1、第二章第二章 流體流動(dòng)和流體流動(dòng)和輸送輸送p掌握流體流動(dòng)的連續(xù)式方程、柏努里方程、范寧阻力損失通式及其應(yīng)用；p掌握離心泵的基本原理及選用；p熟悉流體在管內(nèi)流動(dòng)的現(xiàn)象、流量計(jì)測(cè)定流量的原理以及離心泵的操作及安裝； p了解流體的不穩(wěn)定流動(dòng)和非牛頓流體及復(fù)雜管路的計(jì)算，流體輸送機(jī)械的分類(lèi)及應(yīng)用。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)本章重點(diǎn)和難點(diǎn)第二章第二章 流體流動(dòng)和輸送流體流動(dòng)和輸送第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程 一、流體的物理性質(zhì)一、流體的物理性質(zhì)mv1Vvm1. 流體密度（流體密度（）和比容（）和比容（v）（1）密度： （2）比容： 2. 壓強(qiáng)（壓強(qiáng)（p） 壓強(qiáng)可以有不同的計(jì)量基準(zhǔn)。 （1）絕對(duì)

2、壓強(qiáng)（Absolute pressure）：以絕對(duì)真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)。 （2）表壓(Gauge pressure)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，高于大氣壓的數(shù)值。 （3）真空度（Vacuum）：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，高于大氣壓的數(shù)值。 表壓絕對(duì)壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng) 真空度大氣壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 壓強(qiáng)常用單位的換算關(guān)系： 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)=101325 Pa =10329 kgf/m2 =1.033 kgf/cm2(bar, 巴) =10.33 mH2O =760 mmHg 3. 黏度（黏度（ ）流體黏性大小的量度，常用單位：Pas、P(泊)和cP（厘泊），其換算關(guān)系為：1Pas=10P=1000cP 此外

3、工程上有時(shí)用運(yùn)動(dòng)黏度表示： 二、牛頓黏性定律及牛頓型流體與非牛頓型流體二、牛頓黏性定律及牛頓型流體與非牛頓型流體 1. 牛頓黏性定律及牛頓型流體牛頓黏性定律及牛頓型流體 實(shí)驗(yàn)證明，兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力（或稱(chēng)為剪應(yīng)力）與垂直于流動(dòng)方向的速度梯度成正比。即：dduy 此式所表示的關(guān)系稱(chēng)為牛頓黏性定律。 牛頓黏性定律指出，流體的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比而和法向壓力無(wú)關(guān)。圖2-1 平板間黏性流體的速度分布 服從這一定律的流體稱(chēng)為牛頓型流體，如所有氣體、純液體及簡(jiǎn)單溶液、稀糖液、酒、醋、醬油、食用油等。 不服從這一定律的流體稱(chēng)為非牛頓型流體，如相對(duì)分子質(zhì)量極大的高分子物質(zhì)的溶液或混合物，以

4、及濃度很高的顆粒懸浮液等均帶有非牛頓性質(zhì)（黏度值不確定）。 【例2-1】旋轉(zhuǎn)圓筒黏度計(jì)，外筒固定，內(nèi)筒由同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。內(nèi)外筒間充入實(shí)驗(yàn)液體（見(jiàn)圖2-2）。已知內(nèi)筒半徑r1=1.93cm，外筒半徑r2=2cm，內(nèi)筒高h(yuǎn)=7cm，實(shí)驗(yàn)測(cè)得內(nèi)筒轉(zhuǎn)速 n=10 r/min，轉(zhuǎn)軸上扭矩M=0.0045 Nm。試求該實(shí)驗(yàn)液體的動(dòng)力黏度。圖2-2 旋轉(zhuǎn)圓筒黏度計(jì) 解：充入內(nèi)外筒間隙的實(shí)驗(yàn)液體在內(nèi)筒帶動(dòng)下做圓周運(yùn)動(dòng)。因間隙很小，速度近似直線(xiàn)分布。 不計(jì)內(nèi)筒兩端面的影響，內(nèi)筒壁的剪應(yīng)力 :1ddury22 1060603n扭矩： 311122r hMrh r 則動(dòng)力黏度為 ： 952. 0231hrMPa

