第一章.流体流动题.ppt

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1、 例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m,密度 ，水层高度h2=0.6m，密度为 1）判断下列两关系是否成立 PAPA，PBPB。2）计算玻璃管内水的高度h。解：（1）判断题给两关系是否成立 A，A在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上 因B，B虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液 体，即截面B-B不是等压面，故（2）计算水在玻璃管内的高度hPA和PA又分别可用流体静力学方程表示 设大气压为Pa 例例 一输水管路的管内径为一输水管路的管内径为 ,新购置的水泵吸入管新购置的水泵吸入管规格为规格为 ,压出管规格为压出管规格为 ,水泵在最佳工况点工作时吸入管的流速为水泵在最佳工

2、况点工作时吸入管的流速为 。试求。试求压出管和管路中水的流速。压出管和管路中水的流速。解解：压出管中水的流速为管路中水的流速为12/18/20224、柏努利方程的应用、柏努利方程的应用1 1）确定流体的流量）确定流体的流量 例例：20的的空空气气在在直直径径为为80mm的的水水平平管管流流过过，现现于于管管路路中中接接一一文文丘丘里里管管，如如本本题题附附图图所所示示，文文丘丘里里管管的的上上游游接接一一水水银银U管管压压差差计计，在在直直径径为为20mm的的喉喉径径处处接接一一细细管管，其其下下部部插插入入水水槽槽中中。空空气气流流入入文文丘丘里里管管的的能能量量损损失失可可忽忽略略不不计计

3、，当当U管管压压差差计计读读数数R=25mm，h=0.5m时时，试试求求此此时时空空气气的的流流量量为为多多少少m3/h?当地大气压强为当地大气压强为101.33103Pa。12/18/2022分析：分析：求流量Vh已知d求u直管任取一截面柏努利方程气体判断能否应用？12/18/2022解：解：取测压处及喉颈分别为截面取测压处及喉颈分别为截面1-11-1和截面和截面2-22-2 截面截面1-11-1处压强处压强 ：截面截面2-22-2处压强为处压强为 ：流经截面流经截面1-1与与2-2的压强变化为：的压强变化为：12/18/2022 在在截截面面1-11-1和和2-22-2之之间间列列柏柏努努

4、利利方方程程式式。以以管管道道中中心心线作基准水平面。线作基准水平面。由于两截面无外功加入，所以由于两截面无外功加入，所以We=0。能量损失可忽略不计能量损失可忽略不计hf=0。柏努利方程式可写为柏努利方程式可写为：式中：Z1=Z2=0 P1=3335Pa（表压），P2=-4905Pa（表压）12/18/2022化简得：由连续性方程有：12/18/2022联立(a)、(b)两式12/18/2022 2）确定容器间的相对位置）确定容器间的相对位置 例例：如如本本题题附附图图所所示示，密密度度为为850kg/m3的的料料液液从从高高位位槽槽送送入入塔塔中中，高高位位槽槽中中的的液液面面维维持持恒恒

5、定定，塔塔内内表表压压强强为为9.81103Pa，进料量为进料量为5m3/h，连接连接管直径为管直径为382.5mm，料液在连接料液在连接管内流动时的能量损失为管内流动时的能量损失为30J/kg(不包不包括出口的能量损失括出口的能量损失)，试求，试求高位槽内高位槽内液面应为比塔内的进料口高出多少？液面应为比塔内的进料口高出多少？12/18/2022分析：分析：解：解：取取高高位位槽槽液液面面为为截截面面1-11-1，连连接接管管出出口口内内侧侧为为截截面面2-2-2 2,并并以以截截面面2-22-2的的中中心心线线为为基基准准水水平平面面，在在两两截截面面间间列列柏柏努努利方程式：利方程式：高

6、位槽、管道出口两截面高位槽、管道出口两截面u、p已知已知求求Z柏努利方程柏努利方程12/18/2022式中：式中：Z2=0 ；Z1=?P1=0(表压表压)；P2=9.81103Pa(表压）表压）由连续性方程由连续性方程 A1A2,已知：已知：We=0，因为因为u1u2,所以：所以：u10将上列数值代入柏努利方程式，并整理得：将上列数值代入柏努利方程式，并整理得：12/18/2022 例例1：某某化化工工厂厂用用泵泵将将密密度度为为1100kg/m3的的碱碱液液输输送送到到吸吸收收塔塔顶顶，经经喷喷咀咀喷喷出出，如如图图所所示示，泵泵的的进进口口管管为为108 4.5mm的的钢钢管管，碱碱液液在

