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1、返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件1.6管路计算管路计算1.6.1简单管路简单管路 1.6.2复杂管路复杂管路 1返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件1.6管路计算管路计算1.6.1简单管路简单管路 一、特点一、特点 （1）流流体体通通过过各各管管段段的的质质量量流流量量不不变变，对对于于不不可可压缩流体，则体积流量也不变。压缩流体，则体积流量也不变。(2)整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和。Vs1,d1Vs3,d3Vs2,d2不可压缩流体不可压缩流体2返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件二、管路计
2、算二、管路计算基本方程：连续性方程：连续性方程：柏努利方程：柏努利方程：阻力计算阻力计算（摩擦系数）：（摩擦系数）： 物物性性 、 一一定定时时，需需给给定定独独立立的的9个个参参数数，方方可可求解其它求解其它3个未知量。个未知量。3返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件（1）设计型计算）设计型计算 设设计计要要求求：规规定定输输液液量量VsVs，确确定定一一经经济济的的管管径径及及供液点提供的位能供液点提供的位能z z1 1( (或静压能或静压能p p1 1) )。 给定条件：给定条件： （1 1）供液与需液点的距离，即管长）供液与需液点的距离，即管长l l； （2 2）管道材
3、料与管件的配置，即管道材料与管件的配置，即 及及 ； （3 3）需液点的位置）需液点的位置z z2 2及压力及压力p p2 2； （4 4）输送机械输送机械 W We e。选择适宜流速选择适宜流速确定经济管径确定经济管径4返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件（2）操作型计算）操作型计算 已知：管子已知：管子d 、 、l l，管件和阀门管件和阀门 ，供液点，供液点z z1 1、p p1 1， 需液点的需液点的z z2 2、p p2 2，输送机械输送机械 WeWe； 求：流体的流速求：流体的流速u及供液量及供液量V VS S。 已知：管子已知：管子d、 l l、管件和阀门管件和阀门
4、 、流量、流量V Vs s等，等， 求：供液点的位置求：供液点的位置z z1 1 ； 或供液点的压力或供液点的压力p p1 1； 或输送机械有效功或输送机械有效功W We e 。5返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件 试差法计算流速的步骤试差法计算流速的步骤：（1 1）根据柏努利方程列出试差等式；）根据柏努利方程列出试差等式；（2 2）试差：）试差：符合？可初设阻力平方区之值注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需注意：若已知流动处于阻力平方区或层流，则无需试差，可直接解析求解。试差，可直接解析求解。6返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件三、阻力对管内流动的
5、影响三、阻力对管内流动的影响pApBpaF11 22 AB 阀门阀门F开度减小时：开度减小时：（1）阀关小，阀门局部阻力系数）阀关小，阀门局部阻力系数 hf,A-B 流速流速u u 即流量即流量； 7返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件（2）在）在1-A之间，由于之间，由于流速流速uuhf,1-Ap pA A ； （3）在）在B-2之间，由于之间，由于流速流速uuhf,B-2p pB B 。 结论：结论：（1）当当阀阀门门关关小小时时，其其局局部部阻阻力力增增大大，将将使使管管路路中中流量下降；流量下降；（2）下游阻力的增大使上游压力上升；）下游阻力的增大使上游压力上升；（3）
6、上游阻力的增大使下游压力下降。）上游阻力的增大使下游压力下降。可可见见，管管路路中中任任一一处处的的变变化化，必必将将带带来来总总体体的的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。8返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件例例1-6用泵把用泵把20的苯从地下的苯从地下贮罐送到高位槽贮罐送到高位槽,流量为流量为300L/min,设高位槽液比贮罐设高位槽液比贮罐液面高液面高10m.泵吸入管用泵吸入管用89x4mm的无缝钢管的无缝钢管,直管直管长为长为15m,管路上装有一个底管路上装有一个底阀阀(可粗略地按旋启式止绘阀可粗略地按旋启式止绘阀全开时计全开时
