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1、实际流体流动的机械能衡算式实际流体流动的机械能衡算式hf 阻力真实流体质点相对运动产生剪切力，又称为内摩擦力流体存在阻力的原因流体存在阻力的原因粘性粘性J/kgmPa范宁公式范宁公式计算流体流动阻力的一般公式流体流动阻力计算流体流动阻力计算摩擦系数摩擦系数摩擦因子变化规律分析摩擦因子变化规律分析粗糙度对的影响：层流时：层流时：绕过突出物，对无影响。湍流时：湍流时：当Re较小时，层流底层厚，形体阻力小，突出物对的影响小；（摩擦阻力和形体阻力都不可忽略）当高度湍流时，层流底层薄，突出物充分暴露，形成较大的形体阻力，突出物对的影响大。（形体阻力为主导，摩擦阻力可忽略）流动阻力工程上根据实验得到公式、
2、图表最常用莫狄（Moody）摩擦系数图。摩擦系数与Re、/d 关系图0.10.010.030.020.070.060.050.040.090.080.0080.0091031051081071061040.010.050.020.0150.030.040.0080.00450.0020.00080.0060.00060.0010.00040.00020.00010.000050.00001Ree/d根据实验，得到莫狄（Moody）摩擦系数图。光滑管光滑管摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度的关系摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度的关系 层流区 Re2000 过渡区 2000Re4000（阻力平方区阻力平方区
3、）不完全湍流区完全湍流区湍流区Re400022fudlprl=D层流时的摩擦系数层流时的摩擦系数Hangen-Poiseuille方程阻力与阻力与u线形关系线形关系非圆直管中流动阻力几种常见非圆管的当量直径几种常见非圆管的当量直径1）矩形流道ab矩形流道Dd环形流道2）环形流道（4）局部阻力局部阻力 流体流经管件、阀门、测量接口、管进出口段的阻力产生原因：产生原因：形体阻力+摩擦阻力计算方法1 1）当量长度法）当量长度法2 2）局部阻力系数法）局部阻力系数法式中：le 当量长度le及的获得获得：实验，见有关资料。式中：-局部阻力系数1 1）当量长度法）当量长度法2 2）局部阻力系数法）局部阻力
4、系数法 突然缩小突然缩小特例特例：突然扩大突然扩大 等径管总阻力计算等径管总阻力计算（3）系统的总阻力）系统的总阻力系统总阻力=系统各直管阻力+局部阻力FICP1P21122 变径管总阻力计算变径管总阻力计算变径管d、u、不同，需分段计算阻力例：AABBCC已知：管长l1=l2=l；d1=d2=d试求：各段压差与阻力相对大小？R1与R2相对大小，为什么？阀门关闭时，R1与R2如何变化？12P11P22R1h1h212AA水汞l1R2h3h434BB水汞P3P4l2v再U型压差A-A计上建立静力学方程：解：(1)R1与R2相对大小v在1-1与2-2面列方程12P11P22R1123h1h212A
5、A水汞l1R2h3h434BB水汞P3P4l212P11P22R1123h1h212AA水汞l1R2h3h434BB水汞P3P4l2解：(1)R1与R2相对大小v在3-3与4-4面列方程v再U型压差计B-B上建立静力学方程：所以：R1=R212P11P22R1123h1h212AA水汞l1R2h3h434BB水汞P3P4l2各段压差与阻力相对大小？阀门关闭时，R1与R2如何变化？等直径时：U压差计只能测量阻力12P11P22R1123h1h212AA水汞l1R2h3h434BB水汞P3P4l2解：(1)R1与R2相对大小v推论采用U型压差计测的压差不含截面由于位头不同引起的变化如果两截面处管径
6、相等，测的压力变化等于阻力变化。（2）（3）变管径流体流经变径管：水平放置与垂直放置R有何变化?两点压差与阻力相对大小？改变流动方向，读数有何变化？R1123h1AA水汞用高位槽向用户送水，管路中装有一U型压差计及压力表pA、pB，如图所示，当阀门V关闭时，pB读数为0.2MPa，压差计指示液为汞，=13600kg/m3，管内径为100mm大气PBPARRv试求：（1）pA、R读数，水槽高度。（2）当打开阀门时，pB读数为0.072MPa，若l1=5m，则R=10mmHg，试求pA读数，管的流量（=0.0204）（3）管路系统阻力及（l+le）l1l1二、解：（1）PA、R读数，水槽高度。（2
