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流体在管内的流动--流量与流速
对于流动着的流体内部压强变化的规律,液体从低位流到高位或从低压流到高压,需要输送设备对液体提供的能量,从高位槽向设备输送一定量的料液时,高位槽安装的位置等,都是在流体输送过程中常常遇到的问题。要解决这些问题,必须找出流体在管内的流动规律.反映流体流动规律的有连续性方程式与柏努利方程式。
单位时间内流过管道任一截面的流体量,称为流量。若流量用体积来计量,则称为体积流量,以Vs表示,其单位为m3/s。若流量用质量来计量,刚称为质量流量,以ws,表示,其单位为kg/s。体积流量和质量流量的关系为:
ws=Vsρ   (1-11)
单位时间内流体在流动方向上所流过的距离,称为流速,以u表示,其单位为m/s。实验证明,流体瀛经管道任一截面上各点的流速沿管径而变化,即在管截面中心处为最大,越靠近管壁流速将越小,在管壁处的流建为零。流体在瞥截面上的建度分布规律较为复杂,在工程计算上为方便起见,流体的流速通常指整个管截面上的平均流速,其表达式为:
u=Vs/A    (1-12)
式中A为与流动方向相垂直的管道截面积,m2。由式1-11与1-12可得流量与流速的关系,即:
ws=Vsρ=uAρ    (1-13)
由于气体的体积流量随温度和压强而变化,显然气体的流速亦随之而变。因此,采用质量流速就较为方便。质量流速的定义是单位时间内流体流过管道单位截面积的质量,亦称为质量通量,以G表示,其表达式为:
(1-14)
式中G的单位为kg/(m2·s)。
一般管道的截面均为圆形,若以d表示管道内径,则式1-12可变为:
于是
(1-15)
流体输送管路的直径可根据流量和流速,用式1-15进行计算,流量一般为生产任务所决定,所以关键在于选择合适的流速。若流速选得太大,管径虽然可以减小,但流体流过管道的阻力增大,消耗的动力就大,操作费随之增加。反之,流速选得太小,操作费可以相应减小,但管径增大,管路的基建费随之增加。所以当流体以大流量在长距离的管路中输送时,需根据具体情况在操作费与基建费之间通过经济权衡来确定适宜的流速。车间内部的工艺臂线,通常较短,管内流速可选甩经验数据。
应用式1-15算出管径后,还需从有关手册中选用标准管径。
【例1-8】某厂精馏塔进料量为50000kg/h,料液的性质和水相近,密度为960kg/m3,试选择进料管的管径。
解:根据式1-15计算管径,即:
式中
Vs=ws/ρ=0.0145m3/s
因料液的性质与水相近,故选取u=1.8m/s,因此
根据附录中的管子规格,选用Φ108×4mm的无逢钢管,其内径为:
d=108-4×2=100mm=0.1m
重新核算流速,即:
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