7、计),一个标准弯头一个标准弯头;泵泵排出管用排出管用57x3.5mm的无缝的无缝钢管钢管,直管长度为直管长度为50m,管路上管路上装有一个全开的闸阀装有一个全开的闸阀,一个全一个全开的截止阀和三个标准弯头开的截止阀和三个标准弯头.贮罐和高位槽液面上方均为大气压贮罐和高位槽液面上方均为大气压.设贮设贮罐及高位槽液面维持恒定罐及高位槽液面维持恒定.试求泵的轴功试求泵的轴功率率,设泵的效率为设泵的效率为70.9返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件解解解解: :根据题意根据题意根据题意根据题意, ,画出流程示意图画出流程示意图画出流程示意图画出流程示意图, ,如本题附图所示如本题附图所
8、示如本题附图所示如本题附图所示. .取贮罐取贮罐取贮罐取贮罐液面为上游截面液面为上游截面液面为上游截面液面为上游截面1-1,1-1,高位槽的液面为下游截面高位槽的液面为下游截面高位槽的液面为下游截面高位槽的液面为下游截面2-2,2-2,并以并以并以并以截面截面截面截面1-11-1为基准水平面为基准水平面为基准水平面为基准水平面. .在两截面间列柏努利方程式在两截面间列柏努利方程式在两截面间列柏努利方程式在两截面间列柏努利方程式, ,即即即即式中式中式中式中Z1=0Z2=10mp1=p2Z1=0Z2=10mp1=p2因贮罐和高位槽的截面与管道相比因贮罐和高位槽的截面与管道相比因贮罐和高位槽的截面
9、与管道相比因贮罐和高位槽的截面与管道相比, ,都很大都很大都很大都很大, ,故故故故因此因此因此因此, ,柏努利方程式可以简化成柏努利方程式可以简化成柏努利方程式可以简化成柏努利方程式可以简化成10返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件只要算出系统的总能量损失只要算出系统的总能量损失只要算出系统的总能量损失只要算出系统的总能量损失, ,就可以算出泵对就可以算出泵对就可以算出泵对就可以算出泵对1Kg1Kg苯所提供的苯所提供的苯所提供的苯所提供的有效能量有效能量有效能量有效能量We.We.吸入管路吸入管路吸入管路吸入管路a a与排出管路与排出管路与排出管路与排出管路b b的直径不同的
10、直径不同的直径不同的直径不同, ,故应故应故应故应分段计算分段计算分段计算分段计算, ,然后再求其和然后再求其和然后再求其和然后再求其和. .一般泵的进出口以及泵体内的能量损失均考虑在泵的效率内一般泵的进出口以及泵体内的能量损失均考虑在泵的效率内一般泵的进出口以及泵体内的能量损失均考虑在泵的效率内一般泵的进出口以及泵体内的能量损失均考虑在泵的效率内. .（1)1)吸入管路上的能量损失吸入管路上的能量损失吸入管路上的能量损失吸入管路上的能量损失式中式中式中式中dada=89-2x4=81mm=0.081m=89-2x4=81mm=0.081mla=15mla=15m11返回南华大学化工原理电子课
11、件南华大学化工原理电子课件由图由图由图由图1-291-29查出的管件查出的管件查出的管件查出的管件, ,阀门的当量长度分别为阀门的当量长度分别为阀门的当量长度分别为阀门的当量长度分别为: :底阀底阀底阀底阀( (按旋转式止绘阀全开时计按旋转式止绘阀全开时计按旋转式止绘阀全开时计按旋转式止绘阀全开时计)6.3m)6.3m标准弯头标准弯头标准弯头标准弯头2.7m2.7m故故故故进口阻力系数进口阻力系数进口阻力系数进口阻力系数 c c=0.5=0.5从本教材附录十四查得从本教材附录十四查得从本教材附录十四查得从本教材附录十四查得2020的苯的密度为的苯的密度为的苯的密度为的苯的密度为880kg/m8
12、80kg/m3 3, ,粘度为粘度为粘度为粘度为6.5x106.5x10-4-4Pa.sPa.s12返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件参考表参考表参考表参考表1-2,1-2,取管壁的绝对粗糙度取管壁的绝对粗糙度取管壁的绝对粗糙度取管壁的绝对粗糙度=0.3mm,=0.3mm,/d/d=0.3/81=0.0037,=0.3/81=0.0037,由图由图由图由图1-271-27查得查得查得查得=0.029.=0.029.故故故故(2)(2) 排出管路上的能量损失排出管路上的能量损失排出管路上的能量损失排出管路上的能量损失式中式中式中式中 d db b=57-2x3.5=50mm=0
