《第三章 物料输送及输送设备.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 物料输送及输送设备.ppt（102页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章第三章 固体及流体输送固体及流体输送设备设备第一节 固体原料的输送 1、机械的输送机械的输送为了是物料能起到混合搅拌和输送作用，固体输送主要是采用机械输送。发酵厂内固体输送大多采用皮带输送机，斗式提升机和螺旋混合器（也称绞龙）。如果在绞龙上加盖铁板，则在密闭系统内进行物料输送，对粉状物料而言，可以防止运转时粉尘的飞扬。2、气流输送 又称风送，或称气力输送。它是利用空气流动所又称风送，或称气力输送。它是利用空气流动所产生的推动力在管道中输送的，其简单原理是，产生的推动力在管道中输送的，其简单原理是，固体物料在垂直向上的气流中，受到向下拉的重固体物料在垂直向上的气流中，受到向下拉的重力力F1
2、F1，和气流向上推的动力，和气流向上推的动力F2F2，如果，如果F2F2大于大于F1F1，则气流向上推动，使物料由低位向高位运送。，则气流向上推动，使物料由低位向高位运送。例如甘薯干的块状原料，利用风动运送，有引风例如甘薯干的块状原料，利用风动运送，有引风机把甘薯干运进料管，从低位向高位运送上去，机把甘薯干运进料管，从低位向高位运送上去，而原料中的铁皮、石块等杂物，因比重较大，不而原料中的铁皮、石块等杂物，因比重较大，不能为气流所带走，而自动掉落在地上。风送特别能为气流所带走，而自动掉落在地上。风送特别适于输送散粒状或块状的物料，是一种较好的输适于输送散粒状或块状的物料，是一种较好的输送方式。
3、送方式。垂直管中的悬浮输送机理垂直管中的悬浮输送机理垂直管中的悬浮输送机理垂直管中的悬浮输送机理设物料小颗粒，在静止的设物料小颗粒，在静止的空气中自由降落，颗粒上空气中自由降落，颗粒上作用力有三：颗粒重力作用力有三：颗粒重力WsWs，浮力，浮力WaWa，及空气阻力，及空气阻力fsfs。当当Ws=Ws=WaWa+fsfs时颗粒在时颗粒在空气中以不变的速度空气中以不变的速度tt作作匀速降落，称为颗粒的自匀速降落，称为颗粒的自由沉降。由沉降。根据相对运动的原理，当空气以颗粒的沉降速度自下而上流过颗粒时，颗粒必将自由悬浮在气流中。这时的气流速度称为颗粒的悬浮速度。如果气流速度大于颗粒的悬浮速度，则在气
4、流中悬浮的颗粒，必将为气流带走，而发生了气流输送。这时的气流速度又称气流的输送速度水平管中的悬浮输送机理当气流速度很大时，颗粒当气流速度很大时，颗粒全部悬浮，均匀分布于气全部悬浮，均匀分布于气演中，呈现所谓悬浮流状演中，呈现所谓悬浮流状态。态。当气流速度降低时，一部当气流速度降低时，一部分颗粒沉积管下部，但没分颗粒沉积管下部，但没有降落在管壁上，整个管有降落在管壁上，整个管截面上出现上部颗粒稀薄，截面上出现上部颗粒稀薄，下部颗粒密集的所谓两相下部颗粒密集的所谓两相流动状态，这种状态为悬流动状态，这种状态为悬浮输送的极限状态。浮输送的极限状态。气流输送的流程 管网系统的设计计算A A，空气需求量
5、的计算，空气需求量的计算混合比混合比 的确定的确定定义：每定义：每1kg1kg空气所能提升或输送的物料流量空气所能提升或输送的物料流量GG物物（kg/hkg/h）与空气流量）与空气流量GG气（气（kg/hkg/h）之比。）之比。=G=G物物/G/G气气选择依据：选择依据：大，每大，每1kg1kg空气输送的物料量大；空气输送的物料量大；过高的过高的 易造成管道阻塞，阻力损失大，需较高压力的空易造成管道阻塞，阻力损失大，需较高压力的空气，增大设备费用；气，增大设备费用；松散颗粒（大松散颗粒（大），潮湿易结快物料和粉状物料（小），潮湿易结快物料和粉状物料（小）；）；吸入式流程（小吸入式流程（小 ），
6、压送式流程（大），压送式流程（大）。）。混合比值输送方式系统内压力/Pa混合比/低真空吸送高真空吸送低压压送高压压送-0.2 105以下（-0.2-0.5）105小于0.5105(17)10511010301101050计算时，可参考经验数据。原粮装卸=714，米厂=4左右 气流速度的选择输送物料的空气速度即输送气流速度，简称气流速度。气流速度过低，被输送物料不能悬浮或不能完全悬浮；气流速度过高，浪费动力和增加颗粒的破碎。气流速度与输送距离总距离/m气流速度/（m/s）对大约90%的气流输送，25米/秒的气流速度是足够的。对物料不超过880kg/m3和颗粒体积不大于2.0cm3时，表中的气流速
