1.2 获取流体输送知识2(课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版社）

1.2 获取流体输送知识 《化工单元操作》 故管路总的能量损失∑hf = hf +hf’ 1、直管阻力： 式中：l—— 直管长度，m； d—— 直管内径，m； u—— 流体流速，m/s； λ——比例系数，摩擦系数，无因次。 ——范宁公式 一、流体流动阻力及降低措施 （一）流体流动阻力 生产用管路主要由直管和管件、阀门等两部分组成，流体流动阻力也相应分为直管阻力和局部阻力两类。 λ与流体的流动形态Re有关，还与管子粗糙度有关。 ① 管子粗糙度： 管子根据材质，加工方法可分： 光滑管：玻璃管、铜管、塑料管等 粗糙管：钢管、水泥管等 绝对粗糙度：ε—指壁面凸出部分的平均高度。 相对粗糙度：ε/d—指壁面凸出部分的平均高度与直径的比。 ② λ的计算： 由于λ与流动型态有关，而液体的流动型态有两种，分别讨论。 a、层流时λ的计算： 层流时，流体是平行流动的，层流内层的厚度完全恢盖了管壁凸凹不平的壁面，流体的质点与管壁凹凸部分不会发生碰撞，所以层流时，λ与管子的粗糙度无关，λ只与Re有关，实验证明或理论推导：λ=64/ Re ，它们为线性关系。 b、湍流时λ的计算： 湍流时，流体的层流内层的厚度很薄，它不能恢盖管壁凸凹不平的壁面，流体的质点与管壁凹凸部分会发生碰撞使湍流程度加剧，此时ε对λ的影响相当大，λ= f（Re、ε/d），λ的计算：经验式和查图两种方法。 双对数坐标图 a)层流区：Re≤2000，λ与Re成直线关系，λ=64/Re。 c)湍流区：Re≥4000且在图中虚线以下处时，λ值随Re数的 增大而减小。 d)完全湍流区：图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随Re的变化而变化，λ值近似为常数。 b)过渡区：2000＜Re＜4000，管内流动随外界条件的影响而出现不同的流型，摩擦系数也因之出现波动。 根据范宁公式，若l/d一定，则阻力损失与流速的平方成正比，称作阻力平方区 。 hf是单位质量流体在流动过程中所损失的机械能，对 于hf还可以用不同的衡算基准，故能量损失的计算式也有 不同的表达形式： 用单位重量流体作为衡算基准： 用单位体积流体作为衡算基准： 用单位体积流体作为衡算基准： 2.局部阻力： 流体通过管道的管件、阀件、扩大口、流量计等局部障碍时，因流通截面积发生了改变，流体的流动方向、速度变化很大，产生大量的旋涡从而消耗很大的能量，比通过同等长度的直管损失能量要大得多。因管路复杂、种类繁多，难经精确计算，局部阻力能量损失的计算有二种近似公式进行计算。 （1）阻力系数法： 将所有影响局部阻力的因素全归结到一个系数来，即 动能的一个倍数。 管出口 管出口相当于突然扩大, 管进口相当于突然缩小，A2/A1≈0，管进口ζc=0.5。 式中：ζ——局部阻力系数，有表可查。 只要根据管件、阀件的名称去查相关的数据。 （2）当量长度法： 把流体通过某一局部障碍所损失的能量，折算成流体 流过相同管径一定长度直管的能量损失。 如：90。标准弯头，它的当量长度不是弯头本身的长 度，而是流体流过弯头时产生的阻力损失与通过等管径直 管产生相等的阻力损失直管的长度。用“le”表示。 式中：le——当量长度,有表可查。 因阻力系数法或当量长度法计算都是近似计算，而管件、阀件加工精度、材质及使用的时间长短不同，对局部损失的大小也就不同，教材上的有关数据不可能考虑这么细，所以只是一个粗略计算或估算，采用不同的方法计算的出来的结果难免会有差别。 3. 系统的总能力损失 （2）减少阻力损失的途径 根据 可知 ①管路尽可能走直线， l↓；∑hf↓ ②管路尽可能减少管件、阀件， le↓，Σζ↓；∑hf↓ ③适当增加管径； 在化工生产中，流体的流动一般都处在湍流区和完全湍流区，在此时的d和u的变化对∑hf的影响是很大的。 当Vs一定，管径增大一倍，2d1=d2， 从上分析可知：管径增大二倍，阻力损失减少了32倍。 但事物总是存在矛盾，d↑所消耗的金属材料就↑，投资 费用↑；d↑，u↓,∑hf↓，操作费用↓ 适宜管径的确定； 之间的关系，算出总费用，总费用最低处对应的u，就是最适宜的流速，根据Vs、u 算出的d，就是适宜的管径。 一些流体在一般管路中有常用流速范围。