13、.05m=57-2x3.5=50mm=0.05mllb b=50m=50m13返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件由图由图由图由图1-291-29查出的管件查出的管件查出的管件查出的管件, ,阀门的当量长度分别为阀门的当量长度分别为阀门的当量长度分别为阀门的当量长度分别为全开的闸阀全开的闸阀全开的闸阀全开的闸阀0.33m0.33m全开的截止阀全开的截止阀全开的截止阀全开的截止阀17m17m三个标准的弯头三个标准的弯头三个标准的弯头三个标准的弯头1.6x3=4.8m1.6x3=4.8m故故故故出口阻力系数出口阻力系数出口阻力系数出口阻力系数 e e=1=1 u ub b=2.55
14、m/s=2.55m/s ReReb b=1.73x10=1.73x105 5仍取管壁的绝对粗糙度仍取管壁的绝对粗糙度仍取管壁的绝对粗糙度仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm,=0.3mm,/d/d=0.3/50=0.006,=0.3/50=0.006,由图由图由图由图1-271-27查得查得查得查得=0.313.=0.313.故故故故14返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件（3)3)管路系统的总能量损失管路系统的总能量损失管路系统的总能量损失管路系统的总能量损失所以所以所以所以WWe e=98.1+154.3=252.4J/kg=98.1+154.3=252.4J/kg苯的质量流量
15、为苯的质量流量为苯的质量流量为苯的质量流量为 泵的有效功率为泵的有效功率为泵的有效功率为泵的有效功率为泵的轴功率为泵的轴功率为泵的轴功率为泵的轴功率为15返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件1.6.2复杂管路复杂管路 一、并联管路并联管路 AVSVS1VS2VS3B1、特点：、特点：（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；）主管中的流量为并联的各支路流量之和；16返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件（2）并联管路中各支路的能量损失均相等。）并联管路中各支路的能量损失均相等。不可压缩流体不可压缩流体注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支路即注意：计算并联管路阻力
16、时，仅取其中一支路即可，不能重复计算。可，不能重复计算。17返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件2.并联管路的流量分配并联管路的流量分配而支管越长、管径越小、阻力系数越大支管越长、管径越小、阻力系数越大流量越小；流量越小；反之反之流量越大。流量越大。 18返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件COAB分支管路分支管路COAB汇合管路汇合管路二、分支管路与汇合管路二、分支管路与汇合管路 19返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件1、特点、特点：（1）主管中的流量为各支路流量之和；）主管中的流量为各支路流量之和；不可压缩流体不可压缩流体（2）流流体体在在
17、各各支支管管流流动动终终了了时时的的总总机机械械能能与与能能量量损损失之和相等。失之和相等。 20返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件 例例1-7如如图图所所示示，从从自自来来水水总总管管接接一一管管段段AB向向实实验验楼楼供供水水，在在B处处分分成成两两路路各各通通向向一一楼楼和和二二楼楼。两两支支路路各各安安装装一一球球形形阀阀，出出口口分分别别为为C和和D。已已知知管管段段AB、BC和和BD的的长长度度分分别别为为100m、10m和和20m（仅仅包包括括管管件件的的当当量量长长度度），管管内内径径皆皆为为30mm。假假定定总总管管在在A处处的的表表压压为为0.343MPa
