第一章--流体流动-化工原理模板优秀PPT.ppt

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1、化工原理电子教案化工原理电子教案/书目书目1书目书目v第一章第一章 流体流淌流体流淌v 第一节第一节 流体静止的基本方程流体静止的基本方程v一、几个概念一、几个概念v二、流体静力学方程二、流体静力学方程v三、流体静力学方程的应用三、流体静力学方程的应用v 其次节其次节 流体流淌的基本方程流体流淌的基本方程v一、基本概念一、基本概念 v二、质量衡算二、质量衡算连续性方程连续性方程v三、机械能衡算方程三、机械能衡算方程v习题课习题课v 化工原理电子教案化工原理电子教案/书目书目2书目书目第三节 流体流淌现象一、流淌型态二、湍流的概念 三、管内速度分布四、边界层与边界层分别第四节 管内流淌的阻力损失

2、一、沿程损失的计算通式1、层流的摩擦系数2、湍流的摩擦系数二、非圆形管内的沿程损失三、局部损失四、管内流淌总阻力损失的计算化工原理电子教案化工原理电子教案/书目书目3书目书目第五节第五节 管路计算管路计算 一、简洁管路一、简洁管路习题课习题课 二、困难管路二、困难管路习题课习题课 三、可压缩流体的管路计算三、可压缩流体的管路计算 第六节第六节 流量测量流量测量 一、变压头流量计一、变压头流量计 二、变截面流量计二、变截面流量计第一章小结第一章小结化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章4/111第一章第一章 流体流淌流体流淌第一节第一节 流体静止的基本方程流体静止的基本方程1、密度、密度

3、用用 表示，属于物性，表示，属于物性，kg/m3影响因素：影响因素：气体气体-种类、压力、温度、浓度种类、压力、温度、浓度 液体液体-种类、温度、浓度种类、温度、浓度一、几个概念一、几个概念化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章5/111一、几个概念一、几个概念获得方法：获得方法：（1）查物性数据手册）查物性数据手册（2）公式计算：）公式计算：液体混合物：气体：-理想气体状态方程化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章6/111一、几个概念一、几个概念2静压力静压力 垂垂直直作作用用在在单单位位面面积积上上的的力力称称为为压压强强，习习惯惯上上称称之之为压力，用符号为压力，用符号

4、p表示。表示。静压力各向同性（1）压力单位）压力单位SI制中，制中，N/m2=Pa，称为帕斯卡，称为帕斯卡约定：本教案中出现红线框之处为需读者记忆的化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章7/111一、几个概念一、几个概念（2）压力大小的两种表征方法）压力大小的两种表征方法-以当地大气压为基准以当地大气压为基准 思索：思索：1、表压与真空度是何关系？、表压与真空度是何关系？2、真空度越大，意味着什么？、真空度越大，意味着什么？化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章8/111一、几个概念一、几个概念3压缩性压缩性-压力或温度变更时，密度随之显著变更-压力或温度变更时，密度变更很小

5、化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章9/111二、流体静力学方程二、流体静力学方程因为流体静止，故因为流体静止，故 微元段微元段dz 流体所受合力流体所受合力 0积分得积分得化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章10/111二、流体静力学方程二、流体静力学方程流体静力学方程流体静力学方程静压头静压头位头位头化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章11/111二、流体静力学方程二、流体静力学方程v适用场合：确定静止、连续、均质、不行压缩；适用场合：确定静止、连续、均质、不行压缩；v等压面为水平面；等压面为水平面；v压力可传递压力可传递-巴斯噶原理。巴斯噶原理。静力学方程的

6、探讨：静力学方程的探讨：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章12/111三、流体静力学方程的应用三、流体静力学方程的应用1U形形压差计（压差计（manometer）等压面等压面思索：对指示剂有何要求？思索：对指示剂有何要求？U U形压差计适用场合？形压差计适用场合？化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章13/111三、流体静力学方程的应用三、流体静力学方程的应用2、双液柱压差计双液柱压差计 1略小于略小于 22211思索：面思索：面1-1、2-2哪个是等压面，哪哪个是等压面，哪 个不是？个不是？返回书目作业：作业：U形压差计适用于被测压差不太小的场合。若所测压力形压差计适用于