5、 s 2. 非牛頓型流體非牛頓型流體 剪應(yīng)力與速度梯度du/dy的關(guān)系即為該流體在特定溫度、壓強(qiáng)條件下的流變特性，即：d()dufy各種不同流體剪應(yīng)力隨剪切速率du/dy變化關(guān)系如右圖： 圖2-3 不同流體剪應(yīng)力隨剪切速率變化關(guān)系 （1）塑性流體）塑性流體0ddpuy 理想塑性流體稱(chēng)為賓哈姆(Bingham)流體，這種流體是在切應(yīng)力超過(guò)某一屈服值0時(shí)，流體的各層間才開(kāi)始產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體就顯示出與牛頓流體相同的性質(zhì)。 在食品工業(yè)上接近賓哈姆流體的物料有干酪、巧克力漿等。 (2)假塑性流體假塑性流體 假塑性流體的切應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系為: d()dnuky(nl） 對(duì)于假塑性流體，因n1，故表觀

6、黏度隨速度梯度的增大而降低。 表現(xiàn)為假塑性流體的物料，如蛋黃醬、血液、番茄醬、果醬及其他高分子物質(zhì)的溶液。一般而言，高分子溶液的濃度愈高或高分子物質(zhì)的分子愈大，則假塑性也愈顯著。 （3）脹塑性流體）脹塑性流體 與假塑性流體性質(zhì)相反，脹塑性 (dilatancy) 流體的表觀黏度隨速度梯度增大而增大，其切應(yīng)力與速度梯度具有如下關(guān)系 :ddnauky（n1） 食品工業(yè)上脹塑性流體的例子有淀粉溶液和多數(shù)蜂蜜等。 通常將牛頓型流體、假塑性流體和脹塑性流體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系都可以用統(tǒng)一的冪函數(shù)的形式來(lái)表示，這類(lèi)流體統(tǒng)稱(chēng)為指數(shù)律流體。ddnuky式中：k為稠度指數(shù)；n為流變指數(shù)。表示流體的非牛頓性的程度。

7、三、靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用三、靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用p1gz1p2gz2p1gz1p2gz2 1. 靜力學(xué)方程式靜力學(xué)方程式 描述靜止流體內(nèi)部壓力隨高度變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式即為靜力學(xué)基本方程式： p1gz1p2gz2此三式表明：靜止流體內(nèi)部各點(diǎn)的位能和壓力能之和為常數(shù)。圖2-4 流體靜力學(xué)分析常數(shù)常數(shù)常數(shù) 2. 靜力學(xué)方程應(yīng)用靜力學(xué)方程應(yīng)用 12()ABppgR（1）壓強(qiáng)及壓差的測(cè)量 圖2-5 U型管壓差計(jì) 12()ACppgR圖2-6 微差壓差計(jì) （2）液位的測(cè)量液位的測(cè)量 AZR圖2-7 液位測(cè)量計(jì) （3）液封）液封 在食品生產(chǎn)中常遇到液封，液封的目的主要是維持設(shè)備中壓力穩(wěn)定和保障人身

8、安全，液封設(shè)計(jì)實(shí)際上就是計(jì)算液柱的高度。第二節(jié)第二節(jié) 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的基本方程 一、流量與流速一、流量與流速 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱(chēng)為流量。 單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上所流過(guò)的距離，稱(chēng)為流速，以u(píng)表示，其單位為m/s。 V=uA W=V 當(dāng)流體以大流量在長(zhǎng)距離的管路中輸送時(shí)，需根據(jù)具體情況在操作費(fèi)與基建費(fèi)之間通過(guò)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡來(lái)確定適宜的流速。 車(chē)間內(nèi)部的工藝管線(xiàn)，通常較短，管內(nèi)流速可選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，某些流體在管道中的常用流速范圍如教材中表21所示。 （一）穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系的概念一）穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系的概念 1. 穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng) 圖2-8 穩(wěn)定流動(dòng)示

