第三草 体输送与流体输送机械
第三章 流体输送与流体输送机械
概述 化学工业是流程工业,从原料输入到成品输出的每一道工 序都在一定的流动状态下进行,整个工厂的生产设备是由 流体输送管道构成体系。 装置中的传热、传质和化学反应情况与流体流动状态密切 相关,流动参数的任何改变将迅速波及整个系统,直接影 响所有设备的操作状态。因此,往往选择流体的流量、压 强和温度等参数作为化工生产系统的主要控制参数。 流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送机械也有 共通的原理,所以有通用机械之称。 >化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的 流量和压强的要求。流体输送系统包括:流体输送管路· 流体输送机械、流动参数测控装置。 流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理论为基础
➢ 化学工业是流程工业，从原料输入到成品输出的每一道工 序都在一定的流动状态下进行，整个工厂的生产设备是由 流体输送管道构成体系。 ➢ 装置中的传热、传质和化学反应情况与流体流动状态密切 相关，流动参数的任何改变将迅速波及整个系统，直接影 响所有设备的操作状态。因此，往往选择流体的流量、压 强和温度等参数作为化工生产系统的主要控制参数。 ➢ 流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送机械也有 共通的原理，所以有通用机械之称。 ➢ 化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的 流量和压强的要求。流体输送系统包括：流体输送管路、 流体输送机械、流动参数测控装置。 ➢ 流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理论为基础。 概 述
旒瘁输管路计算的基本方 根据流体流动的质量守恒、动量守恒与能量守恒原理,不可 压缩流体在管路中稳定流动时应服从 连续性方程mw4=常数 柏努利方程 ++g=1+he 2 2 +2+g2+∑b 国体积平均流速4 丌d 由于流体输送系统的流速一般不会很低(湍流),因此动能 校正系数a往往接近于1.0。 对于流速较低的层流流动,c值与1.0相差较大,但由于动能 项在总能量中所占比例很小,也可不加校正
流体输送管路计算的基本方程 根据流体流动的质量守恒、动量守恒与能量守恒原理，不可 压缩流体在管路中稳定流动时应服从 uA =常数 g z h u p g z h u p + + + e = + + 2 + f 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 2 d V A V u 2 4 = = + + + e = + + gz +hf u p gz h u p 2 2 2 2 1 1 2 1 2 2 连续性方程 柏努利方程 体积平均流速 由于流体输送系统的流速一般不会很低（湍流），因此动能 校正系数 往往接近于1.0。 对于流速较低的层流流动， 值与1.0 相差较大，但由于动能 项在总能量中所占比例很小，也可不加校正
旒瘁输管路计算的基本方 ∑b包括所选截面间全部管路阻力损失 注意单位 M输送单位质量流体所需加入的外功,是决定流体输 若管路输送的流体的质量流量为w(kgs),则输送流体所需 的供给的功率(即流体输送机械的有效功率)为 单位为Js(或W) 如果流体输送机械的效率为η,则实际消 耗的功率即流体输送机械的轴功率为 N he· 对可压缩流体,若在所取系统两截面之间流体的绝对压强变 化小于10%,仍可按不可压缩流体计算,而流体密度以两截 面之间的流体的平均密度pn代替
流体输送管路计算的基本方程 输送单位质量流体所需加入的外功，是决定流体输 送机械的重要数据。 单位为 J/s（或W） 对可压缩流体，若在所取系统两截面之间流体的绝对压强变 化小于10％，仍可按不可压缩流体计算，而流体密度以两截 面之间的流体的平均密度 m 代替。 Ne = he w N h w N e e = = hf 包括所选截面间全部管路阻力损失 he 若管路输送的流体的质量流量为 w（kg/s），则输送流体所需 供给的功率（即流体输送机械的有效功率）为： 如果流体输送机械的效率为，则实际消 耗的功率即流体输送机械的轴功率为： 注意单位！
管路计算的 设计型 22日 p2 给定流体输送任务(质量流量ν或 体积流量V、输送距离厶输送目 标点的静压强P2和垂直高差2)和 流体的初始状态(静压强P1、垂直 高差=1) 依据连续性方程和柏努利方程对流体输送系统进行设计或者 窜优化操作计算,结合管路的实际条件,合理地确定流速和 管径d 如果计算结果需要外加输送功h,则应结合工程造价与操作 维修费用两方面的因素加以考虑
管路计算的类型 给定流体输送任务（质量流量 w 或 体积流量 V、输送距离 l、输送目 标点的静压强 p2 和垂直高差 z2）和 流体的初始状态（静压强 p1、垂直 高差 z 1） 设计型： 吸 收 塔 1 1 2 2 z2 z1 1 p 2 p 依据连续性方程和柏努利方程对流体输送系统进行设计或者 优化操作计算，结合管路的实际条件，合理地确定流速 u 和 管径 d。 如果计算结果需要外加输送功 he，则应结合工程造价与操作 维修费用两方面的因素加以考虑