7、）当打开阀门时，pB读数为0.072MPa，若l1=5m，则R=10mmHg，试求pA读数，管的流量（=0.0204）大气PBPARRvl1l1（2）大气PBPARRv（3）管路系统阻力及（l+le）大气PBPARRv1.7 管路计算管路计算管路计算管路计算解决两个问题确定了输送任务，没有管路，设计管路已有管路，核算能力设计型计算操作型计算设计型计算操作型计算（1）设计型计算）设计型计算给定的生产任务：流量、操作条件、现场情况，设计管路，选用输送设备的规格，计算外加功率。管路设计目标：管路设计目标：保证稳定安全生产的前提下，使总费用最低。（2）操作型计算）操作型计算已知管路情况和操作条件，核算
8、流量或外加功率是否够用已知：待确定：已知：待确定：1.7.1 简单管路简单管路特点特点：无分支或汇合的管路，稳态，流速恒定、流量恒定。简单管路系统特性分析：简单管路系统特性分析：阻力损失：质量流量：体积流量：(不可压缩流体)1234已知：简单管路设计型计算选定：空间位置选定流速和材料，确定管径根据空间位置和工艺要求确定：直管长度、管件计算出：可以得到许多方案哪个方案较优费用总费用操作费用设备费流速u适宜q设备费用影响q操作费用影响管路优化目标：保证输送任务，总费用最低。流速对总费用的影响粘度较大的，u小一点含有固体颗粒，u大一点密度较大，u小一点真空管路，u小一点注意安全速度简单管路操作型计算
9、简单管路操作型计算比较二者大小，相差较大时重新假定已知管路情况和操作条件，核算流量或外加功率是否够用已知：待确定：试差法1.7.2 复杂管路复杂管路(1)分支管路分支管路 机械能衡算式机械能衡算式（a）总管支管1122334455mm1m3m2质量流量质量流量（b）各支管间关系）各支管间关系1122334455mm1m3m2123AB(3)并联管路并联管路 特点：特点：具有分支点和汇合点，是各分支的公共点。1）质量流量）质量流量2）总机械能衡算）总机械能衡算问题问题：RA-B用一个分支，还是各分支加和。结论结论：并联管路，各支路阻力相等。并联段，只能计入一个支路的阻力损失。并联管路特点：并联管
10、路特点：3）流量分配）流量分配问题问题：各支管，流量是否相同，123AB阻力：流量：以机械能衡算方程为基础的测定方法，应用公式：1.8 流速和流量测定流速和流量测定 流体的速度和流量测定是一个重要的测量参数；测量用的方法和流量计的种类很多。1.8.1 测速管（毕托管测速管（毕托管 Pitot）(1)(1)结构结构同心套管、压差计。RAB实际应用的毕托管示意图ABu外管：开口平行于流向pB内管：开口垂直于流向pAABuB点处静压与A截面上游静压一致B点处流速与A截面上游流速一致A处动能全部转换为静压能，无损失u CP：校正系数，一般取0.981.00(实测)(3)使用方法使用方法 1)测量点速度
11、问题：问题：如何测平均流速、流量、速度分布平均流速：放于管中心处，测出umax，层流：湍流：a）管口截面）管口截面：严格垂直于流体的流动方向；b）测量点选择）测量点选择：在稳定流动段（直管段），且前后直管各50d,至少812d；c）毕托管直径）毕托管直径：外径不超过管径的1/50；d）测量气体时）测量气体时：压力变化不超过15%；要求气体流速5m/s；e）压差较小时：）压差较小时：可配合微差压差计使用。3)适用条件适用条件2)安装安装大直径管路较多用于气体流体含固体杂质时不宜采用4）毕托管的优点：）毕托管的优点：结构简单；使用方便；流体的机械能损失很少。5）毕托管的局限性：）毕托管的局限性：测
12、速管较多地用于测量气体流场中某点的速度；测压孔易堵塞。1.8.2 孔板流量计孔板流量计1 结构及特点结构及特点R121002d1S1u1d0S0u0d2S2u2 孔板流量计 压差计两种取压方式：压差计两种取压方式：缩脉取压缩脉取压：孔板前1d孔板后0.5d处。角接取压角接取压：孔板前后，并尽量靠近孔板。工业上，常用角接取压。特点：特点：节流式流量计(恒截面，变压差)孔板孔板：测量元件；缩脉缩脉：孔板后1/32/3 d 处。(2)测量原理测量原理在上图所示的1-1、0-0面间列机械能衡算方程：若不考虑阻力损失，有：R121002d1S1u1d0S0u0d2S2u2 孔板流量计或考虑阻力损失，则有
13、：又 流量系数或孔流系数流量系数或孔流系数式中：0.820.800.780.760.740.720.700.680.660.640.620.601041051065550.600.550.450.200.650.700.750.80孔流系数C0流量系数与Re之间的关系R121002d1S1u1d0S0u0d2S2u2(3)安装要求安装要求 1)稳定段长度：上游1540d，下游5d处；2)不宜安装在要求阻力很小处(如泵入口)。(4)主要优缺点主要优缺点优点：优点：结构简单牢固，制造、使用方便，性能稳定可靠,造价低,使用寿命长；缺点:(1)测量精度普遍偏低;(2)范围度窄;(3)现场安装条件要求高