7、被测压差不太小的场合。若所测压力差很小，用差很小，用U形压差计难以读准，可改用如图所示的双液体形压差计难以读准，可改用如图所示的双液体压差计，将读数放大。压差计，将读数放大。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章14/111其次节其次节 流体流淌的基本方程流体流淌的基本方程一、基本概念一、基本概念 主要探讨流体在管路中的流淌，主要探讨流体在管路中的流淌，遵循着三大守恒定律遵循着三大守恒定律1 1、稳定流淌与不稳定流淌、稳定流淌与不稳定流淌 稳定流淌稳定流淌-流淌参数都不随时间而变更流淌参数都不随时间而变更不稳定流淌不稳定流淌-至少有一个流淌参数随时间而变更至少有一个流淌参数随时间而变更

8、讲讲讲讲不讲不讲化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章15/111一、基本概念一、基本概念点速度点速度 v，单位，单位m/s2、流量和流速、流量和流速，单位，单位m/s-化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章16/111二、质量衡算二、质量衡算连续性方程连续性方程质量衡算方程质量衡算方程-开放体系，质量守恒定律内容改为如下：开放体系，质量守恒定律内容改为如下：质量守恒定律质量守恒定律-封闭体系中物质质量不变封闭体系中物质质量不变 对于如图所示的管道内对于如图所示的管道内稳定流动稳定流动，上式第三项为上式第三项为0，于是，于是 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒化工

9、原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章17/111二、质量衡算二、质量衡算连续性方程连续性方程-管内流淌的连续性方程管内流淌的连续性方程思考：思考：如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？如果管道有分支，则稳定流动时的连续性方程又如何？作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章18/111三、机械能衡算方程三、机械能衡算方程1、黏性和黏度、黏性和黏度牛顿粘性定律发牛顿粘性定律发表在表在 1687年年 在动画所示的流体分层流淌情形下，有在动画所示的流体分层流淌情形下，有 气体内摩擦力产生的缘由还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。流体

10、内部存在内摩擦力或粘滞力，请点击流体内部存在内摩擦力或粘滞力，请点击 看动画。看动画。单位面积上的的内摩擦力，N/m2 速度梯度 动力黏度简称黏度黏度 化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章19/111三、机械能衡算方程三、机械能衡算方程物理意义：物理意义：衡量流体黏性大小的一个物理量衡量流体黏性大小的一个物理量单位：单位：获得方法：属物性之一，获得方法：属物性之一，由由试试验验测测定定、查查有有关关手手册册或或资资料料、用用阅阅历历公式计算。公式计算。影响因素：影响因素：黏度黏度：思索：为什么？思索：为什么？化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章20/1112 2、牛顿型和非

11、牛顿型流体、牛顿型和非牛顿型流体非牛顿型流体：非牛顿型流体：如人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液以及像细胞如人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液以及像细胞质那样的质那样的“半流体半流体”都属于非牛顿流体。如聚乙烯，聚都属于非牛顿流体。如聚乙烯，聚丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龙丙烯酰氨，聚氯乙烯，尼龙6，PVS，涤纶，橡胶溶液，涤纶，橡胶溶液，各种工程塑料，化纤的熔体等。各种工程塑料，化纤的熔体等。-体系粘度随剪切速率的增加而降低。体系粘度随剪切速率的增加而降低。流淌形式表现为剪切稀化现象流淌形式表现为剪切稀化现象.-体系粘度随剪切速率的增加而增大。体系粘度随剪切速率的增加而增大。-受到外力作用时并

12、不立即流动而要待外力增大受到外力作用时并不立即流动而要待外力增大到某一程度时才开始流动到某一程度时才开始流动不符合牛顿粘性定律的流体，如绝大多数高分子量的不符合牛顿粘性定律的流体，如绝大多数高分子量的牛顿型流体：牛顿型流体：符合牛顿粘性定律的流体符合牛顿粘性定律的流体化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章21/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程 能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒质量守恒质量守恒运动着的流体涉及的能量形式有运动着的流体涉及的能量形式有内能内能、动能、动能、位能、压力能、位能、压力能、外功、热外功、热U，J/kg取决于温度对于如图所示的稳定流淌的流淌系统，能量衡算

