【文章內(nèi)容簡介】 量綱；?l——直管的長度，m；d——直管的內(nèi)徑，m；u——流體在管內(nèi)的流速，m/s。范寧公式中的摩擦因數(shù)是確定直管阻力損失的重要參數(shù)。 的值與反映流體湍動程度的?Re 及管內(nèi)壁粗糙程度的 ε 大小有關(guān)。2．管壁粗糙程度工業(yè)生產(chǎn)上所使用的管道，按其材料的性質(zhì)和加工情況，大致可分為光滑管與粗糙管。通常把玻璃管、銅管和塑料管等列為光滑管，把鋼管和鑄鐵管等列為粗糙管。實際上，即使是同一種材質(zhì)的管子，由于使用時間的長短與腐蝕結(jié)垢的程度不同，管壁的粗糙度也會發(fā)生很大的變化。①絕對粗糙度 絕對粗糙度是指管壁突出部分的平均高度，以 ε 表示，如圖 118 所示。表 15 中列出了某些工業(yè)管道的絕對粗糙度數(shù)值。圖 118 管壁粗糙程度對流體流動的影響表 15 某些工業(yè)管道的絕對粗糙度管道類別 絕對粗糙度 ε/mm無縫黃銅管、銅管及鋁管新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無縫鋼管具有重度腐蝕的無縫鋼管舊的鑄鐵管干凈玻璃管很好整平的水泥管～～ ～ 以上 以上～②相對粗糙度 相對粗糙度是指絕對粗糙度與管道內(nèi)徑的比值，即 ε /d。管壁粗糙度對摩擦系數(shù) 的影響程度與管徑的大小有關(guān)，所以在流動阻力的計算中，要考慮相對粗糙度的?大小。3．摩擦系數(shù)17 / 58（1）層流時摩擦系數(shù) 流體作層流流動時，管壁上凹凸不平的地方都被有規(guī)則的流體層所覆蓋， 與 ε /d 無關(guān)，摩擦系數(shù) 只是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)?? （114）Re64?將 代入范寧公式，則Re64? （115）23dulhf??上式為哈根伯稷葉方程，是流體在圓直管內(nèi)作層流流動時的阻力計算式。（2）湍流時摩擦系數(shù)由于湍流時流體質(zhì)點運動情況比較復(fù)雜，目前還不能完全用理論分析方法求算湍流時摩擦系數(shù) 的公式，而是通過實驗測定，獲得經(jīng)驗的計算式。各種經(jīng)驗公式，均有一定的適用?范圍，可參閱有關(guān)資料。為了計算方便，通常將摩擦系數(shù) 對 Re 與 ε /d 的關(guān)系曲線標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)上，如圖?119 所示，該圖稱為莫狄（Moody ）圖。這樣就可以方便地根據(jù) Re 與 ε /d 值從圖中查得各種情況下的 λ 值。根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)的不同，可在圖中分出四個不同的區(qū)域：a 層流區(qū) 當(dāng) Re2022 時， 與 Re 為一直線關(guān)系，與相對粗糙度無關(guān)。?b 過渡區(qū) 當(dāng) Re=2022～4000 時，管內(nèi)流動類型隨外界條件影響而變化， 也隨之波動。?工程上一般按湍流處理， 可從相應(yīng)的湍流時的曲線延伸查取。c 湍流區(qū) 當(dāng) Re4000 且在圖中虛線以下區(qū)域時， =f（ Re， ε /d） 。對于一定的 ε /d，?隨 Re 數(shù)值的增大而減小。?d 完全湍流區(qū) 即圖中虛線以上的區(qū)域， 與 Re 的數(shù)值無關(guān)，只取決于 ε /d。 Re?曲線幾乎成水平線，當(dāng)管子的 ε /d 一定時， 為定值。在這個區(qū)域內(nèi)，阻力損失與 u2 成正?比，故又稱為阻力平方區(qū)。