9、意圖 2. 熱力體系熱力體系 熱力體系是指某一由周?chē)吔缢薅ǖ目臻g內(nèi)的所有物質(zhì)。 3. 穩(wěn)定流動(dòng)體系的物料衡算穩(wěn)定流動(dòng)體系的物料衡算連續(xù)性方程連續(xù)性方程111222u Au A1122u Au A=（常數(shù)）對(duì)不可壓縮流體的特殊情形： 4. 穩(wěn)定流動(dòng)體系的機(jī)械能衡算穩(wěn)定流動(dòng)體系的機(jī)械能衡算柏努里方程柏努里方程圖2-9 穩(wěn)定流動(dòng)熱力體系能量分析 （1）機(jī)械能衡算體系）機(jī)械能衡算體系 流體的機(jī)械能包括位能、動(dòng)能、靜壓能，下面以單位質(zhì)量流體為基準(zhǔn)： 位能位能 流體由于在地球引力場(chǎng)中的位置而產(chǎn)生的能量。若任選一基準(zhǔn)水平面作為位能的零點(diǎn)，則離基準(zhǔn)面垂直距離為Z的流體所具有的位能為gZ （J/kg）。 動(dòng)

10、能動(dòng)能 流體由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的能量。若流體以均勻速度u流動(dòng)，則流體所具有的動(dòng)能為u2/2（J/kg）。 靜壓能靜壓能 靜壓能也稱(chēng)為流動(dòng)功，是流動(dòng)體系中在不改變流體體積的情況下，引導(dǎo)流體經(jīng)過(guò)界面進(jìn)入或流出所必須作的功，其值等于pv或p/。 對(duì)于如圖2-9所示穩(wěn)定流動(dòng)的體系，進(jìn)行機(jī)械能分析，除了體系機(jī)械能外，該系統(tǒng)還存在如下機(jī)械能交換： 外加機(jī)械功 單位質(zhì)量流體的有效功為We，單位J/kg。 摩擦阻力損失 損失的機(jī)械能用hf表示，單位J/kg。 （2）理想流體的柏努里方程）理想流體的柏努里方程 對(duì)于如圖2-9所示穩(wěn)定流動(dòng)的體系，假設(shè)滿(mǎn)足： 流體具有穩(wěn)定、連續(xù)、不可壓縮性； 流體為理想流體；理想流體指

11、流體黏度為零，這樣不管怎么流動(dòng)其摩擦碰撞為完全彈性碰撞，不會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力損失能量損失，即hf0； 體系外加機(jī)械功為零。 上式稱(chēng)為柏努里（Bernoulli）方程，說(shuō)明理想流體進(jìn)出體系的機(jī)械可以互相轉(zhuǎn)換，但總機(jī)械能是守恒的。2211221222upupgzgz則體系進(jìn)行機(jī)械能衡算得： （3）實(shí)際流體的柏努里方程）實(shí)際流體的柏努里方程 實(shí)際流體在流動(dòng)過(guò)程中，流體內(nèi)部及流體與管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，分子之間的摩擦力將不可避免地造成機(jī)械能損失。2211221222efupupgzWgzh22efupg zWh 上式為不可壓縮實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式，它不限于理想流體，通常也稱(chēng)為柏努里方程。 不可壓縮實(shí)際流體柏努

12、里方程的三種形式：不可壓縮實(shí)際流體柏努里方程的三種形式：2211221222efupupgzWgzh22efug zpWp 22efupzHHgg 式中Hf和pf分別稱(chēng)為單位重量和單位體積流體流動(dòng)過(guò)程中的摩擦損失或水頭損失，關(guān)于該項(xiàng)的求解將是我們下面重點(diǎn)討論的內(nèi)容；He為輸送設(shè)備的壓頭或揚(yáng)程。 公式應(yīng)用時(shí)注意：公式應(yīng)用時(shí)注意： 流動(dòng)是連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)，對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)瞬間成立； 公式中各項(xiàng)單位要一致； 選擇的截面與流體流動(dòng)方向垂直； 流體流動(dòng)是連續(xù)的； 對(duì)可壓縮流體，如所取兩截面的壓強(qiáng)變化小于原來(lái)絕對(duì)壓強(qiáng)的20%，即（p1p2）/p120%時(shí)，仍可用此式但密度應(yīng)為兩截面間的平均密度，引起的誤差在工程計(jì)