7、度是可用的。物料密度超过880，但小于1360时，表中气流速度值增加5米/秒。对密度在13601840时，表中增加10米秒。物料密度超过1840或颗粒尺寸大于2.0cm3时，气流速度应由实验测定。输送空气量的计算由上式计算得的管径，在根据国家的管径规格，选用标准管径。输料管一般采用无缝钢管、普通水煤气管、不锈钢管或硬质聚乙烯管等。用上述公式计算输送管径时，因为被输送的物料与空气的重度相差悬殊，物料的体积忽略不计。如果用上述公式计算空气管的管径，则：空气管中的气流速度取614m/s；压缩空气管路系统取610m/s；低压或负压空气管路取1014m/s 管网中的阻力计算（压力降计算）a，空气管的压力
8、损失p1：指不带物料的气流管道中纯空气气流的压力损失 加速段的压力损失p2：加入输料管的的物料，加入前一般是静止的，在气流方向上的初速度一般为零，要求输送它的空气流在瞬间将它加速到输送速度，而产生的压力损失。C：供料系数，其直为110，连续稳定供料取小值，间断供料或从吸嘴供料取大值。c，输料管的压力损失：指以稳定状态输送物料时，输料管中由于物料在管内相互碰撞摩擦而引起的压力损失。d，分离器（卸料器）的压力损失空气进出口的压力损失D D，气流输送系统中总，气流输送系统中总的压力损失的压力损失pppp=p1+p2+p3+=p1+p2+p3+p4+p5p4+p5E E，风机风机风量、风，风机风机风量
9、、风压和功率消耗的计算压和功率消耗的计算QQ风机风机=（1.11.21.11.2）QQ气（气（m3/hm3/h）p风机=（1.11.2）p（Pa）第二节 液体物料的输送设备 化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大多化工生产中处理的原料、中间产物，产品，大多数是数是流体流体，涉及的过程大部分在流动条件下进行。流，涉及的过程大部分在流动条件下进行。流体的流动和输送是必不可少的过程操作。体的流动和输送是必不可少的过程操作。选择输送流体所需管径尺寸。选择输送流体所需管径尺寸。确定输送流体所需能量和设备。确定输送流体所需能量和设备。流体性能参数的测量流体性能参数的测量,控制。控制。研研究究流流体体的的
10、流流动动形形态态，为为强强化化设设备备和和操操作作提提供供理论依据。理论依据。了了解解输输送送设设备备的的工工作作原原理理和和操操作作性性能能，正正确确地地使用流体输送设备。使用流体输送设备。研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。研究流体的流动和输送主要是解决以下问题。3.1 3.1 流体的基本性质流体的基本性质3.2 流体流动的基本规律3.3 3.3 流体压力和流量的测量流体压力和流量的测量 3.5 3.5 流体输送设备流体输送设备3.4 3.4 管内流体流动的阻力管内流体流动的阻力3.1 3.1 流体的基本性质流体的基本性质 1 1密度密度 单单位位体体积积流流体体所所具具有有的的质质量
11、量称称为为流流体体的的密密度度，其表达式为：其表达式为：流流体体密密度度，kmkm-3-3 ;mm流流体体质质量量，kgkg；VV流体体积，流体体积，m m3 3。气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力气体具有可压缩性及热膨胀性，其密度随压力和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气和温度有较大的变化。气体密度可近似地用理想气体状态方程进行计算：体状态方程进行计算：=pM/RT p p气气体体压压力力 kNmkNm-2-2或或kPakPa；T T气气体体温温度度 K K；MM气气体体摩摩尔尔质质量量 gmolgmol-1-1；RR气气体体常常数数Jmo1Jmo1-1 1KK-1-1。=m=
12、mV V 化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组化工生产中所遇到的流体，往往是含有多个组分的混合物。对于分的混合物。对于液体混合物液体混合物，各组分的浓度常用，各组分的浓度常用质量分数表示。质量分数表示。I I液液体体混混合合物物中中各各纯纯组组分分液液体体的的密密度度，kgmkgm-3 3；w wI I液体混合物中各组分液体的质量分数。液体混合物中各组分液体的质量分数。I I气体混合物各纯组分的密度，气体混合物各纯组分的密度，kgmkgm-3-3；I I气体气体混合物中各组分的体积分数。混合物中各组分的体积分数。对于对于气体混合物气体混合物:2 2比体积比体积 单单位位质质量量流流体体所所