由圖可見， ε /d 值越大，達到阻力平方區(qū)的 Re 值越低?！纠?14】 20℃的水，以 1m/s 速度在鋼管中流動，鋼管規(guī)格為 φ 60，試求水通過 100m 長的直管時，阻力損失為多少？解 從本書附錄中查得水在 20℃時的 ρ =， μ =10－3 Pasd = 60 － 2 =53mm， = 100m，u =1m/sl18 / 58???????du取鋼管的管壁絕對粗糙度 ε =，?據(jù) Re 與 ε /d 值，可以從圖 119 上查出摩擦系數(shù) λ =則 J/㎏???ulhf?圖 119 λ 與 Re、 ε /d 的關(guān)系（三）局部阻力局部阻力是流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及截面的突然擴大和突然縮小等局部地方所產(chǎn)生的阻力。流體在管路的進口、出口、彎頭、閥門、突然擴大、突然縮小或流量計等局部流過時，必然發(fā)生流體的流速和流動方向的突然變化，流動受到干擾、沖擊，產(chǎn)生旋渦并加劇湍動，使流動阻力顯著增加，如圖 120。局部阻力一般有兩種計算方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法。19 / 58圖 120 不同情況下的流動干擾1．當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法是將流體通過局部障礙時的局部阻力計算轉(zhuǎn)化為直管阻力損失的計算方法。所謂當(dāng)量長度是與某局部障礙具有相同能量損失的同直徑直管長度，用 le 表示，單位為m，可按下式計算 （116）2udlehf???式中 u——管內(nèi)流體的平均流速，m/s。le——當(dāng)量長度，m， 當(dāng)局部流通截面發(fā)生變化時，u 應(yīng)該采用較小截面處的流體流速。le 數(shù)值由實驗測定，在湍流情況下，某些管件與閥門的當(dāng)量長度也可以從圖 121 查得。2．阻力系數(shù)法將局部阻力表示為動能的一個倍數(shù)，則 （117）2uhf???式中 ζ —— 局部阻力系數(shù)，無單位，其值由實驗測定。常見的局部阻力系數(shù)見表 16。（四）總阻力管路系統(tǒng)的總阻力等于通過所有直管的阻力和所有局部阻力之和。1. 當(dāng)量長度法當(dāng)用當(dāng)量長度法計算局部阻力時，其總阻力 計算式為fh? （118）2udlef???式中 Σle——管路全部管件與閥門等的當(dāng)量長度之和，m。2. 阻力系數(shù)法20 / 58當(dāng)用阻力系數(shù)法計算局部阻力時，其總阻力計算式為 （119）2)(udlhf?????式中 Σ ζ ——管路全部的局部阻力系數(shù)之和。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時，管路的總能量損失應(yīng)分段計算，然后再求和。總阻力的表示方法除了以能量形式表示外，還可以用壓頭損失 Hf（1N 流體的流動阻力，m）及壓力降 Δ pf（1m 3 流體流動時的流動阻力， m）表示。它們之間的關(guān)系為hf = Hfg （120）Δ pf =ρ hf =ρ Hf g （121）【例 15】 20℃的水以 16m3/h 的流量流過某一管路，管子規(guī)格為 φ 57。管路上裝有 90176。的標(biāo)準(zhǔn)彎頭兩個、閘閥（1/2 開）一個，直管段長度為 30m。試計算流體流經(jīng)該管路的總阻力損失。解 查得 20℃下水的密度為 ，粘度為 s。管子內(nèi)徑為 d = 57－2 = 50mm = 水在管內(nèi)的流速為m/s26.)05.