13、式为：对于如图所示的稳定流淌的流淌系统，能量衡算式为：u2/2J/kggzJ/kgp/J/kgwe，J/kg外界对流体外功为正，外界对流体外功为正，流体向外作功为负流体向外作功为负 以面1-1为例，说明压力能的表达式：面1-1上所受到的总压力为P1=p1/A1，将1 kg的流体（其体积即为比容1=1/1，m3kg-1）压过该截面的所做功便为 P1u1=（p1A1）（1/A1）=p11=p1/1吸热为正吸热为正放热为负放热为负 机械能机械能-可干脆用于输送流体可干脆用于输送流体在流体流淌过程中可相互转变在流体流淌过程中可相互转变可转变为热或内能。可转变为热或内能。化工原理化工原理电子教案电子教案

14、/第一章第一章22/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程黏度黏度 0（1）志向流体的伯努利方程）志向流体的伯努利方程 假如撇开内能和热而只考虑机械能，对下图所示的假如撇开内能和热而只考虑机械能，对下图所示的截面截面1与与2之间志向流体的稳定流淌，存在下述机械能之间志向流体的稳定流淌，存在下述机械能衡算关系：衡算关系：12we=0-伯努利伯努利（Bernoulli）方程方程 含义：对没有黏性的流体，流淌系统上游的机械能等于下游的机械能。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章23/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程（2）实际流体的机械能衡算式）实际流体的机械能衡算式-机械

15、能衡算方程机械能衡算方程wf称为阻力损失，永称为阻力损失，永远为正，单位远为正，单位J/kg 对实际流体，由于有黏性，在管内流淌时要消耗机械能以克服阻对实际流体，由于有黏性，在管内流淌时要消耗机械能以克服阻力。消耗了的机械能转化为热，散失到流淌系统以外去了。因此，此力。消耗了的机械能转化为热，散失到流淌系统以外去了。因此，此项机械能损耗应列入伯努利方程右边作为输出项，记做项机械能损耗应列入伯努利方程右边作为输出项，记做wf：每一项单位均为每一项单位均为J/kg化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章24/1113 3、机械能衡算方程、机械能衡算方程外加压头静压头动压头位头压头损失每一项单

16、每一项单位均为位均为m-机械能衡算方程机械能衡算方程-机械能衡算方程机械能衡算方程每一项单位每一项单位均为均为Jm-3压力损失化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章25/111（3 3）机械能衡算方程探讨：）机械能衡算方程探讨：（1）适用条件：不行压缩、连续、均质流体、等温、非等温流淌）适用条件：不行压缩、连续、均质流体、等温、非等温流淌-静力学方程。可见流体静止状态是流体流淌的一种特殊形式。（2）对流体静止，可化简得：）对流体静止，可化简得：（3）若流淌系统无外加功，即）若流淌系统无外加功，即we=0，则，则 这说明流体能自动从高（机械能）这说明流体能自动从高（机械能）能位流向低（机

17、械能）能位。能位流向低（机械能）能位。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章26/111习题课习题课运用机械能衡算方程时，应留意以下几点（结合例运用机械能衡算方程时，应留意以下几点（结合例1说明）：说明）：包含待求变量。包含待求变量。限制体内的流体必需连续、均质；限制体内的流体必需连续、均质；有有流流体体进进出出的的那那些些限限制制面面（流流通通截截面面）应应与与流流淌方向相垂直，且已知条件最多；淌方向相垂直，且已知条件最多；v控制体的选取：控制体的选取：v 基准水平面的选取基准水平面的选取 v 压力压力用绝压或表压均可，但两边必需统一。用绝压或表压均可，但两边必需统一。一般将基准面定

18、在某一流通截面的中心上一般将基准面定在某一流通截面的中心上（下转第28页）化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章27/111【例例】轴功的计算轴功的计算如图所示，已知管道尺寸为如图所示，已知管道尺寸为 114 4 mm，流量为流量为85 m3/h，水在管路中（喷头前）流，水在管路中（喷头前）流淌的总阻力损失为淌的总阻力损失为10 J/kg，喷头前压力较，喷头前压力较塔内压力高塔内压力高100 kPa，水从塔中流入下水道，水从塔中流入下水道的阻力损失为的阻力损失为12 J/kg。求泵供应的外加功率。求泵供应的外加功率。解：解：依据限制体选取原则，依据限制体选取原则，应取面应取面1-1至面