13、具具有有的的体体积积称称为为流流体体的的比比体体积积，以以表示，它与流体的密度互为倒数表示，它与流体的密度互为倒数:一流体的比体积，一流体的比体积，m m33kgkg-1-1；流体的密度，流体的密度，kgmkgm-3-3。=1/=1/3 3压力压力 流体垂直作用于单位面积上的力称为流体垂直作用于单位面积上的力称为压力压力：pp流体的压力，流体的压力，PaPa；FF流体垂直作用于面积流体垂直作用于面积A A上的力，上的力，N N；AA作用面积，作用面积，m m2 2。压力的单位压力的单位PaPa（PascalPascal，帕），即帕），即NmNm-2-2。latmlatm760mmHg760mm
14、Hg1.01325101.01325105 5PaPa10.33mH10.33mH2 2O O1.033kgf1.033kgf-2-2常用压力单位与常用压力单位与PaPa之间的换算关系如下：之间的换算关系如下：p p=F=FA A 压力有两种表达方式。一是以绝对零压为起点压力有两种表达方式。一是以绝对零压为起点而计量的压力；另一个是以大气压力为基准而计量而计量的压力；另一个是以大气压力为基准而计量的压力，当被测容器的压力高于大气压时，所测压的压力，当被测容器的压力高于大气压时，所测压力称为力称为表压表压，当测容器的压力低于大气压时，所测，当测容器的压力低于大气压时，所测压力称为压力称为真空度真
15、空度。两两种种表表达达压压力力间间的的换换算关系为算关系为 表压表压=绝对压力绝对压力-大气压力大气压力真空度大气压力真空度大气压力-绝对压力绝对压力用图用图3131来表示其关系来表示其关系4 4流量和流速流量和流速 单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，单位时间内流体流经管道任一截面的流体量，称为称为流体的流量流体的流量。若流体量用体积来计量，称为。若流体量用体积来计量，称为体体积流量积流量，以符号，以符号q qv v表示，单位为表示，单位为m m3 3ss-1-1；若流体量若流体量用质量来计量，则称为用质量来计量，则称为质量流量质量流量，以符号，以符号q qm m表示，表示，其单位为其单
16、位为kgskgs-1-1。若流体量用物质的量表示，称为若流体量用物质的量表示，称为摩尔流量摩尔流量，以符号，以符号q qn n表示，其单位为表示，其单位为molsmols-1-1。qm=qV 质量流量与摩尔流量的关系为质量流量与摩尔流量的关系为 qmMqn 体积流量和质量流量的关系为：体积流量和质量流量的关系为：单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过单位时间内，流体在管道内沿流动方向所流过的距离，称为流体的流速，以的距离，称为流体的流速，以u u表示，单位为表示，单位为 msms-1 1。u=qV/S SS与流体流动方向相垂直的管道截面积，与流体流动方向相垂直的管道截面积，m m2 2 管道
17、中心的流速最大，离管中心距离越远，流管道中心的流速最大，离管中心距离越远，流速越小，而在紧靠管壁处，流速为零。速越小，而在紧靠管壁处，流速为零。通常所说的流速是指流道整个截面上的平均流速，通常所说的流速是指流道整个截面上的平均流速，以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值来表以流体的体积流量除以管路的截面积所得的值来表示：示：质量流速质量流速的定义是单位时间内流体流经管路单的定义是单位时间内流体流经管路单位截面积的质量，以位截面积的质量，以w w表示，单位为表示，单位为 kgskgs-1-1mm-2-2，表达式为：表达式为：w=qmS 流速和质量流速两者之间的关系：流速和质量流速两者之间的关系
18、：液体液体1.53.01.53.0msms-1-1，高粘度液体高粘度液体0.50.51.0 1.0 msms-1-1；气体气体101020 20 msms-1-1，高压气体高压气体151525 25 msms-1-1；饱饱和水蒸气和水蒸气2040 2040 msms-1-1，过热水蒸气过热水蒸气3050 3050 msms-1-1。w=u工业上用的流速范围大致为：工业上用的流速范围大致为：5 5粘度粘度 粘粘性性是是流流体体内内部部摩摩擦擦力力的的表表现现，粘粘度度是是衡衡量量流流体体粘粘性性大大小小的的物物理理量量，是是流流体体的的重重要要参参数数之之一一。流流体的粘度越大，其流动性就越小。
19、体的粘度越大，其流动性就越小。流体在圆管内的流动，可以看成分割成无数极流体在圆管内的流动，可以看成分割成无数极薄的圆筒层，其中一层套着一层，各层以不同的速薄的圆筒层，其中一层套着一层，各层以不同的速度向前流动，如图度向前流动，如图32所示。所示。图图3一一3所示，将下板固定，而对上板施加一个恒定所示，将下板固定，而对上板施加一个恒定的外力，上板就以某一恒定速度的外力，上板就以某一恒定速度u沿着沿着x方向运动。方向运动。实验证明实验证明，对于一定的液体，内摩擦力对于一定的液体，内摩擦力F与两流与两流体层间的速度差体层间的速度差u呈正比，与两层间的接触面积呈正比，与两层间的接触面积A呈呈正比，而与