(????dqAuvv流體在管內(nèi)流動時的雷諾準(zhǔn)數(shù)為 ??????du查表取管壁的絕對粗糙度 ε =，則 ε /d=，由 Re 值及 ε /d 值查圖得λ =。⑴用阻力系數(shù)法計算查表得：90176。標(biāo)準(zhǔn)彎頭， ζ =；閘閥（1/2 開度） ， ζ =。所以J/)6.()](.[)( ????????udlhf??⑵用當(dāng)量長度法計算21 / 58查表得：90176。標(biāo)準(zhǔn)彎頭，l/d=30；閘閥（1/2 開度） ，l/d=200 。 J/).(05..)23(0285. ???????udlehf?從以上計算可以看出，用兩種局部阻力計算方法的計算結(jié)果差別不大，在工程計算中是允許的。22 / 58圖 121 管件與閥件的當(dāng)量長度共線圖23 / 58表 16 常見局部障礙的阻力系數(shù)活動建議 分析產(chǎn)生流動阻力的原因，明確計算流動阻力的必要性，取一實際輸水管路，進行阻力計算。第三節(jié) 管子的選用與管路安裝確定輸送管路的直徑，合理布置和安裝管路，對確保生產(chǎn)正常進行、降低設(shè)備費用和操作費用，具有十分重要的意義。24 / 58一、管子的選用管道的內(nèi)徑計算式為 （122）uqdv?4?式中 d——管道的內(nèi)徑，m ； u——適宜流速，m/s，通過經(jīng)濟衡算，選擇合理的流速。流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，所以關(guān)鍵在于選擇合適的流速。若流速選擇過大，管徑雖然可以減小，但流體流過管道的阻力增大，動力消耗高，操作費用隨之增加。反之，流速選擇過小，操作費用可以相應(yīng)減小，但管徑增大，管路的設(shè)備費用隨之增加。所以需根據(jù)具體情況通過經(jīng)濟權(quán)衡來確定適宜的流速。某些流體在管路中的常用流速范圍列于表 17 中。表 17 某些流體在管道中的常用流速范圍流體的類別及情況 流速范圍/m/s水及低粘度液體（~）工業(yè)供水（ MPa 以下）鍋爐供水（ MPa 以下）飽和蒸汽一般氣體（常壓）離心泵排出管（水一類液體）液體自流速度（冷凝水等）真空操作下氣體流速~~20~4010~20~10應(yīng)用式（122）算出管徑后，還需根據(jù)管子規(guī)格選用標(biāo)準(zhǔn)管徑。選用標(biāo)準(zhǔn)管徑后，再核算流體在管內(nèi)的實際流速?！纠?16】 某廠精餾塔進料量為 36000kg/h，該料液的性質(zhì)與水相近，其密度為960kg/m3，試選擇進料管的管徑。解： m3/???mvq因料液的性質(zhì)與水相近，參考表 17，選取 u = 。得 ???uqdv?根據(jù)本書附錄的管子規(guī)格表，選用 φ 89 的無縫鋼管，其內(nèi)徑為25 / 58 d =89－2 = 82mm則實際流速為 m/)(???dqAuv?流體在管內(nèi)的實際流速為 ，仍在適宜流速范圍內(nèi)，因此所選管子可用。二、管路的布置與安裝原則工業(yè)上的管路布置既要考慮到工藝要求，又要考慮到經(jīng)濟要求，還要考慮到操作方便與安全，在可能的情況下還要盡可能美觀。因此，布置管路時應(yīng)遵守以下原則。1. 在工藝條件允許的前提下，應(yīng)使管路盡可能短，管件和閥門應(yīng)盡可能少，以減少投資，使流體阻力減到最低。2. 應(yīng)合理安排管路，使管路與墻壁、柱子或其它管路之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，以便于安裝、操作、巡查與檢修。如管路最突出的部分距墻壁或柱邊的凈空不小于 100mm，距管架支柱也不應(yīng)小于 100mm，兩管路的最突出部分間距凈空，中壓約保持 40mm～60mm，高壓約保持70mm～90mm，并排管路上安裝手輪操作閥門時，手輪間距約 100mm。