13、算上是允許的。（三）三）柏努里方程式的應(yīng)用柏努里方程式的應(yīng)用 利用柏努里方程與連續(xù)性方程，可以確定：容器間的相對(duì)位置；管內(nèi)流體的流量；輸送設(shè)備的功率；管路中流體的壓力等。 【例2-3】 如圖用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽和反應(yīng)器均與大氣連通，要求料液在管內(nèi)以1 m/s的速度流動(dòng)。設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為20 J/kg（不包括出口的能量損失），試求高位槽的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出多少？ 圖2-10 虹吸管示意圖 解：取高位槽液面為1-1截面，虹吸管出口內(nèi)側(cè)截面為2-2截面，并以2-2為基準(zhǔn)面。列柏努里方程得： 2211221222efupupgzWgzh 10u 121200zhzp

14、p，0eW式中：（表壓）J/kg 20fh u21ms1202181. 9hh 2.09 m代入得： m09. 2即高位槽液面應(yīng)比虹吸管出口高 【例2-4】如附圖所示，有一輸水系統(tǒng)，輸水管管徑 57 mm3.5 mm，已知Hf（全部能量損耗）為4.5 m液柱，貯槽水面壓強(qiáng)為100 kPa（絕），水管出口處壓強(qiáng)為220 kPa，水管出口處距貯槽底20 m，貯槽內(nèi)水深2 m，水泵每小時(shí)送水13 m3，求輸水泵所需的外加壓頭。圖2-11 輸水系統(tǒng)示意圖 解：根據(jù)題意，設(shè)貯槽液面為1-1面，管出口截面為2-2面，列柏努里方程：2211221222efupupzHzHgggg12121222232m,2

15、0m,100KPa(),220KPa(),0,4.5m131.84m /s36000.0544220 1001.84184.522.7m109.812 9.81fezzppuHQudH液柱絕壓絕壓 【例2-5】將葡萄酒從貯槽通過(guò)泵送到白蘭地蒸餾鍋，流體流過(guò)管路時(shí)總的阻力損失為18.23 J/kg。貯槽內(nèi)液面高于地面3 m，管子進(jìn)蒸餾鍋處的高度為6 m，所用的離心泵直接安裝在靠近貯槽，而流量則由靠近蒸餾鍋的調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，試估算泵排出口的壓力。設(shè)貯槽和蒸餾鍋內(nèi)均為大氣壓，已知在上述流量下，經(jīng)過(guò)閥門(mén)后的壓力為0.86 kg/cm2，葡萄酒的密度為985 kg/m3，黏度為1.510-3 Pas。 解

16、：選擇泵排出口液面為1-1面及出口管液面為2-2面，由1-1面2-2面列柏努里方程：2211221222efupupgzWgzh1212()fpg ZZph因?yàn)閡1=u2=0，在所選兩截面間無(wú)泵所做功，即W=0,則又 23.18fh J/kgp19859.8130.869.8110498518.231.313105Pa第三節(jié)第三節(jié) 流體流動(dòng)的阻力流體流動(dòng)的阻力一、流體流動(dòng)的型態(tài)與雷諾數(shù)一、流體流動(dòng)的型態(tài)與雷諾數(shù)1. 1. 雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)圖2-12 雷諾實(shí)驗(yàn) 2. 雷諾數(shù)與流體流動(dòng)型態(tài)雷諾數(shù)與流體流動(dòng)型態(tài) duRe 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，流體的流型由層流向湍流的轉(zhuǎn)變不僅與液體的流速u(mài)有關(guān)，還與流體的密