20、两层间的垂直距离正比，而与两层间的垂直距离y呈反比呈反比，即：即：F(u/y)A 引入比例系数引入比例系数，则：，则：F（u/y）A 单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，单位面积上的内摩擦力称为内摩擦应力或剪应力，以以表示，则有：表示，则有：FA（u/y）当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是当流体在管内流动时，径向速度的变化并不是直线关系，而是曲线关系，则有：直线关系，而是曲线关系，则有：（du/dy）du/dy速度梯度，即在与流动方向相垂直的速度梯度，即在与流动方向相垂直的y方方向向上流体速度的变化率上流体速度的变化率 比例系数，亦称为粘性系数，简称粘度。比例系数，亦称为粘性系数
21、，简称粘度。凡符合牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，凡符合牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，所有气体和大多数液体都属于牛顿型流体。所有气体和大多数液体都属于牛顿型流体。液体的粘度随着温度的升高而减小，气体的粘液体的粘度随着温度的升高而减小，气体的粘度随着温度的升高而增加。度随着温度的升高而增加。压力变化时，液体的粘度基本上不变，气体的压力变化时，液体的粘度基本上不变，气体的粘度随压力的增加而增加得很少。粘度随压力的增加而增加得很少。=/(du/dy)=(Nm-2)/(ms-1m-1)Nsm-2Pas流流体体的的粘粘度度还还用用粘粘度度与与密密度度的的比比值值来来表表示示，称称为为运动粘度，以运
22、动粘度，以表示之：表示之：对于低压气体混合物的粘度，可采用下式进行计算对于低压气体混合物的粘度，可采用下式进行计算1 P100cP（厘泊）厘泊）=10-1Pas单位为单位为m2s-1 1st100 cst(厘沲厘沲)10-4m2s-1在工业上常常遇到各种流体的混合物。在工业上常常遇到各种流体的混合物。m常压下混合气体的粘度；常压下混合气体的粘度；yi气体混合物中某一组分的摩尔分数；气体混合物中某一组分的摩尔分数；m=（yiiMi1/2)（yiMi1/2)=/i与气体混合物相同温度下某一组分的粘度；与气体混合物相同温度下某一组分的粘度；Mi气体混合物中某一组分的相对分子质量。气体混合物中某一组分
23、的相对分子质量。m液体混合物的粘度；液体混合物的粘度；xi液体混合物中某一组分的摩尔分数；液体混合物中某一组分的摩尔分数；i与液体混合物相同温度下某一组分的粘度与液体混合物相同温度下某一组分的粘度 对于分子不发生缔合的液体混合物的粘度，采用下对于分子不发生缔合的液体混合物的粘度，采用下式计算：式计算：lgm=3.2 流体流动的基本规律流体流动的基本规律1定态流动和非定态流动定态流动和非定态流动 流体在管道或设备中流动流体在管道或设备中流动时，若在任一截面上流体的时，若在任一截面上流体的流速、压力、密度等有关物流速、压力、密度等有关物理量仅随位置而改变，但不理量仅随位置而改变，但不随时间而改变，
24、称为定态流随时间而改变，称为定态流动；反之，若流体在各截面动；反之，若流体在各截面上的有关物理量中，只要有上的有关物理量中，只要有一项随时间而变化，则称为一项随时间而变化，则称为非定态流动。非定态流动。2定态流动过程物料衡算定态流动过程物料衡算连续性方程连续性方程 当流体在流动系统中作定态流动时，根据质量当流体在流动系统中作定态流动时，根据质量作用定律，在没有物料累积和泄漏的情况下，单位作用定律，在没有物料累积和泄漏的情况下，单位时间内通过流动系统任一截面的流体的质量应相等。时间内通过流动系统任一截面的流体的质量应相等。对上图所示截面对上图所示截面11和和22之间作物料衡算：之间作物料衡算：q
25、m,1=qm,2因为因为qm=uS，所以：所以：1u1S1=2u2S 在任何一个截面上，则：在任何一个截面上，则：qm=1u1S12u2S2nunSn=常数常数 对于不可压缩流体，对于不可压缩流体，=常数，则：常数，则：它反映在定态流动体系中，流量一定时，管路各截面它反映在定态流动体系中，流量一定时，管路各截面上流体流速的变化规律。上流体流速的变化规律。3流体定态流动过程的能量衡算流体定态流动过程的能量衡算柏努利方程柏努利方程 流动体系的能量形式主要有流动体系的能量形式主要有：流体的动能、位能、流体的动能、位能、静压能以及流体本身的内能。静压能以及流体本身的内能。qV=u1S1=u2S2=un