7、在进进口口管管的的流流速速1.5m/s，出出口口管管为为76 2.5mm的的钢钢管管，贮贮液液池池中中碱碱液液的的深深度度为为1.5m，池池底底距距塔塔顶顶喷喷咀咀上上方方的的入入口口处处的的垂垂直直距距离离为为20m，碱碱液液经经管管路路系系统统的的摩摩擦擦损损失失为为30J/kg，碱碱液液经经喷喷咀咀处处的的压压力力为为0.3atm（表表压压），设设泵泵的的效效率率为为65，试计算所需泵的功率。，试计算所需泵的功率。3 3）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率 20m1.5m（2）、列出已知量，找出要求量）、列出已知量，找出要求量 Z1=1.5m Z2=20m u1=0 p1=0

8、(表压表压)p2=0.3atm=0.3101.3103 Pa hf=30J/kg 求We=?解：（解：（1）、画出示意图，根据题意选取截面，在两截面间）、画出示意图，根据题意选取截面，在两截面间列出柏努利方程列出柏努利方程根据连续性方程根据连续性方程原方程中差原方程中差u2，先求，先求u2,12/18/2022 例例2：如如图图所所示示，用用泵泵将将河河水水打打入入洗洗涤涤塔塔中中，喷喷淋淋下下来来后后流流入入下下水水道道，已已知知管管道道内内径径均均为为0.1m，流流量量为为84.82m3/h，水水在在塔塔前前管管路路中中流流动动的的总总摩摩擦擦损损失失(从从管管子子口口至至喷喷头头，管管子

9、子进进口口的的阻阻力力忽忽略略不不计计)为为10J/kg，喷喷头头处处的的压压强强较较塔塔内内压压强强高高0.02MPa，水水从从塔塔中中流流到到下下水水道道的的阻阻力力损损失失可可忽忽略略不不计，泵的效率为计，泵的效率为65%，求泵所需的功率求泵所需的功率。3 3）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率 12/18/202212/18/2022分析：分析：求求NeNe=WeWs/求求We柏努利方程柏努利方程P2=?塔内压强塔内压强整体流动非连续整体流动非连续截面的选取？截面的选取？解解：取取塔塔内内水水面面为为截截面面3-3，下下水水道道截截面面为为截截面面4-4，取取地平面为基准水

10、平面地平面为基准水平面，在，在3-3和和4-4间列柏努利方程：间列柏努利方程：12/18/2022将已知数据代入柏努利方程式得：将已知数据代入柏努利方程式得：计计算算塔塔前前管管路路，取取河河水水表表面面为为1-11-1截截面面，喷喷头头内内侧侧为为2-22-2截截面，在面，在1-11-1和和2-22-2截面间列柏努利方程。截面间列柏努利方程。12/18/2022式中：12/18/2022将已知数据代入柏努利方程式将已知数据代入柏努利方程式:泵的功率：例：例：2020C C的水在内径为的水在内径为25mm25mm的管内流动，流速为的管内流动，流速为1m/s1m/s，求：求：（1 1）管管道道中

11、中水水的的流流动动类类型型；（2 2）管管道道内内水水流流保保持持层层流流状状态态的的最大流速。最大流速。解解：1 1）从附录查得）从附录查得2020C C时，时，=998.2kg/m=998.2kg/m3 3，=1.000mPa.s=1.000mPa.s，管径d=0.05m，流速u=1m/s，故管中为湍流2）因层流最大雷诺数为2000，即故水流保持层流的最大流速例例1 1.粘粘度度为为 =0.075=0.075 Pa.sPa.s,密密度度为为=1000kg/m=1000kg/m3 3的的某某油油品品，以以流流量量为为36000kg/h36000kg/h的的流流量量在在 1141144.5mm

12、4.5mm的的管管中中作作等等温温定定态态流流动动，试试求求该该油油品品流流过过管管长长1515m m时时因因摩摩擦擦阻阻力力而而引引起起的的压压强降为多少？强降为多少？解：了解流型才能选用公式。解：了解流型才能选用公式。流型为层流，流型为层流，也可用哈根也可用哈根-泊谡叶公式求得泊谡叶公式求得例例2 上上例例中中流流量量加加大大3倍倍，其其他他条条件件不不变变，试试计计算算阻阻力加大情况，并分析计算结果。力加大情况，并分析计算结果。（取绝对粗糙度为（取绝对粗糙度为 0.15mm）解：若加大流量其他条件不变，则解：若加大流量其他条件不变，则 流型属于湍流。应根据流型属于湍流。应根据Re值与值与