17、度、黏度以及流動(dòng)管道的直徑d有關(guān)。將這些變量組合成一個(gè)數(shù)群， 以其數(shù)值的大小作為判斷流動(dòng)類(lèi)型的依據(jù)。這個(gè)數(shù)群稱(chēng)為雷諾準(zhǔn)數(shù)，用Re表示，即： 無(wú)數(shù)的觀察與研究證明，Re值的大小，可以用來(lái)判斷流動(dòng)類(lèi)型。 Re4000，為湍流。 Re在20004000之間為過(guò)渡流。湍流流動(dòng)狀態(tài)可為層流，也可能為湍流，但湍流的可能性更大。 二二、 流體層流運(yùn)動(dòng)速度分布流體層流運(yùn)動(dòng)速度分布22124rppuRrl24pRl 當(dāng)r=0 管中心處流速最大： maxu圖2-13 流體層流運(yùn)動(dòng)速度分布42284VpRpuRALL R 管中平均速度： 因此層流時(shí)平均流速是最大流速的一半，即：max21uu 三、三、流體湍流運(yùn)動(dòng)速

18、度分布流體湍流運(yùn)動(dòng)速度分布 流體在圓管內(nèi)湍流時(shí)，由于其剪切力不能用數(shù)學(xué)式簡(jiǎn)單表示，所以管內(nèi)湍流的速度分布一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，采用經(jīng)驗(yàn)式近似表示： 1max(1)nrruuR 式中，當(dāng)4104Re11105時(shí)，n6； 11105Re32106時(shí)，n7；Re32106時(shí)，n8。 湍流速度分布特征是：流體質(zhì)點(diǎn)雜亂無(wú)章，僅在管壁處存在速度梯度，速度分布服從尼古拉則的n分之一次方定律。 必須注意：必須注意：湍流時(shí)，黏在管壁上的一層流體流速為零，其附近一薄層流體的流速仍然很小，作層流流動(dòng)，這層流體稱(chēng)為層流底層，它是傳熱、傳質(zhì)的主要障礙。 四四、流體流動(dòng)阻力損失流體流動(dòng)阻力損失 流體流動(dòng)阻力分成兩類(lèi)，一類(lèi)是流

19、體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力，稱(chēng)為直管阻力或沿程阻力，用符號(hào)hf表示； 另一類(lèi)是流體流經(jīng)管件、閥門(mén)及管截面突然縮小或突然擴(kuò)大處等局部障礙所引起的阻力，稱(chēng)為局部阻力，用符號(hào)hf表示。 1. 流體在直管中的流動(dòng)阻力流體在直管中的流動(dòng)阻力圖2-14 水平直管內(nèi)流體受力分析 22fl uhd式中：hf流體的直管阻力，J/kg； 摩擦系數(shù)； 直管長(zhǎng)度，m； d直管內(nèi)徑，m； u流體流速，m/s。 此式稱(chēng)為范寧(Faning)公式，是計(jì)算流體在直管內(nèi)流動(dòng)阻力的通式，或稱(chēng)為直管阻力計(jì)算公式，對(duì)層流、湍流均適用。 l （1）層流時(shí)的： 前面推得層流時(shí)平均流速 = ,則u28pRl2228832

20、4lululupRdd 此式稱(chēng)為哈根泊稷葉方程，再代入Lf=p，得：2223232132642flulululuLdd duRedRe d 層流時(shí)=64Re，與Re成反比。 （2）湍流時(shí)的： (,)f Red式中：d管道內(nèi)壁的相對(duì)粗糙度。 絕對(duì)粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相對(duì)粗糙度：絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值。 湍流時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了一些經(jīng)驗(yàn)公式， 如光滑管： 0.250.3164Re此式稱(chēng)為柏拉修斯公式，適用于4000Re105。 莫迪圖(Moody)（即摩擦系數(shù)圖）。 利用摩擦系數(shù)圖可查取的值。圖圖2-15 2-15 摩擦系數(shù)圖摩擦系數(shù)圖 該圖可分為四個(gè)區(qū)域 ：層流區(qū)(Re2000)