26、Sn=常数常数 动能动能 流体以一定的流速流动时，便具有一定的动流体以一定的流速流动时，便具有一定的动能。动能为能。动能为mu2/2，单位为单位为kJ。位能位能 流体因受重力的作用，在不同高度处具有不流体因受重力的作用，在不同高度处具有不同的位能，相当在高度同的位能，相当在高度Z处所做的功，即处所做的功，即mgZ，单位为单位为kJ。静压能静压能 静止流体内部任一处都存在一定的静压静止流体内部任一处都存在一定的静压力。力。把流体引入压力系统把流体引入压力系统所做的功，称为流动功。所做的功，称为流动功。流体由于外界对它作流动流体由于外界对它作流动功而具有的能量，称为功而具有的能量，称为静静压能压能
27、。内内能能 内内能能（又又称称热热力力学学能能）是是流流体体内内部部大大量量分分子子运运动动所所具具有有的的内内动动能能和和分分子子间间相相互互作作用用力力而而形形成成的的内内位位能能的的总总和和。以以U表表示示单单位位质质量量的的流流体体所所具具有有的的内内能，则质量为能，则质量为m（kg）的流体的内能为的流体的内能为mU，单位单位kJ。流流体体的的流流动动过过程程实实质质上上是是流流动动体体系系中中各各种种形形式式能能量之间的转化过程。量之间的转化过程。（1）理想流体流动过程的能量衡算）理想流体流动过程的能量衡算 理想流体是指在流理想流体是指在流动时没有内摩擦力存在动时没有内摩擦力存在的流
28、体，即粘度为零。的流体，即粘度为零。如上图，设在单位时间内有质量为如上图，设在单位时间内有质量为m(kg)、密度为密度为的的理想流体在导管中做定态流动，在与流体流动的垂直方向理想流体在导管中做定态流动，在与流体流动的垂直方向上选取截面上选取截面1l和截面和截面22，在两截面之间进行能量衡，在两截面之间进行能量衡算。算。今流体在截面今流体在截面 22处的流速为处的流速为u2，即即=mgZ1+m u12/2+p1m/=mgZ2+m u22/2+p2m/根据能量守恒定律，若在两截面之间没有外界能根据能量守恒定律，若在两截面之间没有外界能量输入，流体也没有对外界作功，则流体在截面量输入，流体也没有对外
29、界作功，则流体在截面11”和截面和截面22”之间应符合：之间应符合：=即 mgZ1+m u12/2+p1m/=mgZ2+m u22/2+p2m/对于单位质量流体，则：对于单位质量流体，则：gZ1+u12/2+p1/=gZ2+u22/2+p2/对于单位重力（重力单位为牛顿）流体，有：对于单位重力（重力单位为牛顿）流体，有：Z1+u12/(2 g)+p1/(g)=Z2+u22/(2g)+p2/(g)工程上，将单位重力的流体所具有的能量单位为工程上，将单位重力的流体所具有的能量单位为JN-1，即即m，称为称为“压头压头”，则，则Z、u2/(2g)和和p/(g)分分别是以压头形式表示的位能、动能和静压
30、能，分别称别是以压头形式表示的位能、动能和静压能，分别称为为位压头、动压头和静压头位压头、动压头和静压头。使用压头形式表示能量时，应注明是哪一种流体，使用压头形式表示能量时，应注明是哪一种流体，如流体是水，应说它的压头是多少米水柱。如流体是水，应说它的压头是多少米水柱。以以上上各各式式都都是是理理想想流流体体在在定定态态流流动动时时的的能能量量衡衡算算 方方 程程 式式，又又 称称 为为 柏柏 努努 利利 方方 程程（Bernoulli equation）由柏努利方程可知，由柏努利方程可知，理想流体在管道各个截面上的理想流体在管道各个截面上的每种能量并不一定相等，它们在流动时可以相互转每种能量
31、并不一定相等，它们在流动时可以相互转化，但其在管道任一截面上各项能量之和相等，即化，但其在管道任一截面上各项能量之和相等，即总能量（或总压头）是一个常数。总能量（或总压头）是一个常数。为克服流动阻力使流体流动，往往需要安装流体为克服流动阻力使流体流动，往往需要安装流体输送机械（如泵或风机）。设单位重力的流体从流体输送机械（如泵或风机）。设单位重力的流体从流体输送机械所获得的外加压头为输送机械所获得的外加压头为He，单位单位JN-1域域m。则实际流体在流动时的柏努利方程为：则实际流体在流动时的柏努利方程为：对对于于静静止止状状态态的的流流体体，u=0，没没有有外外加加能能量量，He=0，而而且且
