上海交通大学：《化工原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）管路计算和流量计

就读大学时,你应当掌握七项学习,包括自修之道、基础 知识、实通、培养兴趣、积极主动、掌挖时间、为人 处世。经过大学四年,你会从思考中确立自我,从学习中 寻求真理。从独立中体验自主,从计灲中把握时间。从表 达中鍛炼口才,从交友中品味成熟,从实践中赢得价值, 从兴趣中获取快乐,从追求中蕤得力量。 离开大学时。只要做到了这些,你最大的收获将是“对什 么都可以拥有的自信和渴望”。你就能成为一个有潜力 有思、有价值、有前途的中国未来的主人翁。 李开复 现任微软公司全球副总裁 微软亚洲研究院首任院长

就读大学时，你应当掌握七项学习，包括自修之道、基础 知识、实践贯通、培养兴趣、积极主动、掌控时间、为人 处世。经过大学四年，你会从思考中确立自我，从学习中 寻求真理，从独立中体验自主，从计划中把握时间，从表 达中锻炼口才，从交友中品味成熟，从实践中赢得价值， 从兴趣中获取快乐，从追求中获得力量。 离开大学时，只要做到了这些，你最大的收获将是“对什 么都可以拥有的自信和渴望”。你就能成为一个有潜力、 有思想、有价值、有前途的中国未来的主人翁。 李开复 现任微软公司全球副总裁 微软亚洲研究院首任院长

教育家B. E. Skinner说:“当我们将学过的东西忘得一干二净,最后剩下来的东西就 是教育的本质了。”所谓“剩下来的东西”,其实就是自学的能力,也就是举一反三 或无师自通的能力。在大学期间,学习专业知识固然重要,但更重要的还是要学习思 考的方法,培养举一反三的能力,只有这样,大学毕业生才能适应瞬息万变的未来世 界 自学能力必须在大学期间开始培养。大学生不应该只会跟在老师的身后亦步亦趋 而应当主动走在老师的前面。最好的学习方法是在老师讲课之前就把课本中的相关问 题琢磨清楚,然后在课堂上对照老师的讲解弥补自己在理解和认识上的不足之处

大学时光 你认识问题 的深度 你的时间 你修正自己 的能力 教育家B.F.Skinner说：“当我们将学过的东西忘得一干二净，最后剩下来的东西就 是教育的本质了。”所谓“剩下来的东西”，其实就是自学的能力，也就是举一反三 或无师自通的能 力。在大学期间，学习专业知识固然重要，但更重要的还是要学习思 考的方法，培养举一反三的能力，只有这样，大学毕业生才能适应瞬息万变的未来世 界。 自学能力必须在大学期间开始培养。大学生不应该只会跟在老师的身后亦步亦趋， 而应当主动走在老师的前面。最好的学习方法是在老师讲课之前就把课本中的相关问 题琢磨清楚，然后在课堂上对照老师的讲解弥补自己在理解和认识上的不足之处

填空: ·用管子从高魟橧放水。当管径增大一佫,则水的流 量为原流量()倍,假定液面高度、管长、局部阻 力及擦系教均不变。且管路出口处的流体动能项 可忽略。 某设备上,真空表的读数为80mmHg,其绝压=( kgf/cm2=()Pa,该地区大气压强 为720mmHg 常温下水密度为100kg/m3,粘度1P,在100mm管内3ms速度运动,流动类型为() ·20℃的水通过10m长,内径10omm的钢管,流量10m/hr,摩擦系数0.02,阻力降△P= () 无论层流湍流,在管道仼意截面上流体质点的速度沿管径而变,管壁处速度为(),到 管中心速度()。层流时,圆管截面的平均速度为最大速度度的( 课堂练习 在流动系统中.若截面上流体流速、压强、密度等仅随()而变.称为稳定流动:若以 上各量既随()而变又随()变化,称为不稳定流动。 计犷:液体在光滑圆形直营内作湍流流动,若管长和 管均不变。而流量增为原来的两佫,问因流动阻 力而产生的能量损失为原来的多少倍?擦因数可 用 Blasius公式计算