管路计算的 设计型: 总费用 田 操作费 设备费 某些流体在管道中常用流速范围 最佳 流体种类及状况常用流速范围流体种类及状况「常用流速范围 m/s m/s 水及一般液体 1~3 压力较高的气体 15~25 粘度较大的液体 0.5~1饱和水蒸气 低压气体 8~15 8大气压以下 40~60 易燃、易爆的低压 3大气压以下 20~40 气体(如乙炔等) 过热水蒸气 30~50
某些流体在管道中常用流速范围 管路计算的类型 设计型： 费用 u 设备费 总费用 操作费 u最佳 流体种类及状况 常用流速范围 m/s 流体种类及状况 常用流速范围 m/s 水及一般液体 1~3 压力较高的气体 15~25 粘度较大的液体 0.5~1 饱和水蒸气： 低压气体 8~15 8大气压以下 40~60 易燃、易爆的低压 气体（如乙炔等） <8 3大气压以下 过热水蒸气 20~40 30~50
管路计算狗 操作型 流体输送管路系统一定,需计算其输 送能力、输送压力和动力消耗等,则 用连续性方程和柏努利方程可求解系 统中指定截面处流体的流速u和压强 p以及指定管段的流动阻力损失∑h 等,提供操作与控制必需的信息。 由于柏努利方程中的流动阻力损失zh与流速的关系为非线 窀性,故管路的操作型计算一般需要进行试差。 4=(R2,E/d 线性函数 若已知阻力损失服从平方或一次方定律时,可将关系式直接 代入柏努利方程计算流速,不需进行试差
管路计算的类型 操作型： 流体输送管路系统一定，需计算其输 送能力、输送压力和动力消耗等，则 用连续性方程和柏努利方程可求解系 统中指定截面处流体的流速 u 和压强 p 以及指定管段的流动阻力损失hf 等，提供操作与控制必需的信息。 由于柏努利方程中的流动阻力损失 hf 与流速的关系为非线 性，故管路的操作型计算一般需要进行试差。 若已知阻力损失服从平方或一次方定律时，可将关系式直接 代入柏努利方程计算流速，不需进行试差。 (R d) e = , / 非线性函数 吸 收 塔 1 1 2 2 z2 z1 1 p 2 p
爹路计算的一般原 应用柏努利方程时,首先应根据具体问题在流体流动系统中 确定衡算范围,也就是确定列岀柏努利方程的两截面位置。 截面位置的确定 所选的计算截面既要与流体流动方向垂直(更严格地说应与 流线垂直),截面上各点的总势能也应相等。因此截面应选 在均匀管段且与管轴线垂直。 国所选的两个截面应尽可能是已知条件最多的截面,而待求的 参数应在两截面上或在两截面之间。 2算重力位能的基准水平面可任取,基准面处流体的重力位 能为零。所以若使两计算截面之一为基准面可使方程简化。 求解方程时应注意各项单位的一致性(Jkg或Pa)。 柏努利方程是对稳定流动而言,在非稳定流动情况下则是针 对某一瞬时而言
管路计算的一般原则 应用柏努利方程时，首先应根据具体问题在流体流动系统中 确定衡算范围，也就是确定列出柏努利方程的两截面位置。 所选的计算截面既要与流体流动方向垂直（ 更严格地说应与 流线垂直），截面上各点的总势能也应相等。因此截面应选 在均匀管段且与管轴线垂直。 所选的两个截面应尽可能是已知条件最多的截面，而待求的 参数应在两截面上或在两截面之间。 计算重力位能的基准水平面可任取，基准面处流体的重力位 能为零。所以若使两计算截面之一为基准面可使方程简化。 求解方程时应注意各项单位的一致性（J/kg 或 Pa）。 柏努利方程是对稳定流动而言，在非稳定流动情况下则是针 对某一瞬时而言。 截面位置的确定：
【例3-1】 容器B内保持一定真空度,溶液从 P真 敞口容器A经内径为30mm导管自 抽真空 动流入容器B中。容器A的液面距 导管出口的高度为1.5m,管路阻力 损失可按Σh=5.52计算(不包括 D一 的豆管出口的局部阻力),溶液密度 2为100gm A 含试计算:送液量每小时为3m时, 容器B内应保持的真空度。 解:取容器A的液面11截面为基准面,导液管出口为22截面, 在该两截面间列柏努利方程,有 +21g+ +z,g++∑h
【例3-1】 容器 B 内保持一定真空度，溶液从 敞口容器 A 经内径 为30mm导管自 动流入容器 B 中。容器 A 的液面距 导管出口的高度为 1.5m，管路阻力 损失可按 hf = 5.5u 2 计算（不包括 导管出口的局部阻力），溶液密度 为 1100kg/m3 。 试计算：送液量每小时为 3m3 时， 容器 B 内应保持的真空度。 解：取容器A的液面1-1截面为基准面，导液管出口为2-2截面， 在该两截面间列柏努利方程，有 hf u z g u p z g p + + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 B A 1 1 2 2 1.5m 抽真空 a p p 真
例3 PI=p 0 P 抽真空 P2=Pa=P真 1.5m 2 D一 3/3600 1.18m d20.785×0.03 A ∑h,=5.52=5.5 P真==28+2+552 5×981+60×1.182)×1100=254×104Pa
【例3-1】 ( ) a u u p z g 1.5 9.81 6.0 1.18 1100 2.54 10 P 5.5 2 2 4 2 2 2 2 2 = + = 真 = + + p2 = pa − p 真 z2 =1.5m p1 = pa z1 = 0 u1 0 2 2 2 hf = 5.5u = 5.5u 1.18m s 0.785 0.03 4 3 3600 2 2 2 = = = d V u B A 1 1 2 2 1.5m 抽真空 a p p 真