19、至面2-2，而不能，而不能取面取面1-1至面至面3-3或面或面1-1至至面面4-4。由已知条件可知管内径由已知条件可知管内径化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章28/111【例例】轴功的计算轴功的计算在面在面1-1和面和面2-2间有间有z2=7 mp2=？wf1-2=10 J kg-1化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章29/111【例例】轴功的计算轴功的计算p3可通过面可通过面3-3与与4-4间的机械能衡算求得：间的机械能衡算求得：z3=1.2 m，wf3-4=12 J kg-1 J kg-1 由已知条件可知：由已知条件可知：J kg-1 J kg-1 化工原理化工原理电

20、子教案电子教案/第一章第一章30/111【例例】轴功的计算轴功的计算故故泵泵的外加功率的外加功率为为：=4310 W 或或4.31 kW 返回书目作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章31/111第三节第三节 流体流淌现象流体流淌现象二、二、流淌型态流淌型态层流或滞流层流或滞流 laminar flow湍流或紊流湍流或紊流 turbulent flow两种流动型态两种流动型态那么，如何定量推断流淌型态呢？那么，如何定量推断流淌型态呢？一、一、流淌的黏度流淌的黏度实际流体具有黏性，黏度是衡量流体黏性大小的物理量，与温度和压实际流体具有黏性，黏度是衡量流体黏性大小的物理量，与温

21、度和压力相关。力相关。温度：温度：T ，黏度变更？（液体，气体），黏度变更？（液体，气体）压力：液体忽视不计。压力：液体忽视不计。气体气体(极高或极低极高或极低)1Pa.s=1N.s/m2=10P泊泊=103cp化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章32/111一、一、流淌型态流淌型态雷诺数雷诺数如：直管内流淌时，如：直管内流淌时，Re 2000 层流层流 Re=2000 4000 过渡区过渡区 Re4000 湍流湍流-依据其值的大小，可以推断流淌型态依据其值的大小，可以推断流淌型态 化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章33/111流体在管内的速度分布流体在管内的速度分布管内

22、流淌，管截面上的各点的速度均随管内流淌，管截面上的各点的速度均随该该点与管中心的距离点与管中心的距离变变更。更。一般管中心的流速最大，离管壁越近，流速越小。一般管中心的流速最大，离管壁越近，流速越小。对对于于层层流运流运动动，速度沿管径呈抛物，速度沿管径呈抛物线线分布，分布，u平均平均=0.5umax。湍流运湍流运动动，流体，流体质质点在旋点在旋涡涡运运动动的影响下，其运的影响下，其运动动速度不速度不论论在大小在大小或方向上都随或方向上都随时间变时间变更。但又都更。但又都围绕围绕某一平均某一平均值值（图图中虚中虚线线所示）而所示）而上下波上下波动动，这这种种现现象称象称为为速度的脉速度的脉动动

23、，阅历阅历式：式：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章34/111第四节第四节 管内流淌的阻力损失管内流淌的阻力损失机械能衡算方程机械能衡算方程-由于流速大小或方向突然变更，从而产生边界层分别，出现大量旋涡，导致很大的机械能损失。wf 分为两类（见图）：分为两类（见图）：沿程损失（直管损失）局部损失化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章一、沿程损失的计算通式一、沿程损失的计算通式1、层流的摩擦系数、层流的摩擦系数长径比无量纲动能摩擦系数 无量纲与流体Re及管壁相关-沿程损失计算通式2、湍流的摩擦系数、湍流的摩擦系数摩擦系数与雷诺准数及管壁粗糙度的关系有试验测定。摩擦系数与雷诺

24、准数及管壁粗糙度的关系有试验测定。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章36/111返回上页返回上页化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章37/111水力光滑管水力光滑管思索：由图可见，思索：由图可见，Re，这与，这与阻力损失随阻力损失随Re增大而增大是否矛增大而增大是否矛盾？盾？化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章二、非圆形管内的沿程损失二、非圆形管内的沿程损失u仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但需引入当量直径。需引入当量直径。当量直径当量直径 化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章三、局部损失三、局部损失 当当流流

