力和外力作用下处于静止状态的流体内部压力变化的规律3、液体密度基本上不随压力变化（极高压力除外），但随温度的变化而稍有改变；气体密度则随温度和压力变化而改变较大——理想气体定律4、相对密度：物质密度与4℃纯水密度之比5、平均密度：液体（公式） 气体（公式）6、现工程上常用兆帕做压强计量单位7、1 标准大气压（atm ）= 101.325 kPa 1 工程大气压（at ）= 98.07 kPa8、表压强＝绝对压强－大气压强 真空度＝大气压强－绝对压强9、流体静力学方程的应用：U 型管压差计两侧指示液的液柱高度即为被测系统的表压强或真空度如果需要精确测出一个很小的压强差，可采用微差压强计，其内装有两种密度不同且不互溶的指示液液位计是化工生产中知识生产设备内物料贮存量的仪表液封是用液体的静压来封闭气体通道的装置，以防止生产设备内气体外溢 10、流体静力学方程：§2流体流动1、流体在管内的流动主要是轴向流动，近似一维流动过程2、流量具有瞬时特性，随时间变化，只有当流体做稳态流动时，流量才为一定值3、对于实际流体，由于流体流动时的粘滞作用，使导管同一横截面上各点的流速均不相同 气体体积随温度压力变化，其体积流量应注明温度和压力条件22111ρρρx x +=m∑==ni iiy1ρρm RTpM=ρ2211gz p gz p +=+ρρconstgz p=+ρgp h ρ=计&管径的计算（圆形管）uq d vπ4=4、在选择流体输送管路时，应从建设投资费用和运行操作费用两者综合考虑，选定最佳的经济流速5、稳态流动：流体流动系统内，任意空间位置上的流量、流速、压力核密度等物理参数，只随空间位置的改变而改变，而不随时间变化的流动6、流体流动类型判据：雷诺准数 层流：管中流动流体的质点只沿管轴方向平行流动，而不做垂直于管轴的径向扰动的流动形态——Re ≤2000层流向湍流转变的过渡区域——2000＜Re ＜4000湍流：管中流动流体的质点相互扰乱，使流体质点的流动速率和方向呈现不规则的变化，甚至形成涡流的流动形态——Re ≥40007、流体的黏性：流体流动时，产生阻碍流体流动的内摩擦力的流动特性8、在相邻两流体层之间因流层相对运动而产生了剪切力，即流体内摩擦力或粘滞力 9、牛顿粘性定律：dyduμτ=服从此定律的流体称为牛顿流体 式中τ为内摩擦力或剪应力；μ为黏度，其物理意义为速度单位梯度为1时，因流体粘性而产生的剪应力。
化工基础概论 第一章 流体流动与输送
Re 4000 时，是湍流流动； 2000 Re 4000时，有时出现层流，有时出现湍流，是一个不稳定的区域，称
为过渡区。在一般工程计算中，当 Re 2000 时可按湍流处理。
1.2.3直管阻力的计算
经过大量的实验研究发现，流体流过直管的阻力与其流体的动能 u2/2、管长 l 成 正比，与其管径成反比，即：
l u2 hf d 2
（J/kg）
（1-7）
式中 h f ——直管阻力，J/kg；
——摩擦系数；
l ——直管长度，m； d ——管内径，m；
u ——流体在管内的平均流速，m/s。
1.2.3直管阻力的计算
式（1-7）为直管阻力计算通式，称为范宁公式。范宁公式还可以写成以下两种 形式：
le u 2 h d 2
' f
（J/kg）
（1-13）
式中：d、u、 分别为与管件相连接的直管管件、管内流体平均流速以及摩擦系 数。各种管件和阀门的当量长度可由有关手册查得，表 1-1 列出了常见管件的
le d 值，即当量长度 le 与管内径 d 的比值。
1.2.5减小流动阻力的途径
（1）减小直管阻力的途径
l u 2 p f d 2
（Pa） （m）
（1-8） （1-9）
l u2 Hf d 2g
式中 p f ——直管压力降，Pa；
H f ——直管损失压头，m。
范宁公式不仅适用于层流， 也适用于湍流的阻力计算， 但式中摩擦系数 的 处理方法不同。 当流体在圆形直管内作层流流动时：
•
1.1.2流量
（1）体积流量
（2）质量流量
（1）体积流量
单位时间内流经管道任一截面上的流体体积量，称为体积流量，用符号 VS 或 Vh 表示，单位为 m3/s 或 m3/h。
化工原理1_7章习题答案解析
解：取贮槽液面为1-1截面，蒸发器进料口管内侧为2-2截面，且以1-1截面为基准面。
在1-1与2-2间列柏努利方程：
（a）
或 （b）
其中：z1=0；p1=0（表压）；u1≈0
z2=7m；p2=20×103Pa（表压）
已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速：
m/s
ρ=1100kg/m3，ΣWf=40J/kg
第六章蒸馏···································································（95）
第七章固体干燥·······························································（119）
解：
混合液密度
3．某地区大气压力为101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？
解：
4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。
简化:
12．一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。
解：1、2两截面间列柏努利方程：
其中：
说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。
6．为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。
在1-1与2-2间列柏努利方程：
（a）
或 （b）
其中：z1=0；p1=0（表压）；u1≈0
z2=7m；p2=20×103Pa（表压）
已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速：
m/s
ρ=1100kg/m3，ΣWf=40J/kg
第六章蒸馏···································································（95）
第七章固体干燥·······························································（119）
解：
混合液密度
3．某地区大气压力为101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？
解：
4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。
简化:
12．一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。
解：1、2两截面间列柏努利方程：
其中：
说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。
6．为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。
1-流体流动及流体输送机械总结
③使用微差压差计（双液杯式微压计）。
流体静力学基本方程式的应用
4. 微差压差计 普通Ｕ形管压差计读数R过小
p1 p2 ( A C ) gR
流体静力学基本方程式的应用
5. 倒装U形管压差计
ρ0
A
B
p p1 p2 Rg 0
R
z1 1 流体ρ 2 z2
1´
为单位称工程大气压，at。
１atm＝1.013×105 Pa＝1.033 at＝10.33 mH2O＝760 mmHg
基本参数
应
静力学方程的应用： 测量两点压差或各点静压 测量液位高度 确定液封高度
流体流动基本原理
用
流体静力学
流体静力学基本方程式
描述静止流体内部压力分布的数学表达式，称为流体静力学基本方程式
N e weW weV
[J/s 或 W]
⑥ 以单位重量为基准，Bernoulli方程式的形式为：
2 u12 p1 u2 p2 z1 H e z2 H f ,12 2g g 2g g
He
——有效压头或外加压头，m ——压头损失，m
H
f , 12
流体流动的守恒原理 机械能守恒——柏努利（Bernoulli）方程式
1.单位质量流体所具有的能量
u p u p gz1 1 1 we gz2 2 2 h f 2 2
2 2
J/kg
2.单位体积流体所具有的能量
gz1 u1 2
2 p1 we gz2
u 2 2
2
p2 p f
J/m3 或N/m2 , Pa
对不稳定流动：任一瞬间Bernoulli方程式都成立。