對于流動著的流體內部壓強的變化規律和液體從低位流到高位或流體自低壓流到高壓時需要輸送設備對流體提供能量等問題都是在流體輸送過程中常常遇到的。要解決這些問題,必須找出流體在管內的流動規律。
§1.3.1流量與流速
1、流量:單位時間內流過管道內任一截面的流體量;
體積流量Vs , m3/s
質量流量ws , ㎏/s ws=Vs•ρ
2、(點)流速u:單位時間內流體在流動方向上流過的距離, m/s;
3、平均流速:實驗證明流體流經管道任一截面時,流速沿徑向方向各不相同;
管中心:r=0,ur=umax;
管壁處:r=R,ur=0;呈下圖所示分布:
在工程計算上為方便起見,流體的流速通常指整個管截面上的平均流速,
即:u=Vs/A m/s;
A—與流動方向相垂直的管道橫截面積㎡
以后如不特別加以說明,流體的流速指的是平均流速,而不是點流速。
4、質量流速G:單位時間內流體流過管道截面積的質量,㎏/㎡•S
G=Ws/A=Vs•ρ/A=u•ρ
管道為圓管時: A=(πd2)/4,d為內徑
此式關聯了Vs,u,d 三者,Vs為生產任務,一般為確定量(定值)。
見例3
d和u的關系如下:
u大,d小,管材耗量少(設備費用小),但操作費用增大(流動阻力增大);反之亦成立。
故以u的確定對總的費用(操作費+設備費)而言,存在*佳值(或*適宜值):
對于液體: u=0.5~3 m/s
一般 對于氣體: u=10~30 m/s
對于蒸汽: u=30~50 m/s
§1.3.2穩定流動與不穩定流動
§1.3.3連續性方程式 C.E(the equation of continuity)
穩流系統在任意兩流道截面間作物料衡算,如圖示,則
Ws1=Ws2
亦即Vs1•ρ1=Vs2•ρ2=const
u1•A1•ρ1= u2•A2•ρ2=const
ρ=const:Vs1= Vs2=const
u1•A1= u2•A2
圓管:u1/u2=(d2/d1)2
見例4
§1.3.4柏努利方程式
1、流動系統的總能量衡算
如右圖所示的穩流系統中,流體自1-1`截面流入,經粗細不同的管道,從2-2`截面流出,管路中裝有對流體做功的機械(泵或風機)和向流體輸入或從流體取走能量的換熱器。
衡算范圍: 內壁面、1-1`與2-2`截面間(圖示) |
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