25、体体流流经经弯弯头头、管管进进出出口口、阀阀门门等等处处时时，由由于于流流体体的的流流速速或或流流淌淌方方向向突突然然发发生生变变更更，产产生生边边界界层层分分别别和和涡涡流流，从而导致形体阻力损失。从而导致形体阻力损失。由由于于引引起起局局部部损损失失机机理理的的困困难难性性，目目前前只只有有少少数数状状况况可可进行理论分析，多数状况须要试验方法确定。进行理论分析，多数状况须要试验方法确定。请点击请点击 观看动画观看动画化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章40/111三、局部损失三、局部损失小管的小管的局部损失的计算有两种方法：局部损失的计算有两种方法：u当量长度法当量长度法 u阻

26、力系数法阻力系数法le-当量长度，可查有关图表-局部阻力系数，可查有关图表留意：留意：以上两种方法均为近似估算。以上两种方法均为近似估算。两种计算方法所得结果不完全一样两种计算方法所得结果不完全一样 化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章41/111三、局部损失三、局部损失表表1-2 管件和管件和阀阀件的阻力系数及当量件的阻力系数及当量长长度数据（湍流）度数据（湍流）名 称阻力系数当量长度与管径之比le/d名 称阻力系数当量长度与管径之比le/d弯头，45弯头，90180回弯头管接头活管接头标准三通管闸阀全开半开0.350.751.50.040.0410.174.51735752250

27、9225标准阀 全开 半开单向阀（止逆阀）摇板式 球形式角阀（全开）水表（盘形）6.09.52.070.02.07.03004751003500100350返回上页返回上页化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章三、局部损失三、局部损失管出口：管出口：A2A1，阻力系数，阻力系数 o=1管入口：管入口：A2A1，阻力系数，阻力系数 i=0.5化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章2-2面取在出口外侧时，wf中应包括出口阻力损失（其大小为 ），但2-2面的动能为零。四、管内流淌总阻力损失的计算四、管内流淌总阻力损失的计算总阻力损失总阻力损失管出口弯管阀门管入口机械能衡算方程：机械能

28、衡算方程：2-2面取在出口内侧时，wf中应不包括出口阻力损失，但出口截面处的动能22u2特殊留意：管出口截面的选取位置不同，特殊留意：管出口截面的选取位置不同，总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算方程结果相同。见下图：方程结果相同。见下图：请思索：如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？请思索：如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？试分别列出来。试分别列出来。22u2化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章44/111【例例】总阻力损失的计算总阻力损失的计算如图所示，将敞口高位槽如图所示，将敞口高位槽A中密度中密度870 kg m-3

29、、黏度、黏度0.8 mPa s的溶液的溶液自流送入设备自流送入设备B中。中。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道分别为，阀门前、后的输送管道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以4 m3 h-1的流量流入设备的流量流入设备B中，问中，问 z 为多少米？为多少米？解：解：1 11 12 22 2在面在面1-11-1与与2-22-2间列机械能衡算式：间列机械能衡算式：注：注

30、：面面2-22-2取在取在管出口内侧、外管出口内侧、外测均可，这里取测均可，这里取在内侧。在内侧。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章45/111密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管，阀门前、后的输送管道分别为道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。弯头、一个标准阀（全开）。流量流量4 m3 h-11 11 12 22 2m s-1查表查表1-1取管壁

31、确定糙度取管壁确定糙度 =0.2 mm /d1=0.00606查图查图1-27 1=0.032化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章46/111密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管，阀门前、后的输送管道分别为道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为分总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）弯头、一个标准阀（全开）。流量。流量4 m3 h-11 11 12 22 2m s-1 /d2=0.2/27=

32、0.0074查图查图1-27 2=0.033突然缩小突然缩小 1=0.5，查表查表1-2知知 90 弯头弯头 2=0.75+0.5+0.75化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章47/111密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管，阀门前、后的输送管道分别为道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。弯头、一个标准阀（全开）。流量流量4 m3 h-11 11 1

