食品工程原理第一章 第五节、第六节

管路计算是连续性方程：V=Au柏努利方程:摩擦阻力计算式：的具体应用。fupuphgzWgz222122221122udlfh第五节管路计算A已知流量、管道长度、管径、管件和阀门的设置，计算管路系统的阻力损失；B已知流量、管道长度、管件、阀门和允许的能量损失，计算管路系统的管径；C已知管道长度、管径、管件和阀门的设置及允许的能量损失，计算管路系统的流量或流速。后两种情况存在着共同的问题，即流速u或管径d为未知，因此不能计算Re，则无法判断流体的流型，故不能确定摩擦系数λ。在工程计算中常采用试差法或其它方法来求解。11‘22‘h7m例题：用泵把20℃的物料从地下贮罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比贮罐液面高10m。泵吸入管用89×4mm的无缝钢管，直管长为15m，管上装有一个底阀(可初略地按旋启式止回阀全开时计算)、一个标准弯头；泵排出管用57×3.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设贮罐液面维持恒定。试求泵的功率，设泵的效率为70%。一、简单管路计简单管路：一条管路组成的输送系统，没有分支与汇合，但可以变换管径。1、已知管径d、管长l、流量V，求管路系统的能量损失fupuphgzWgz2221222211式中，z1=0,z2=10m,p1=p2,u10,u20∴W=9.81×10+∑hf局直fffhhh解：依题意，绘出流程示意图。选取贮槽液面作为截面1，高位槽液面为截面2，并以截面1作为基准面，如图所示，在两截面间列柏努利方程，则有22udlfh直进口段：局直（进口段）hhhfd=89-2×4=81mm,l=15m5105.688097.0081.01006.14dueRsmu/97.024081.06010003000037.0,3.0813.0dmm查图，得=0.0292222eufudlfhh局局或进口段的局部阻力：底阀：le=6.3m弯头：le=2.73m进口阻力系数：=0.5kgJhudllfe/28.4]5.0029.0[)(297.0081.0)7.23.6(15222（进口段）出口段：局直（出口段）hhhf22udlfh直2222eufudlfhh局局或d=57-2×3.5=50mm,l=50msmu/55.22405.06010003005105.688097.005.01073.14dueR006.0,3.0503.0dmm查图，得=0.0313出口段的局部阻力：全开闸阀：le=0.33m全开截止阀：le=17m标准弯头(3)：le=1.6×3=4.8m出口阻力系数：=1.0kgJhudllfe/150]10313.0[)(255.205.013.2250222（出口段）kgJhhhfff/3.15415028.4出口进口总阻力：有效功率：轴功率：kWWNe11.14.44.252kWNNe59.17.0/11.1/物料的质量流量：skgdV/4.4880601000300kgJW/4.2523.1541.98泵提供的有用功为：2、已知管径d、管长l、管路系统的能量损失Σhf以及管件和阀门的设置，求流量例在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用U型管测得该处静压力为186mmH2O，测压孔以后的管路包括80m直管及4个90º弯头。管出口与设备相通，设备内的表压为120mmH2O。输气管为铁管，内径500mm。所输送的空气温度为25℃，试估计其体积流量。解：本题已知风机压头求气体流速，在流速未知时无法先计算Re以求λ、Σhf，故采用试差法。空气的平均压力=（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及0℃时空气的密度为1.293kg/m3，故154mmH2O（表压）及25℃时空气的密度为：3/202.1)25273273)(103301541(293.1mkg25℃时空气的粘度：μ=0.0184cP=1.84×10-5Pa·s在测压口处（截面1）与管出口处（截面2）列机械能衡算式：式中：z1=z2（输气管道中，一般情况下Δz可忽略）he=0，u2=0p1=186mmH2O=1825Pap2=120mmH2O=1177Pau1为所求fehgugpzhgugpz2222222111(a)管路：d=0.5ml=80mle=4×35×0.5=70m(90ºle/d=35)gugugudllhef23002)5.07080(2)(212121)1(2/2/)(0212100突扩guguhfguhhhfff2/)1300()(210将已知值代入式（a）：guggug2)1300(0202.1117702202.118252121化简得：59.321u设λ=0.02，代入上式，解出u1=13.4m/s。001.05005.04380001084.1202.14.135.0Re51ddu查图得：λ=0.0205smVs/63.24.135.0432复核：该值与所设的λ值相差甚微，可认为所求得的u1=13.4m/s已够正确，据此计算体积流量为并联和分支管路称为复杂管路。ABABC并联管路分支管路二、复杂管路V=V1+V2VAB1212222fgugpBgugpAhzzBBAA22222fgugpBgugpAhzzBBAAfABgugpBgugpAhzzBBAA222221fffABhhh证明∑hfAB=∑hf1=∑hf2（各支管总阻力相等）1并联注意：在计算并联管路的能量损失时，只需计算一根支管的能量损失即可，绝不能将并联的各管段的阻力全部加在一起作为并联管路的能量损失。532233352222225122111888dVldVldVlhfi522282dlVudlhf各支管的流量比为：335322521151321::::ldldldVVV∑H1=∑H2(各支管终点总能量相等)112120211200Hhzzfgugpgugp222220222200Hhzzfgugpgugp222121222211fgugpfgugphzhz0-10-2iHHH21P1P2012VV1V2对多个分支，则有V=V1+V2证明：比较上两式，得2分支1、测速管（毕托管）2、孔板流量计3、转子流量计第六节流量的测定Ru1,p1U2=0p2u3外测压孔管口1测速管内管所测的是静压能p1/ρ和动能u12/2之和，合称为冲压能，即22112upp外管壁上的测压小孔与流体流动方向平行，故外管测的时是流体静压能p1/ρ。2)2(21121112upupppp则有pu21压差计读数反映冲压能与静压能之差，即若该U型管压差计的读数为R，指示液的密度为，流体的密度为，则根据静力学基本方程，可得)(201gRu当被测的流体为气体时，上式可化简为012gRu注：测速管测得的是流体的点速度。21RA1A0A2缩脉：流体截面的最小处。2孔板流量计流量方程式对图示的水平管道，在1、2截面间列柏努利方程式，即22222211upup2121222ppuu根据连续性方程，有2121uAAu联立上两式，则有pAAu2)(112122则质量流量为pAAAuAG2)(1212222组成：锥形玻璃管和转子原理：转子上下的压差与转子的净重力（重力与浮力之差）相等。注：流体的流动方向。3转子流量计思考题1、测速管的原理；2、孔板流量计和转子流量计的原理及异同。