14、;(4)压损大约占流量计全部用量的1/41/3 1.8.3 文丘里流量计文丘里流量计(1)(1)结构及特点结构及特点 1)结构喉管喉管2)特点节流式流量计(恒截面，变压差)(2)测量原理测量原理列1-1及2-2面间的机械能方程式：(3)安装要求安装要求稳定段长度：上游50d，下游10d。(4)主要优缺点主要优缺点优点：优点：永久阻力损失小(实测压差p1-3的10%)；缺点：缺点：造价较高，本身尺寸较长。1.8.4 转子流量计转子流量计(1)(1)结构与特点结构与特点1）结构锥形体（锥角约40）；转子（密度大于流体密度）。2)特点：变截面，恒压差。列1-1及2-2间的机械能衡算方程：(2)测量原
15、理测量原理原理原理：转子在流体中受力平衡对控制体(含转子的圆柱体)作力衡算：z2z121 转子受力分析z2z121 转子受力分析与流量无关考虑阻力影响恒流速，变截面(5)使用使用1)用于清洁或腐蚀性流体测量；2)玻璃管不耐高温、高压，易碎；3)开启时，应缓慢调节流量阀。必须垂直安装（只能测垂直管中流量）；(4)安装安装(6)转子流量计的优缺点转子流量计的优缺点玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便；缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险；适用于小管径和低流速；压力损失较低；阻力损失小，测量范围宽；流量计前后不需稳定管段。流量计流量计差压式流量计容积式流量计浮子流量计涡轮流量计电磁流量计流体振荡流
16、量计中的涡街流量计质量流量计插入式流量计 差压式流量计差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压 差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成 容积式流量计容积式流量计,精度高 椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计 涡轮流量计：涡轮流量计：速度式流量计,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。电磁流量计：电磁流量计：根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污
17、流、腐蚀流的测量。超声流量计：超声流量计：通过检测流体流动对超声束的作用以测量流量。科里奥利质量流量计：科里奥利质量流量计：利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的。流量计发展到今天虽然已日趋成熟,但其种类仍然极其繁多,至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。减少仪表测量误差引起的损失 重视经济效益 当代则普遍为（0.5%1%）R，降低运行费用无压损或低压损仪表特别是大管径水量输送，采用无压损的电磁流量计和超声流量计1m管径文丘利管差压流量计一年泵送能耗费足够购置一台中等价格的电磁流量计。发展方向1p1p230qV22阀门A由
18、全开变半开，p3qV3p0qV0ABc）流量分配）流量分配与各支管的阻力有关，并相互影响，应用连续性方程计算。1p1p230qV22p3qV3p0qV0AB10md1=25mmd2=10mm总管：l=50m支管很短，除阀门外阻力不计10个支管，全开时求：总流量总流量1p1p230qV22p3qV3p0qV0AB10md1=25mmd2=10mm总管：l=50m支管很短，除阀门外阻力不计20个支管，全开时求：总流量总管阻力：支管阻力=10.4：1当总管阻力为主导，总管流量不随支管而变。（供水管路）当支管阻力为主导，情况会如何？任何支管阀门的开关，只影响本身流量，不影响其他支路的流量汇合管路求：改变阀门开度，流量、压力如何变化？ABpapapaCD由高位槽向水槽B供水，阀门1，2，3全开；现关小1开度，则各管流量如何变化？z=hf123CDEFpapaZCF段阻力恒定假设Q1不变，1管路阻力增大，Q2Q3必相应增大，CDEF段阻力不变123CDEFpapaZCF段阻力增加假设错误Q1必定减小123CDEFpapaZQ减少，pD升高，pE降低，ED管路阻力增加，Q2Q3增大Q2 Q3增大 Q1减小假设Q不变，CD阻力不变，EF阻力不变，所以DE阻力不变，又因为Q1减小，Q2Q3增加，DE阻力增加，假设不成立总流量总流量Q减少减少