13、/d 查莫狄图，求得查莫狄图，求得 。相对粗糙度相对粗糙度 由图查得由图查得 故故阻力较前例增加的倍数阻力较前例增加的倍数=例3:求以下输送20的水的直管阻力:有一壳内径为800mm，内装371根长2m，规格为252.5mm钢管的列管换热器，壳内水流量为0.32m3/s。设管子的粗糙度=0.2mm，20水=1000kg/m3，=10-3 Pa.s。解：解：非圆形直管，应采用当量直径非圆形直管，应采用当量直径 查图得查图得 例例4：溶溶剂剂由由敞敞开开的的高高位位槽槽流流入入吸吸收收塔塔。进进液液处处塔塔内内压压强强0.02MPa（表表压压），输输送送管管道道为为 383mm 的的无无缝缝钢钢管

14、管，总总长长8m，这这壁壁绝绝对对粗粗糙糙度度为为0.3mm,这这路路上上有有90度度的的标标准准弯弯头头两两个个，180度度回回弯弯头头1个个，球球心心阀阀（全全开开）一一个个。为为使使3m3/h的的流流量量流流入入塔塔内内，问问高高位位槽槽应应放放置置高高度度为为多多少少？已已知知操作温度下密度为操作温度下密度为861kg/m3，粒度为，粒度为6.43104Pa.S.解：取管出口处平面为基准面，高位槽面11和管出口内截面22间列柏努利方程式，其中P1 为零（表压强），P2为0.02MPa（表压强），z1=h,z2=0 u1=0查查图图得得：0.038 再再查查有有关关管管件件的的局局部部阻

15、阻力力系数。系数。进口突然收缩进口突然收缩 90度标准弯头度标准弯头 180度回弯头度回弯头 球心阀（全开）球心阀（全开）例例5：用泵把用泵把2020的苯从地下储罐送到高位槽，流量为的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300 300 l/minl/min。高位槽液面比储罐液面高高位槽液面比储罐液面高1010m m。泵吸入管路用泵吸入管路用89894 4mmmm的无缝钢管，直管长为的无缝钢管，直管长为1515m m，管路上装有一个底阀管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用排出管用57573.53.5mmmm的

16、无缝钢管，直管长度为的无缝钢管，直管长度为5050m m，管路上管路上装有一个装有一个全开的闸阀全开的闸阀、一个、一个全开的截止阀全开的截止阀和和三个标准弯头三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵的轴功率试求泵的轴功率。设泵的效率为。设泵的效率为70%70%。解：解：取储罐液面为上游截面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。在两截面间列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量损失式中管件、阀门的当量长度为管件、阀门的当量长度为：底阀(按旋转式止回阀全开时计）6.3m 标准弯头 2.

17、7m 进口阻力系数 c=0.5苯的密度为880kg/m3，粘度为6.510-4Pas取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037，查得=0.029（2）排出管路上的能量损失）排出管路上的能量损失 hf,b式中:管件、阀门的当量长度分别为：全开的闸阀 0.33m全开的截止阀 17m三个标准弯头 1.63=4.8 m出口阻力系数 e=1仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006，查得=0.0313（3）管路系统的总能量损失）管路系统的总能量损失:苯的质量流量为：泵的有效功率为：泵的轴功率为：简单管路计算简单管路计算 例：一管路总长为70m，要求输水量30m3/h，输送过程的允许压头损失为4.5m水柱，求管径。已知水的密度为1000kg/m3，粘度为1.010-3Pas，钢管的绝对粗糙度为0.2mm。分析：求d求u试差法u、d、未知设初值求出d、u比较计与初值是否接近是否修正解：解：根据已知条件 u、d、均未知，用试差法，值的变化范围较小，以为试差变量 假设=0.025解得：d=0.074m，u=1.933m/s查图得：与初设值不同，用此值重新计算解得：查图得：与初设值相同。计算结果为：按 管 道 产 品 的 规 格，可 以 选 用 3英 寸 管，尺 寸 为88.54mm内径为80.5mm。此管可满足要求，且压头损失不会超过4.5mH2O。