33、2 22 2查表查表1-2知知标准阀（全开）标准阀（全开）=6.40.5+0.756.4作业：作业：返回书目返回书目化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章48/1111 11 1221110m2 22 2解：以水槽液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。如图如图1所示，用泵将所示，用泵将20的水以每小时的水以每小时20m3的输送量从低位敞口水槽的输送量从低位敞口水槽输送至高位槽内，高位槽上方的气体压强为输送至高位槽内，高位槽上方的气体压强为0.2103Pa(表压表压)，两槽液面，两槽液面均维持恒定，期间的垂直距离为均维持恒定，期间的垂直距离为10m

34、。输送管路直径为。输送管路直径为83mm3.5mm，直管部分的总长度为直管部分的总长度为100m，管壁绝对粗糙度，管壁绝对粗糙度 ，管路中有管路中有3个标个标准直角弯头、准直角弯头、1个全开的闸阀、个全开的闸阀、2个三通及个三通及1个摇板式止回阀。个摇板式止回阀。20水的密水的密度为度为998.2kg/m3，黏度为，黏度为1.00410-3Pa.s，试计算：若泵的效率为，试计算：若泵的效率为70%，计算泵的轴功率。计算泵的轴功率。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章49/111在截面在截面1-11-1与与2-22-2之间列伯努利方程：之间列伯努利方程：式中式中Z1=0，Z2=10，p

35、1=0(表压表压)，p2=0.2103Pa(表压表压)，水槽和高位槽的截面远大于管道截面，水槽和高位槽的截面远大于管道截面，故故u10，u20，列伯努利方程简化为：，列伯努利方程简化为：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章50/111泵的有效功率：泵的有效功率：所以泵的轴功率：所以泵的轴功率：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章51/111第五节第五节流量测量流量测量一、变压头流量计一、变压头流量计下面介绍依据流体力学原理而制作的测量流量的仪器下面介绍依据流体力学原理而制作的测量流量的仪器变压头流量计变压头流量计变截面流量计变截面流量计测速管测速管孔板流量计孔板流量计文丘里

36、流量计文丘里流量计1、测速管：又称皮托（、测速管：又称皮托（Pitot）管）管p结构：结构：如图所示如图所示。测速原理：测速原理：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章52/1111 1、测速管、测速管测速管加工及运用留意事项：测速管加工及运用留意事项：u测速管的尺寸不行过大，一般测速管直径不应超过管道直径的测速管的尺寸不行过大，一般测速管直径不应超过管道直径的1/15。u测速管安装时，必需保证安装饰位于充分发展流段，一般测量点的上、测速管安装时，必需保证安装饰位于充分发展流段，一般测量点的上、下游最好各有下游最好各有50d 以上的直管段作为稳定段。以上的直管段作为稳定段。u测速管管口

37、截面要严格垂直于流淌方向。测速管管口截面要严格垂直于流淌方向。优点：优点：结构简洁、阻力小、运用便利，尤结构简洁、阻力小、运用便利，尤其适用于测量气体管道内的流速。其适用于测量气体管道内的流速。缺点：缺点：不能干脆测出平均速度；不能干脆测出平均速度；压差计读数小，常须放大才能读得精确。压差计读数小，常须放大才能读得精确。问：问：若不垂直会怎样？若不垂直会怎样？化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章53/111一、变压头流量计一、变压头流量计测速管测速管孔板流量计孔板流量计文丘里流量计文丘里流量计2孔板流量计孔板流量计结构：结构：如图所示如图所示。测量原理：测量原理：孔板孔板 测出孔板上

38、、下游两个固定测出孔板上、下游两个固定位置之间的压差，便可计量出流位置之间的压差，便可计量出流量的大小。量的大小。取压方法：取压方法：接受角接法（取压口在法兰上）接受角接法（取压口在法兰上）思索：思索：1、2间的压力分布为何呈现间的压力分布为何呈现上图所示的形态？上图所示的形态？化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章54/1112孔板流量计孔板流量计优点：构造简洁，制造和安装都很便利优点：构造简洁，制造和安装都很便利缺点：机械能损失（称之为永久损失）大，缺点：机械能损失（称之为永久损失）大，当当d0/d1=0.2时，永久损失约为测得时，永久损失约为测得 压差的压差的90%，常用的常用的