课 堂 练 习 填空： • 用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流 量为原流量( )倍，假定液面高度、管长、局部阻 力及摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项 可忽略。 • 某设备上，真空表的读数为80mmHg，其绝压＝( )kgf/cm2＝( )Pa，该地区大气压强 为720mmHg。 • 常温下水密度为1000kg/m3，粘度1cP，在100mm管内3m/s速度运动，流动类型为( ) • 20℃的水通过10m长，内径100mm的钢管，流量10m3 /hr，摩擦系数0.02，阻力降P＝ ( )。 • 无论层流湍流，在管道任意截面上流体质点的速度沿管径而变，管壁处速度为( )，到 管中心速度( )。层流时，圆管截面的平均速度为最大速度度的( ) • 在流动系统中．若截面上流体流速、压强、密度等仅随( ) 而变．称为稳定流动；若以 上各量既随( )而变又随( )变化，称为不稳定流动。 计算：液体在光滑圆形直管内作湍流流动，若管长和 管径均不变，而流量增为原来的两倍，问因流动阻 力而产生的能量损失为原来的多少倍? 摩擦因数可 用Blasius公式计算

管路布设情况 简单管路:不同管径的管道与管件串联而成的 管路系统 复杂管路:讨论工程上常见的分支及并联管路 的计算问题。更复杂的管路网络及流量分配管 系等问题可参阅有关专著 计算目的 设计型计算:为完成一定流体输送任务,设计计 经济上 理的管道 尺寸及 确定输送 功率(或供液 点的位能、供液点压强)。圜 操作型计算:对一定的流体输送管路,核算在 给定条件下的输送能力。 计算理论基础 连续性方程、机械能衡算、阻力系数计算

管 路 计 算 • 管路布设情况 – 简单管路：不同管径的管道与管件串联而成的 管路系统 – 复杂管路：讨论工程上常见的分支及并联管路 的计算问题。更复杂的管路网络及流量分配管 系等问题可参阅有关专著 • 计算目的 – 设计型计算：为完成一定流体输送任务，设计 经济上合理的管道尺寸及确定输送功率(或供液 点的位能、供液点压强)。 – 操作型计算：对一定的流体输送管路，核算在 给定条件下的输送能力。 • 计算理论基础 – 连续性方程、机械能衡算、阻力系数计算 4

简单管路计算 简单管路即无分支的管路,既可以是等径、也可以由不同管 径或截面形状的管道串联组成。简单管路的基本特点是 (1)通过各段管路的质量流量不变,即服从连续性方程 v=V1p1=V2/P2=…=常数 对于不可压缩流体,体积流量也不变 V=V1=V2=…=常数 1A1=2A2=…=常数 (2)全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有局部阻 力之和 ∑h=∑hn+∑hn2+…+∑h 用柏努利方程进行简单管路的计算,要根据上述特点并视已 知条件和要解决的问题而选择具体的计算方法

简单管路计算 (1) 通过各段管路的质量流量不变，即服从连续性方程 简单管路即无分支的管路，既可以是等径、也可以由不同管 径或截面形状的管道串联组成。简单管路的基本特点是： 对于不可压缩流体，体积流量也不变 w V V 1 2   1 2 = = = = 常数 V = = = = V V 1 2 常数 u u 1 2 A A 1 2 = = = 常数 (2) 全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有局部阻 力之和 用柏努利方程进行简单管路的计算，要根据上述特点并视已 知条件和要解决的问题而选择具体的计算方法。     h h h h f f f f = + + + 1 2 

给定条件(输送任务):流量、管长、ξ、∑、z、z2、p2 设计参数:管径或流速v、p或输送功率 待求参数:、w 设计计算次序: Bernoulli 确定管径或流速→ Fanning P1→le 实例:page59例题1-20 设 ·确定管径或流速思路:对一定的输送仼务,d∝u5 u个d↓→设备费用→w2↑→>p1个→操作费用↑ ud↑→设备费用↑→>P→操作费用↓ 对长距离大流量输送管路,应釆用最优化方法进行管路 计 设计,最佳的管径应使年操作费用与按使用年限的设备 折旧费之和为最小。这项工作计算量很大,通常借助计 算 算机进行 对车间内部的规模较小的管路设计问题,往往采取选择 经验流速确定管路方法。 计算得到的管径应按管道规定标准进行圆整

设 计 型 计 算 • 给定条件(输送任务)：流量、管长、、、z1、z2、 p2 • 设计参数：管径d或流速u、p1或输送功率 • 待求参数： 、we • 设计计算次序： – 确定管径或流速 →  → p1 → we – 实例：page59例题1-20 • 确定管径或流速思路：对一定的输送任务，d  u -0.5 – u  d  → 设备费用 →we → p1  →操作费用 – u  d  → 设备费用 →we  → p1  →操作费用 – 对长距离大流量输送管路，应采用最优化方法进行管路 设计，最佳的管径应使年操作费用与按使用年限的设备 折旧费之和为最小。这项工作计算量很大，通常借助计 算机进行。 – 对车间内部的规模较小的管路设计问题，往往采取选择 经验流速确定管路方法。 – 计算得到的管径应按管道规定标准进行圆整。 Fanning Bernoulli 6

