第一章流华流动 容器代替,杯的截面积远较玻璃管为大,当压差计两端与测压口连通时,杯端所莲接的为较 高压力流体,指示液在玻璃管中上升高度E对于杯内液面变化极小。所以,在读取读数E 时只髂观察一次,读数误差比U管压差计的减少一半 3.斜管压差计 如所测压力差微小时,用上面两种差计所显示读数很小。为了使一定的压力差能 有较大的读数,可将玻璃管斜放,与水平面成a角由图1-8可以看出,玻璃管经斜放后 可使读数B放大,由原来R变为B,即 R=Sina (1-8) 放大倍数BB为1/sina,渃a角愈小,放大倍数愈大,能使微小压力差可以看得较清 楚。但a角亦不宜过小,过小则元法读取读数。 斜管压差计的测量范围为15~150mmn液柱。当压力差低于10~15mm液柱时,斜管压 差计即不能使用。 力 R 日1-8斜管压差计 图1-9微差压差计 4.微差压差计 微差压差计如图1-9所示,在U形玻璃管顶部为两个大截面容器,在U形玻璃管下部 盛有指示液A,密度为PA,上部盛放指示液C,密度为pc,两种指示液互不相溶,而指示液( 与被测流体B亦应不互溶。由于顶部容器的截面比玻璃管的要大得多,所以,当压差计两端 接上欲测压力差的p1和P2时,在玻璃管中显出的读数B对两个容器中的液面几乎没有变 化。此时,所测压力差为 Ap=P1-p,=(pA-pc)gR 工业上常用的双指示液有石蜡油与工业酒精。微差压差计主要用于测量气体的微小压 力差,在相同压力差时,它的读数R要比一般U管压差计放大数十倍。 例I-4水在管道内流动,在管道某截面处连接一U 管压差计,指示液为水银,读数B=200mm、h=1000mn 当地大气压力为101.33×10Pa,试求流体在该截面的压 力 若换以空气在管内流动,而其他条件不变,再求该截 而的压力 取水的密度pn20=1000kg/m3,水银密度pH=13600 例14附图
第一节流体静力学基本方程式 为防止水银蒸气向空间扩散,通常在矿管与大气相通一侧的水银面上灌一小段水。在 本题中,因这段水柱很小,可忽略。 解 (1)水在管内流动时过U管右侧的水银面作水平面A-4,根据流体静力学基本原 则知 PA-PA=pa 又由流体静力学基本方程式可得 Pa=p-+PH ogh+PHggR 于是 P=pa-PH, ogh-Plgg 式中,P=1018330Pa,pB2O=1000kg/m3,h=1m,B=0,2 p=101380-1000×9,81×1-13600×9.81X0,2=64840P 由计算结果可知,该截面流体的绝对压力小于大气压力,故该截面流体的真空度为 101330-64840=86490Pa (2)空气在管内流动时空气在管内流动时,该截面流体的压力计算式可仿照上式求 解。设空气的密度为,则: Pa-Pggh-PHggR 由于pPB,上式可简化为 p≈ Pa" pHg9 故 ≈101330-13600×981×0.2=74650Pa 或 p=101330-74650=2669Pa(真空度) 例1-5用三种压差计测量气体的微小压力差4=100Pa,试问 用U管压差计,指示液为某溶液,其密度p=879kg/m3,其读数R为若千? 若用斜管压差计,a=30°,指示液仍用U管压差计的指示液,其读数B为若干? ③若用微差压差计,其中加入同上指示液和水两种指示液,扩大室截面积远大于U管 的截面积,此时读数E为若千?读数B比U管压差计读数R放大多少倍? 现取水的密度pA=99kg/m 解;计算时忽略气体密度的影响,可根据式(1-7a)进行计算。 (1)U管压差计 10 9879×9,81=0.011m 2)斜管压差计 R=-4 pm80=879×9.81×0.3=0.0232m 3)微差压差计 (pA-p)g--(98-879)×9.81=0.0867m 0.0857 =739 0,0116 通过计算结果表明,反映出各类不同压差计的特点,当所测压力差较小时,使用微差压
第一章流体流动 差计,读数可以明显放大。 (二)液位的测量 如图1-10所示,于容器或设备外边设一个称为平衡器小室,里面所装的液体与容器里 相同,平衡器里液面的高度维持在容器液面允许到达最大高度处。用一个装有指示液的U 管压差计把容器与平衡器连接起来由压差计读数B便可换算出容器里的液面高度。容器 里的液面达到最大的高度时,压差计读数为零,液面愈低,压力差的读数愈大 日I-10液位的测量 囝1-11液封高度的确定 1一容器2一平衡新的小室;3U管 1一与真空相通的不凝性气体出口;2一冷水进 压差计 口3一水蒸气进口.4一气压管:5一液封幢 三)液封高度的计算 如图1-11所示,真空蒸发操作中产生水蒸气,往往送入混合冷凝器中与冷水直接接触 而冷凝。