化工管路计算：掌握简单管路的应用与调控

任务目标

知识目标

1.连续性方程的应用。

2.伯努利方程的应用。

3.流量、轴功率等的计算。

技能目标

1.会流量的计算。

2.会轴功率的计算。

任务描述

通过对简单管路的计算，掌握化工管路的正确使用与调控。

知识学习

【例4-10】 敞口高位槽如图4-34所示，其液面与输液管口的垂直距离为10m，液面维持恒定，输液管为ϕ38mm×2.5mm的无缝钢管，流动过程中的压头损失为9.8m，输送液体密度为890kg/m³，试求输液量（kg/h）。

解：1.确定流动方向，选取截面，高位槽液面为1—1截面，输液管出口处为2—2截面。

图4-34 例4-10附图

2.基准水平面选取2—2截面中心的水平面。

列出各截面已知量，选取衡算方程进行计算。槽内截面比管道截面大得多，在体积流量相同的情况下，槽内流速要比管道的流速小得多，故槽内流速可忽略不计。即u₁=0m/s，z₁=10m，z₂=0m，p₁=p₂=0Pa（表）。

已知：h_f1-2=9.8m，h_e=0m，d=38mm-2×2.5mm=33mm

输液量

图4-35 例4-11附图

【例4-11】 输送装置如图4-35所示，密度为850kg/m³的料液以5m³/h的流量从高位槽送入塔内，高位槽液面维持恒定。塔内压强为9.81×10³Pa（表），连接管直径为ϕ38mm×2.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg（不包括出口的能量损失），试求高位槽内液面应比塔的进料口高出多少？

解：取高位槽液面为上游截面1—1，连接管出口的内侧为下游截面2—2，并以截面2—2的中心为基准水平面，即

已知：z₂=0m，p₁=0Pa（表），p₂=9.81×10³Pa（表），∑W_f1—2=30J/kg。

槽内截面比管道截面大得多，在体积流量相同的情况下，槽内流速要比管内流速小得多，故槽内流速可忽略不计，u₁=0m/s。

将上式数值代入伯努利方程，整理得

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图4-36 例4-12附图

本题要注意的是，下游截面2—2必须要选择在管子出口内侧，这样才能与题给的不包括出口能量损失相符合。

【例4-12】 图4-36所示为用水吸收混合气中氨的常压吸收塔，水由水池用离心泵送至塔顶经喷头喷出，泵入口管为ϕ108mm×4mm的钢管，管中流量为40m³/h，出口管为ϕ89mm×3.5mm钢管，池内水深2m，池底至塔顶喷头入口处的垂直距离为20m，管路的总阻力损失为40J/kg，喷头入口时压强为1.2×10⁵Pa（表），设泵的效率为65%，试求泵所需的功率（kW）。

解：取水池液面为1—1截面，喷头入口处为2—2截面，并取1—1截面为基准水平面，即

已知：z₁=0m，z₂=20-2m=18m，u₁=0m/s，ρ=998kg/m³，p₁=0Pa（表压），p₂=1.2×10⁵Pa（表压），∑W_f1—2=40J/kg。

泵入口管内径 d₁=108mm-2×4mm=100mm。

泵出口管内径 d₂=89mm-2×3.5mm=82mm。

故

泵的效率是单位时间内流体从泵获得的机械能与泵的输入功率之比，即

则

通过上述实例，对应用伯努利方程解题的步骤及注意点小结如下：

1）根据题意，画出流动系统的示意图，标明流体流动方向，定出上下游截面，以确定流动系统衡算范围。

2）截面的选取。两截面应与流动方向相垂直，所求未知量应在所选的一个截面上，另一截面应是已知量最多的截面。两截面间流体必须是稳态连续流动，并充满整个衡算系统。

3）基准面的选取有任意性，但必须与地面平行，通常将基准面定在已选出的一个截面上，使该截面位能等于零，其他截面的位差Δz以此为基准，向上为正，向下为负。

4）单位必须一致。两截面的压力可以用表压力也可用绝对压力计算，但必须统一。

任务实施

1）用多媒体课件讲解简单管路的计算。

2）用“拼图教学法”让学生进行简单管路的计算。

3）用“滚珠教学法”让学生进行交流与考核。

任务评价

任务评价见表4-11。

表4-11 任务评价表