21、。 過(guò)渡區(qū)(2000Re4000)。 湍流區(qū)(Re4000以及虛線(xiàn)以下的區(qū)域)。 完全湍流區(qū)(虛線(xiàn)以上的部分)。 2. 流體在非圓形直管中的流動(dòng)阻力流體在非圓形直管中的流動(dòng)阻力4ed 流道截面積潤(rùn)濕周邊長(zhǎng) 對(duì)于異形斷面管道，用與圓形管直徑d相當(dāng)?shù)摹爸睆健狈Q(chēng)當(dāng)量直徑de以代替之。 當(dāng)量直徑de為流動(dòng)截面積A與過(guò)流斷面上流體與固體接觸周長(zhǎng)S之比的4倍。 外徑為外徑為D內(nèi)徑為內(nèi)徑為d的套管環(huán)形流道：的套管環(huán)形流道： 221()44()eDddDdDddD 圖2-16 環(huán)形管道截面示意圖 3. 流體流動(dòng)的局部阻力（局部損失）：流體流動(dòng)的局部阻力（局部損失）：22efffll uhhhd局部阻力損失有兩

22、種表示法：阻力系數(shù)法和當(dāng)量長(zhǎng)度法。 （1）當(dāng)量長(zhǎng)度法： fh22elud= J/kg 直管與局部阻力合并： elel一般由實(shí)驗(yàn)確定，教材中圖 2-17中列出了某些常用管件和閥門(mén)的值。 （2）阻力系數(shù)法： fh=2u2 J/kg 式中：為局部阻力系數(shù)。常用管件局部阻力系數(shù)列于教材中表2-3。 對(duì)突擴(kuò)： =221AA1管出口：A1/A20 出=1；管進(jìn)口：=0.5 4. 管路總能量損失管路總能量損失22efffll uhhhd2()2fluhd 管徑相同的管路總阻力hf為管路上全部直管阻力和各個(gè)局部阻力之和，即： 或 ell式中：管路上所有管件和閥門(mén)等的當(dāng)量長(zhǎng)度之和，m；管路上所有管件和閥門(mén)等的局

23、部阻力系數(shù)之和；管路上各段直管的總長(zhǎng)度，m；u 流體流經(jīng)管路的流速，m/s；d 流體流過(guò)管路的內(nèi)徑，m； 摩擦系數(shù)。 思考：工程實(shí)踐中，為減少流體流動(dòng)過(guò)程中的阻力，可采取哪些途徑？ 【例2-6】如圖3-17，空氣從鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定罐里經(jīng)一段內(nèi)徑為320mm，長(zhǎng)為15m的水平鋼管送出，出口以外的壓強(qiáng)為1atm，進(jìn)出口處的空氣的密度都可取為1.2kgm3，黏度為1.810-5Pas，若操作條件下的流量為6000m3h，鋼管絕對(duì)粗糙度為0.3mm，試求穩(wěn)壓罐內(nèi)的表壓強(qiáng)為多少Pa。解：根據(jù)題意畫(huà)圖，如圖， 1-1 選在穩(wěn)壓管外側(cè)，有進(jìn)口=0.52-2 選在穩(wěn)壓管內(nèi)側(cè)，無(wú)出=0 圖2-17 空氣流經(jīng)水平鋼管

24、示意圖gz2 + + hf= gz1+ 2112up22212fupph2222pu 22244 600020.73600 3.14 0.32Vud又 550.3220.7 1.24.42 101.8 10edupRu/0.3/3200.001d 查莫迪圖得： =0.0205hf=22222220.71520.70.50.02052220.322uuld=313J/kgp1=1.27 .63231327 .202 Pa注：控制面若選在管出口截面內(nèi)側(cè)有u 但出=0; 控制面若選在管出口截面外,則 u=0 ，但出=1.0. 第四節(jié)第四節(jié) 管路計(jì)算與流量測(cè)定管路計(jì)算與流量測(cè)定一、管路計(jì)算管路計(jì)算1.