32、也也没没有有因因摩摩擦擦而而造造成成的的阻阻力力损损失失f=0，则则柏柏努利方程简化为：努利方程简化为：Z1+u12/(2 g)+p1/(g)+He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+hfp1-p2=g(Z1-Z2)Z1+p1/(g)=Z2+p2/(g)或或 实际流体在流动时，由于流体粘性的存在，必然实际流体在流动时，由于流体粘性的存在，必然造成阻力损失。造成阻力损失。（2）实际流体流动过程的能量衡算）实际流体流动过程的能量衡算 连续性方程和柏努利方程可用来计算化工生产中连续性方程和柏努利方程可用来计算化工生产中流体的流速或流量、流体输送所需的压头和功率等流流体的流速或流量、流体输送所需的
33、压头和功率等流体流动方面的实际问题。体流动方面的实际问题。作作图图 根根据据题题意意作作出出流流动动系系统统的的示示意意图图以以助助分分析题意。析题意。单位务必统一单位务必统一 最好均采用国际单位制。最好均采用国际单位制。4流体流动规律的应用举例流体流动规律的应用举例 在应用柏努利方程时，应该注意以下几点。在应用柏努利方程时，应该注意以下几点。截面的选取截面的选取 确定出上下游截面以明确对流动系确定出上下游截面以明确对流动系统的衡算范围。统的衡算范围。基准水平面的选取基准水平面的选取 为了简化计算，通常将所选为了简化计算，通常将所选两个截面中位置较低的一个作为基准水平面。两个截面中位置较低的一
34、个作为基准水平面。例例 3l 今今有有一一离离心心水水泵泵，其其吸吸入入管管规规格格为为88.5mm4 mm，压压出出管管为为75.5mm3.75mm，吸吸入入管管中中水水的的流流速速为为 1.4 ms-1，试求压出管中水的流速为多少？试求压出管中水的流速为多少？（1）管道流速的确定）管道流速的确定解解：吸入管内径吸入管内径dl=88.52 480.5 mm 压出管内径压出管内径 d275.52 3.75=68 mm根据连续性方程根据连续性方程 u1S1=U2S2 圆管的截面积圆管的截面积S=d2/4，上式写成：上式写成：u2/ul=(dl/d2)2压出管中水的流速为：压出管中水的流速为：u2
35、=(dl/d2)2 ul=(80.5/68)21.4ms-11.96 ms-1表明：当流量一定时，圆管中流体的流速与管径的表明：当流量一定时，圆管中流体的流速与管径的平方呈反比。平方呈反比。（2）容器相对位置的确定）容器相对位置的确定 例例32 采采用用虹虹吸吸管管从从高高位位槽槽向向反反应应釜釜中中加加料料。高高位位槽槽和和反反应应釜釜均均与与大大气气相相通通。要要求求物物料料在在管管内内以以 1.05 ms-1的的速速度度流流动动。若若料料液液在在管管内内流流动动时时的的能能量量损损失失为为 2.25 JN-1，试试求求高高位位槽槽的的液液面面应应比比虹虹吸吸管管的的出口高出多少米才能满足
36、加料要求？出口高出多少米才能满足加料要求？解解：作示意图，：作示意图，取高位槽的液面为截面取高位槽的液面为截面11，虹吸管的出口内侧为截面虹吸管的出口内侧为截面22，并取截面，并取截面22为基准水平面。为基准水平面。Z1+u12/(2 g)+p1/(g)+He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+hf 式中式中Z1=h，u1=0 p1=0(表压表压)，He=0；Z20，u2=1.05 ms-1，p2=0（表压），表压），h f2.25 JN-1在两截面间列出柏努利方程式：在两截面间列出柏努利方程式：代入柏努利方程式，并简化得：代入柏努利方程式，并简化得：h1.052 m2s-2/29.81
37、ms-22.25m2.31m即高位槽液面应比虹吸管的出口高即高位槽液面应比虹吸管的出口高2.31m，才能满才能满足加料的要求。足加料的要求。（3）送料用压缩空气的压力的确定）送料用压缩空气的压力的确定 例例34 用离心泵将贮槽中的料液输送到蒸发器内，用离心泵将贮槽中的料液输送到蒸发器内，敞口贮槽内液面维持恒定。已知料液的密度为敞口贮槽内液面维持恒定。已知料液的密度为 1200 kgm-3，蒸发器上部的蒸发室内操作压力为蒸发器上部的蒸发室内操作压力为 200 mm Hg(真空度真空度)，蒸发器进料口高于贮槽内的液面，蒸发器进料口高于贮槽内的液面 15 m，输送管道的直径为输送管道的直径为 68
38、min 4mm，送液量为送液量为 20 m3h-1。设溶液流经全部管路的能量损失为设溶液流经全部管路的能量损失为12.23 JN-1(不包括出口的能量损失不包括出口的能量损失)，若泵的效率为，若泵的效率为60，试求，试求泵的功率。泵的功率。（4）流体输送设备所需功率的确定）流体输送设备所需功率的确定 式中式中 ZI=0，ul0，p 10（表压）；表压）；Z215 m，因为因为 qv20/360015.5610-3m3s-1 S（0.06820.004）2m2/4 2.83 10-3 m2故故 u2Qv/S5.56 10-3m3S-1/2.83 103m2 =1.97 ms-1又又 p2200.