39、d0/d1=0.5情形下，永久损失情形下，永久损失 也有也有75%。u安安装装时时应应在在其其上上、下下游游各各有有一一段段直直管管段段作作为为稳稳定定段段，上上游长度至少应为游长度至少应为10d1，下游为，下游为5d1 运用时的留意事项：运用时的留意事项：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章55/111一、变压头流量计一、变压头流量计3文丘里（文丘里（Venturi）流量计）流量计收缩段锥角通常取收缩段锥角通常取15 25，扩大段锥角要取得小些，一般为扩大段锥角要取得小些，一般为5 7 测速管测速管孔板流量计孔板流量计文丘里流量计文丘里流量计请点击看动画请点击看动画优优点点：其其永

40、永久久损损失失小小，故故尤尤其其适适用用于于低低压压气气体体的的输输送送（C0 中中的的D可可 取为取为0.980.99）。）。缺点：缺点：加工比孔板困难，因而造价高加工比孔板困难，因而造价高安装时需占去确定管长位置。安装时需占去确定管长位置。总结：总结：变压头流量计的特点：变压头流量计的特点：恒截面，变压头恒截面，变压头化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章56/111转子流量计转子流量计测量原理：测量原理：随着转子的上浮，环隙面积渐渐增大，随着转子的上浮，环隙面积渐渐增大，环隙内流速将减小，于是升力也随之减小。环隙内流速将减小，于是升力也随之减小。当转子上浮至某一高度时，升力与净重

41、当转子上浮至某一高度时，升力与净重力（重力浮力）相等，转子受力达到平力（重力浮力）相等，转子受力达到平衡，并停留在这一高度上。衡，并停留在这一高度上。转子流量计就是依据这一原理，用转子转子流量计就是依据这一原理，用转子的位置来指示流量大小的。的位置来指示流量大小的。特点：特点：恒压头，变截面恒压头，变截面化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章57/111转子流量计转子流量计比照：孔板流量计比照：孔板流量计化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章58/111转子流量计转子流量计思索：以下几个说法是否正确？思索：以下几个说法是否正确？1 1、转子流量计以转子的位置来指示流、转子流量计

42、以转子的位置来指示流 量，是因为高度与流量成正比。量，是因为高度与流量成正比。2 2、转子流量计的环隙速度、转子流量计的环隙速度u0u0为常数。为常数。3 3、转子流量计的永久阻力损失、转子流量计的永久阻力损失wfwf不随不随 流量而变。流量而变。4 4、转子流量计的升力不随流量而变。、转子流量计的升力不随流量而变。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章59/111v转子流量计必需垂直安装转子流量计必需垂直安装v应安装旁路以便于检修。应安装旁路以便于检修。优点：优点：读取流量便利读取流量便利流体阻力小，流体阻力小，测量精确度较高，测量精确度较高，能用于腐蚀性流体的测量能用于腐蚀性流体的

43、测量流量计前后无须保留稳定段。流量计前后无须保留稳定段。缺点：缺点：玻璃管易碎，且不耐高温、高压。玻璃管易碎，且不耐高温、高压。转子流量计运用、安装中留意事项：转子流量计运用、安装中留意事项：返回书目返回书目作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章60/111第一章第一章 小结小结化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章61/111第一章第一章 小结小结重要概念：重要概念：连连续续介介质质、等等压压面面、黏黏度度 及及其其影影响响因因素素、雷雷诺诺数数、层流与湍流的本质区分、层流与湍流的本质区分、设备及仪表：设备及仪表：压差计、流量计等结构及测量原理。压差计、流量计等结构及测量原理。化工原理化工原理电子教案电子教案/第一章第一章62/111第三版第第三版第1818次印刷的教材更正次印刷的教材更正vP30表表1-2 标准阀（球阀）标准阀（球阀）v习题习题1-5答案：答案：1716mmHgv习题习题1-11答案：答案：171mmv习题习题1-21答案：答案：0.2mv习题习题1-25答案：答案：u1=7.24 m s-1，u2=10.54 m s-1；风机出口压力；风机出口压力p=65.1 mmH2O v习题习题1-26答案：答案：11.4mv习题习题1-29答案：答案：492.2kPav习题习题1-31答案：答案：628kg h-1