给定条件(设备情况):管径d、管长、ε、、zz2 ·计算任务:流速u(输送能力) 待求参数: 计算思路: 流速 机械能 关联式 衡算 算图 假设入设2 操作型计算 如果已知阻力损 对较复杂的试算 失服从一次方定 问题,如能得到 律(层流,或二 合适的关联式, 次方定律(高度湍 流)时,可直接进 那么也可采用方 行解析求解,而 程组的迭代技术, 结果 在计算机上计算。 无需试算

流速 Re 数 摩擦因数 关联式 算图 机械能 衡算 操 作 型 计 算 • 给定条件(设备情况)：管径d 、管长、、、z1、z2、 we 、p1 、p2 • 计算任务：流速u（输送能力） • 待求参数：  • 计算思路： 假设设  ? 设 = 结果 如果已知阻力损 失服从一次方定 律(层流)，或二 次方定律(高度湍 流)时，可直接进 行解析求解，而 无需试算。 对较复杂的试算 问题，如能得到 合适的关联式， 那么也可采用方 程组的迭代技术， 在计算机上计算。 7

并联管路计算 (1)主管中的质量流量等于并 d,1 联各支管内质量流量之和 dy d22 =1+w2+w3 d3 V3 pv=P,V+p,v2+p,v2 对于不可压缩流体 V=V1+2+V3 (2)任一并联处流体的势能(位能与静压能之和)唯一,由柏 努利方程可以知从分流点A至合流点B,单位质量的流体 无论通过哪一根支管,阻力损失都相等,即 A-B hfi=hf2=h 各管段的阻力损失为 式中是包括局部阻力当量长度在内的支管阻力计算长度

并联管路计算 (1) 主管中的质量流量等于并 联各支管内质量流量之和 对于不可压缩流体 A B d,V d1,V1 d2,V2 d3,V3 w = + + w w w 1 2 3 V = + +    1 2 2 V V V 1 2 2 V = + + V V V 1 2 3 (2) 任一并联处流体的势能（位能与静压能之和）唯一，由柏 努利方程可以知从分流点 A 至合流点 B，单位质量的流体 无论通过哪一根支管，阻力损失都相等，即 h f A-B = = = h h h f f f 1 2 3 2 i i i i i 2 f l u h d =   各管段的阻力损失为 式中是包括局部阻力当量长度在内的支管阻力计算长度

并联管路计算 (3)并联各支管流量分配具有自 d,1 协调性。 .v d22 d3 V3 任意两支管ij的流量分配比为 Vi Aili/vali

并联管路计算 A B d,V d1,V1 d2,V2 d3,V3 任意两支管 i、j 的流量分配比为 2 i i i 4 d V u  = 5 5 i j i j i i j j V d d V   l l = (3) 并联各支管流量分配具有自 协调性

分支管路计算 分支点既可以是分流点,也可 以是交汇点,这取决于支管上 流体的流向。在任一个分支点 处,若支管段内流体的机械能 小于该点处主管上的值,则主 管上的流体向支管分流;反之 则由支管向主管交汇。 以分流为例,分支管路的特点是 1)主管质量流量等于各支管质量流量之和。对如图所示的管 路系统,可以表示为 W=m+12=11+(n+y)=p1+p22=P1+(23+p4 对不可压缩流体即为 =1+V2=V1+(3+V4)

分支管路计算 A E V B C V1 V2 D V3 F V4 对不可压缩流体即为 分支点既可以是分流点，也可 以是交汇点，这取决于支管上 流体的流向。在任一个分支点 处，若支管段内流体的机械能 小于该点处主管上的值，则主 管上的流体向支管分流；反之 则由支管向主管交汇。 (1) 主管质量流量等于各支管质量流量之和。对如图所示的管 路系统，可以表示为 w= + = + + = + = + + w w w w w V V V V V 1 2 1 3 4 1 2 1 3 4 ( )      1 2 1 3 4 ( ) ( ) V =V1 +V2 =V1 + V3 +V4 以分流为例，分支管路的特点是：