39、013 105/760 =2.67 104Pa（真空度）真空度）=-2.67 104Pa（表压）表压）解：解：取贮槽液面为截面取贮槽液面为截面11，管路出口内侧为截面，管路出口内侧为截面22，并以截面，并以截面1一一l为基准水平面。在截面为基准水平面。在截面11和和截面截面22之间进行能量衡算，有：之间进行能量衡算，有：Z1+u12/(2 g)+p1/(g)+He=Z2+u22/(2g)+p2/(g)+fNeqmgHeqvgHe=1200 kgm-35.56103 m3s-19.81m/s225.16m1.65103W1.65kwf12.23 JN-1将上列各数值代入拍努利方程式得：将上列各数
40、值代入拍努利方程式得：He15 m1.9722m2s-2/(29.81ms-1)-2.67104kgs-2m-1/(12009.81 kgs-2m-2)+12.23 m 25.16 m液柱液柱泵的理论功率：泵的理论功率：实际功率实际功率：Na=Ne/=1.65kw/0.60=2.75 kw3.3 流体压力和流量的测量流体压力和流量的测量 化工生产中，为了监视和控制工艺过程，实时化工生产中，为了监视和控制工艺过程，实时测量流体性能参数测量流体性能参数,所用测量仪表有不同的类型。所用测量仪表有不同的类型。1.流体压力的测量流体压力的测量 （1）U形管压力计形管压力计 U形压力计结构如图示。管中盛有
41、与测形压力计结构如图示。管中盛有与测量液体不互溶、密度为量液体不互溶、密度为i的指示剂。的指示剂。U形管的两个侧管分别连接到被测系统的形管的两个侧管分别连接到被测系统的两点两点,得：得：p=p2-p1=（i-）g(Z1-Z2)=（i-）gR式中：式中：R为压力计的读数，即指示液的液面差；为压力计的读数，即指示液的液面差；i和和分别为指示液及被测液体的密度。分别为指示液及被测液体的密度。p=p2-p1=I g（Z1-Z2）=I g R若被测量的流体是气体，上式可简化为：若被测量的流体是气体，上式可简化为：（2）倒置）倒置U形管压力计形管压力计倒置倒置U形管压力计结构如上图所示。形管压力计结构如上
42、图所示。（3）微差压力计）微差压力计 为测量微小压力差，常采用微差压力计。为测量微小压力差，常采用微差压力计。用于气体系统的测量。结构如下图所示用于气体系统的测量。结构如下图所示若若两两种种指指示示液液的的密密度度分分别别为为，l和和2，两两测压点之间的压力差为：测压点之间的压力差为：pp2pl=(1-2)gR上述各压力计构造简单，测压准确，在上述各压力计构造简单，测压准确，在实验室有广泛的应用。实验室有广泛的应用。2流体流量的测定流体流量的测定 利用流体机械能相互转换原理设计的流体流量测量利用流体机械能相互转换原理设计的流体流量测量仪表有仪表有孔板流量计，文丘里流量计和转子流量计孔板流量计，
43、文丘里流量计和转子流量计等。等。（1）孔板流量计孔板流量计 孔板流量计的结构孔板流量计的结构简单，如图所示。简单，如图所示。设流体的密度不变，设流体的密度不变，在孔板前导管上取一截在孔板前导管上取一截面面11，孔板后取另一，孔板后取另一截面截面22，列出两截面，列出两截面之间能量衡算式：之间能量衡算式：式式中中：u1流流体体通通过过孔孔板板前前的的流流速速，即即流体在管道中的流速，流体在管道中的流速，ms-1；u2流体通过孔板时的流速，流体通过孔板时的流速，ms-1；p1流体在管道中的静压力，流体在管道中的静压力，Pa；p2流体通过孔板时的压力流体通过孔板时的压力Pa Z1+u12/(2 g)
44、+p1/(g)=Z2+u22/(2g)+p2/(g)因是水平管道，因是水平管道，Z1=Z2，则有则有=u2=实实际际流流体体因因阻阻力力会会引引起起压压头头损损失失，孔孔板板处处并并有有收收缩缩造造成成的的骚骚扰扰，再再考考虑虑到到孔孔板板与与导导管管间间的的装装配配可可能有误差，归纳为校正系数，并以代替能有误差，归纳为校正系数，并以代替u2得得 的值为的值为0.610.63。若液柱压力计的读数为若液柱压力计的读数为R，指示液的密度为指示液的密度为i，则则 流量计算公式为流量计算公式为 qv=u0So=特点是结构简单，制造方便，应用广泛，缺点是能量特点是结构简单，制造方便，应用广泛，缺点是能量