18、，不不考考虑虑分分支支点点B处处的的动动能能交交换换和和能能量量损损失失，且且可可认认为为各各管管段段内内的的流流动动均均进进入入阻阻力平方区，摩擦系数皆为力平方区，摩擦系数皆为0.03，试求：，试求：21返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件 （1）D阀阀关关闭闭，C阀阀全全开开（）时时，BC管管的的流量为多少？流量为多少？（2）D阀阀全全开开，C阀阀关关小小至至流流量量减减半半时时，BD管管的流量为多少？总管流量又为多少？的流量为多少？总管流量又为多少？5mACDB自自来来水水总总管管22返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件解：（解：（解：（解：（1 1）在）
19、在）在）在ACAC截面（出口内截面（出口内截面（出口内截面（出口内侧侧）列柏努利方程）列柏努利方程）列柏努利方程）列柏努利方程 =2.41m/s=2.41m/s= =23返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件(2)D(2)D阀阀全开，全开，全开，全开，C C阀阀关小至流量减半关小至流量减半关小至流量减半关小至流量减半时时：在在在在ADAD截面（出口内截面（出口内截面（出口内截面（出口内侧侧）列柏努利方程（不）列柏努利方程（不）列柏努利方程（不）列柏努利方程（不计计分支分支分支分支点点点点B B处处能量能量能量能量损损失）失）失）失） 其中：其中：其中：其中： 24返回南华大学化工
20、原理电子课件南华大学化工原理电子课件25返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件化化化化简简得得得得 解得：解得：解得：解得： 总总管流量管流量管流量管流量 讨论讨论：对对于分支管路，于分支管路，于分支管路，于分支管路，调节调节支路中的支路中的支路中的支路中的阀门阀门（阻力），（阻力），（阻力），（阻力），不不不不仅仅改改改改变变了各支路的流量分配，同了各支路的流量分配，同了各支路的流量分配，同了各支路的流量分配，同时时也改也改也改也改变变了了了了总总流量。流量。流量。流量。但但但但对对于于于于总总管阻力管阻力管阻力管阻力为为主的分支管路，改主的分支管路，改主的分支管路，改主的分支
21、管路，改变变支路的阻力，支路的阻力，支路的阻力，支路的阻力，总总流量流量流量流量变变化不大。化不大。化不大。化不大。26返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件例例1-8如本题附图所示，密度为如本题附图所示，密度为950kg/m3、粘度为、粘度为1.24mPas的料液从高位槽送入塔中，高位的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定，并高于塔槽内的液面维持恒定，并高于塔的进料口的进料口4.5m，塔内表压强为，塔内表压强为3.5103Pa。送液管道的直径为。送液管道的直径为452.5mm，长为，长为35m（包括管（包括管件及阀门的当量长度件及阀门的当量长度,但不包括但不包括进、出口
22、损失），管壁的绝对粗进、出口损失），管壁的绝对粗糙度为糙度为0.2mm，试求输液量为若，试求输液量为若干干m3/h。. 27返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件解：以高位槽液面为上游截面解：以高位槽液面为上游截面1-1，输液管出口内侧，输液管出口内侧为下游截面为下游截面2-2，并以截面，并以截面2-2的中心线为基准水平的中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即面。在两截面间列柏努利方程式，即：式中：式中：Z Z1 1=4.5m=4.5m，Z Z2 2=0=0；u u1 100；u u2 2=u=u；p p1 1=0=0，p p2 2= 3.5= 3.510103 3Pa
23、Pa将已知数据代入上两式，经整理得到：将已知数据代入上两式，经整理得到：28返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件v先取先取先取先取值，求值，求值，在阻力平方区查取值，在阻力平方区查取，然后按如下方框，然后按如下方框进行计算进行计算而而故需要用试差法故需要用试差法29返回南华大学化工原理电子课件南华大学化工原理电子课件由由/d/d及及ReRe值，再查图值，再查图1-271-27，得到，得到0.03220.0322，与原取与原取0.030.03有差别，进行第二次试差，有差别，进行第二次试差，解得解得u u=1.656m/s=1.656m/s，ReRe=5.08=5.08104104，0.03220.0322。于是于是u u=1.656m/s=1.656m/s即为所求，故液体输送量为。即为所求，故液体输送量为。30