为了维持操作的真空度冷凝器上方与真空泵相通,不时将器内的不凝性气体(空 气)抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入,致使设备内直空度降低,因此气压管必须 插入液封槽中,水即在管内上升一定高度h,此h为液封高度。 气压管内水面上方的绝对压力为,作用于液封槽内水面的压力为大气压力pa,根据流 体静力学基本方程式知 pa=p+pgh 于是 pa-p (1-10) 第二节流体在管内的流动 前节讨论了静止流体内部压力的变化规律。对于流动着流体内部压力变化的规律,液 体从低位流到商位或从低压流到高压,芾要输送设备对液体提供能量等,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和柏努利方程式。 流量与流速 流量流体在单位时间内流过管道任一截面的流体量称为流量。若流量用体积或质量 来计量,称为体积流量或质量流量,并分别以V、表示,其单位为m3/s或kg/s表示。体积
第二节流体在内的 量和质量流量的关系为 1-11) 流速单位时间内流体在流动方向所流过的距离,其单位为m/。实际流体流动时,在 管道截面各点上流体质点的流速是不一致的,为了计算方便,一般采用平均流速“,即 (1-12) 式中A—管道截面积,m3 一般管道截面均为圆形,若以《表示管道的内径,则式(1-12)可改为 y a-s/4v, (1-13) 式中d—管道内径,m 流体输送管路的直径可根据流量和流速,用式(1-13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,但流体通过 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,管路基建费随之增加。选择合适的流速,应根据具体情况在操作费与基 建费之间通过经济权衡来决定。某些流体在管道中的常用流速范围列于表1-1中。 表|-1某些流体在管遒中的寰用漉速范圄 液 的类别及况 流速范區,m/a8 自来水(3物理大气压左右) 1~1.5 水及低粘度液体(1~10物理大气压) .5~3,0 高粘度液体 05~1.0 工业供水(8物理大气压以下 锅炉供水(8物理大气压以下) 饱和燕4 过热蒸气 30~50 蛇管、蜗旋訾内的冷却水 <1.0 低压空气 高压空气 15~2 一般气体(常压 鼓风机吸入管 10~15 鼓风机排出管 15~90 高心泵吸入曾(水一类液体) 15~2.0 高心泵排出管(水一类液体) 往复系吸入管(水一类液体 0.75~1.0 往复泵排出管(水一类液体 1.0~2,0 液体自流速度(冷凝水等) 0 真空操作下气体流速 <10 从上表可以看出,流体在管道中的适宜流速的大小与流体性质和操作条件有关 般来说流体的粘度越大选用流速应越小,但对含有固体杂质的流体,流速不宜太低
第一章流体流动 否则固体杂质在输送时,容易沉积在管道内 例1-6要求安装根输水量为32000kg/h,密度为000kg/m的进水管,试选择合适 的直径 解:根据式(1-13)计算管径,即 由式(1-11)知,切;=Vp 则 ws 32000 V:P1000×36o=0.00s9m3/s 参考表1-1,选取水在管内的流速4=1,8m/s 故 d=y4x0.089 =0,079m=79.4mm x×1.8 根据附录八的管子规格选用88.5×4mm的管子,其内径 d=88.5-4×2=80.5mm=0,080m 因此,水在输送管内的实际操作流速为 4×0.0089 x×(0,080) =177m/s 稳定流动与不稳定流动 在流动系统中,若各截面上流体的流速流量、压力等有关物理量仅随位置而改变,但不 随时间而改变,这种流动称为稳定流动若流体在各截面上的有关物理量既随位置而变,又 随时间而变,则称为不稳定流动 如图1-12所示,水箱上部不断地有水从进水管注入,而从下部排水管不断地流出,且在 单位时间内,进水量总是大于排水量,多余水量由水箱上方溢流管溢出,以维持箱内水位恒 定不变。若在流动系统中任意取两截而1-1及2-2,它们的流速和压力虽不同,但都不随 时间而变,这种情况属子稳定流动。若将图中进水管的阀门关闭,箱内的水仍由排水管不断 排出,由于箱内无水补充则水位逐渐下降,各截面上水的流速和压力也随之而降低,此时流 遠和压力不但随位置,还要随时间而变,这种流动情况,属于不稳定流动。 在制药生产过程中多属于连续稳定过程,所以本章只讨论稳定流动问题。 图1-12流动情况示意图 1-13连续性方程式的推导 1一进水管2一溢浏管:3一水箱:4一排水管 三、连续性方程式——物料衡算 在稳定流动系统中,对直径不同的管段作物料衡算,如图1-13所示。以管内壁、截而