45、损耗较大。损耗较大。(2)文丘里流量计文丘里流量计 针针对对孔孔板板流流量量计计能能量量损损耗耗较较大大的的缺缺点点，设设计计文文丘丘里里流流量计如图所示。量计如图所示。qv=u0So=式中：式中：为文丘里流量为文丘里流量计的流量系数，其值约计的流量系数，其值约为为0.98，S0为喉管处的截为喉管处的截面积。面积。(3)转子流量计转子流量计 如如图图所所示示，转转子子流流量量计计的的主主要要部部件件为为带带刻刻度度线线的的锥形玻璃管，管内装可上下浮动的转子。锥形玻璃管，管内装可上下浮动的转子。转子的上升力等于转子的净重力时，转子在流体中转子的上升力等于转子的净重力时，转子在流体中处于平衡状态处
46、于平衡状态pARVRRg-VRg式式中中 p转转子子上上下下间间的的压压差差,VR转转子子体体积积，AR转转子子顶顶端端面面的的横横截截面面积积,R转转子子密度密度 流体密度流体密度根据柏努利方程同样可导出：根据柏努利方程同样可导出：式中式中 cR校正因子，与流体的流形、转子形状等有关校正因子，与流体的流形、转子形状等有关。qV=uRSR=cRSR式中式中 SR转子与玻璃管环隙的面积，转子与玻璃管环隙的面积，m2 qV流体的体积流量，流体的体积流量，m3s1 转子采用转子采用不锈钢、铜及塑料不锈钢、铜及塑料等各种抗腐蚀材料等各种抗腐蚀材料制成，适用于中小流量的测定，常用于制成，适用于中小流量的
47、测定，常用于 2以下管道以下管道系统中，耐压在系统中，耐压在 300400 kPa范围。范围。流量公式为流量公式为3.4 管内流体流动的阻力管内流体流动的阻力 流流体体本本身身具具有有粘粘性性，流流体体流流动动时时因因产产生生内内摩摩擦擦力力而而消消耗耗能能量量，是是流流体体阻阻力力损损失失产产生生的的根根本本原原因因。管管道道大大小小、内内壁壁形形状状、粗粗糙糙度度等等影影响响着着流流体体流流动动状状况况，是是流流体体产产生生阻阻力力的的外外部部条条件件。本本节节介介绍绍管管路路与与系系统统的的管管、管管件件、阀阀门门，并并讨讨论论流流体体的的流流动动形形态态和和管内流体流动阻力的定量计算。
48、管内流体流动阻力的定量计算。1.管、管件及阀门简介管、管件及阀门简介 (1)管管 管管子子种种类类繁繁多多。有有铸铸铁铁管管、钢钢管管、特特殊殊钢钢管管、有色金属管、塑料管及橡胶管有色金属管、塑料管及橡胶管等。等。常常把把玻玻璃璃管管、铜铜管管、铅铅管管及及塑塑料料管管等等称称为为光光滑滑管管；旧钢管和铸铁管称为粗糙管旧钢管和铸铁管称为粗糙管.钢管分钢管分有缝钢管有缝钢管和和无缝钢管无缝钢管,管子按照管材的性质，管子按照管材的性质，可分为可分为光滑管和粗糙管光滑管和粗糙管。管壁粗糙面凸出部分的平均高度，称为管壁粗糙面凸出部分的平均高度，称为绝对粗糙绝对粗糙度度，以，以表示。绝对粗糙度表示。绝对
49、粗糙度与管内径与管内径d的比值的比值，称为称为相对粗糙度相对粗糙度。表。表31列出了部分管道的绝对粗糙度。列出了部分管道的绝对粗糙度。（3）阀门）阀门 阀门在管道中用以切断流动或调节流量。常用的阀阀门在管道中用以切断流动或调节流量。常用的阀门有截止阀、闸阀和止逆阀等。门有截止阀、闸阀和止逆阀等。（2）管件）管件 用来改变管道方向、连接支管、改变管径及堵塞管用来改变管道方向、连接支管、改变管径及堵塞管道等。道等。2.流动的形态流动的形态 为了解流体在管内流动状为了解流体在管内流动状况及影响因素，雷诺设计的实况及影响因素，雷诺设计的实验可直接观察到不同的流动形验可直接观察到不同的流动形态。实验装置
50、如图所示。态。实验装置如图所示。（1）两种流动形态）两种流动形态流速不大时墨水呈一条直线，平流速不大时墨水呈一条直线，平稳流过管，质点彼此平行的沿着稳流过管，质点彼此平行的沿着管轴的方向作直线运动，质点与质点之间互不混合。这管轴的方向作直线运动，质点与质点之间互不混合。这种流动形态称为种流动形态称为滞流或层流滞流或层流。开大阀门时，墨水线开始出现波动。流速继续增大，细开大阀门时，墨水线开始出现波动。流速继续增大，细线消失，墨水与水完全混合。线消失，墨水与水完全混合。表表明明水水的的质质点点除除了了沿沿着着管管道道向向前前流流动动以以外外，各各质质点点还还作作不不规规则则的的紊紊乱乱运运动动，且