25、 1. 簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路（1）已知管徑、管長(zhǎng)、管件和閥門(mén)，欲將已知量的流體從一處輸送至另一處所需的功率；（2）已知管徑、管長(zhǎng)、管件和閥門(mén)，欲在允許的能量損失下，求管路的輸送量；（3）已知管長(zhǎng)、管件和閥門(mén)，在要求的流體輸送量和能量損失下，求輸送管路的直徑。 【例2-7】如圖2-18所示，自來(lái)水塔將水送至車(chē)間，輸送管路采用1144mm的鋼管，管路總長(zhǎng)為190m(包括管件、閥門(mén)及3個(gè)彎頭的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)出口損失)。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口15m。設(shè)水溫為12，求管路的輸水量V（m3/h）。 圖2-18 自來(lái)水塔流程示意圖解：如圖取塔內(nèi)水面與出水口中心分別為1-1和2-2（出口外側(cè)）兩個(gè)

26、截面，則:2211221222efupupgzWgzh21()9.81 152effflluhgzhhd z2=0，z1=15m，u1=0，u2=u（未知），We=0，p1=p2=0（表壓） 將以上數(shù)值帶入式中，整理得：2 9.81 15294.319017921.51.50.106u（a） (b) 式（a）、式（b）中，含有兩個(gè)未知數(shù)和u，由于的求解依賴(lài)于Re，而Re又是u的函數(shù)，故需采用試差法求解，其步驟為：設(shè)定一個(gè)的初始值0；根據(jù)式(b)求u；根據(jù)此u值求Re；用求出的Re及 /d 值從摩擦系數(shù)圖中查出新的1；比較0與1，若兩者接近或相符，u即為所求，并據(jù)此計(jì)算輸水量；否則以當(dāng)前的1值代

27、入式(b)，按上述步驟重復(fù)計(jì)算，直至兩者接近或相符為止。 本例中，取管壁的絕對(duì)粗糙度=0.2mm，則/d=0.2/106=0.00189 水溫12時(shí)，其密度=1000kg/m3,黏度=1.23610-3Pas,于是，根據(jù)上述步驟計(jì)算的結(jié)果為：序次0uRe/d1第一次0.022.812.41051.8910-30.024第二次0.0242.582.21051.8910-30.0241 由于兩次計(jì)算的值基本相符，故u=2.58m/s，于是輸水量為： 223/ 43600 3.140.1062.5881.96m / hVd u 2. 2. 復(fù)雜管路復(fù)雜管路管路中存在分流與合流時(shí)，稱(chēng)為復(fù)雜管路。 圖2

28、-19 并聯(lián)與分支管路示意圖 (1)并聯(lián)管路 在并聯(lián)管路中，各支路的能量損失相等，主管中的流量必等于各管的流量之和。 對(duì)于如上圖(a)所示的并聯(lián)管路，2,1 ,ffABfhhh 上式表明，并聯(lián)管路中各支管的阻力損失相等。 此外，主管中的流量等于各支管中流量之和。 （2）分支管路 22,22CCBBBf BCf CpupugZhgZh 在分支管路中，單位質(zhì)量流體在兩支管流動(dòng)終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和必相等，主管流量等于各支管流量之和。 對(duì)于如圖(b)所示的分支管路， 上式表明，對(duì)于分支管路，單位質(zhì)量的流體在各支管流動(dòng)終了時(shí)的總能量與能量損失之和相等。此外，由連續(xù)性方程可得知主管流量等于各支管流量之和。 二、流量測(cè)定二、流量測(cè)定2()rAugR1. 測(cè)速管測(cè)速管測(cè)速管又稱(chēng)皮托管(Pitot tube )。它是由兩根同心圓管組成，如圖2-20所示。 圖2-20 測(cè)速管示意圖 2. 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)002()AsgRVC A圖2-21 孔板流量計(jì) 3. 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)10002()2()AsvVppgRVC AC A圖2-22 文丘里流量計(jì) 4. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)ff12f()()V gppA1RR2()ffgVQC AA圖2-23 轉(zhuǎn)子流量計(jì)第五節(jié)第五節(jié) 液體輸送設(shè)備液體輸送設(shè)備 為輸送流體所提供能量的機(jī)械稱(chēng)為流體輸送機(jī)械。 輸送液體的機(jī)械通稱(chēng)為泵。按其工