3. 管路排列時，通常使熱的在上，冷的在下；無腐蝕的在上，有腐蝕的在下；輸氣的在上，輸液的在下；不經(jīng)常檢修的在上，經(jīng)常檢修的在下；高壓的在上，低壓的在下；保溫的在上，不保溫的在下；金屬的在上，非金屬的在下；在水平方向上，通常使常溫管路、大管路、振動大的管路及不經(jīng)常檢修的管路靠近墻或柱子。4. 管子、管件與閥門應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，以便于安裝與維修。5. 對于溫度變化較大的管路須采取熱補償措施，有凝液的管路要安排凝液排出裝置，有氣體積聚的管路要設(shè)置氣體排放裝置。6. 管路通過人行道時高度不得低于 2m，通過公路時不得小于 ，與鐵軌不得小于6m，通過工廠主要交通干線一般為 5m。7. 一般情況下，管路采用明線安裝，但上下水管及廢水管采用埋地鋪設(shè)，埋地安裝深度應(yīng)當(dāng)在當(dāng)?shù)乇鶅鼍€以下。在布置管路時，應(yīng)參閱有關(guān)資料，依據(jù)上述原則制訂方案，確保管路的布置科學(xué)、經(jīng)濟、合理、安全。 26 / 58技能訓(xùn)練一 管路拆裝訓(xùn)練●訓(xùn)練目標(biāo)熟悉可拆式組裝管路的安裝過程，并掌握其安裝技術(shù)?！裼?xùn)練準(zhǔn)備1．管路的布置是由設(shè)備的布置而確定，要正確的布置和安裝管路，必須明確生產(chǎn)工藝的特點和操作條件的要求，遵循管路布置和安裝的原則，繪制出配管圖。2．管子的連接方式主要有四種：螺紋連接、法蘭連接、承插式連接及焊接等。3．管路的組裝方式大致可分為兩類：一類是可拆式，即用法蘭、絲扣、填料等方法連接；另一類是不可拆式，主要是采用焊接方法連接。此處重點介紹可拆式。可拆式組裝要點：先將管路按現(xiàn)場位置分成若干段組裝。然后從管路一端向另一端固定接口逐次組合；也可以從管路兩端接口向中間逐次組合。在組合過程中，必須經(jīng)常檢查管路中心線的偏差，盡量避免因偏離過大而造成最后合攏的接口處錯口太大的毛病。管路的安裝工作包括：管路安裝、法蘭和螺紋接合、閥門安裝和試壓。（1）管路安裝 管路的安裝應(yīng)得保證橫平豎直，水平管其偏差不大于 15mm／10m，但其全長不能大于50mm，垂直管偏差不能大于 10mm。（2）法蘭與螺紋接合法蘭安裝要做到對得正、不反口、不錯口、不張口。緊固法蘭時要做到：未加墊片前，將法蘭密封面清理干凈，其表面不得有溝紋；墊片的位置要放正，不能加入雙層墊片；在緊螺栓時要按對稱位置的秩序擰緊，緊好之后螺栓兩頭應(yīng)露出 2～4 扣；管道安裝時，每對法蘭的平行度、同心度應(yīng)符合要求。螺紋接合時管路端部應(yīng)加工外螺紋，利用螺紋與管箍、管件和活管接頭配合固定。其密封則主要依靠錐管螺紋的咬合和在螺紋之間加敷的密封材料來達到。常用的密封材料是白漆加麻絲或四氟膜，纏繞在螺紋表面，然后將螺紋配合擰緊。（3）閥門安裝閥門安裝時應(yīng)把閥門清理干凈，關(guān)閉好再進行安裝，單向閥、截止閥及調(diào)節(jié)閥安裝時應(yīng)注意介質(zhì)流向，閥的手輪便于操作。（4）水壓試驗27 / 58管路安裝完畢后，應(yīng)作強度與嚴(yán)密度試驗，試驗是否有漏氣或漏液現(xiàn)象。管路的操作壓力不同，輸送的物料不同，試驗的要求也不同。當(dāng)管路系統(tǒng)是進行水壓試驗，試驗壓力(表壓) 為294kPa，在試驗壓力下維持 5min，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，則水壓試驗為合格?！裼?xùn)練步驟（要領(lǐng)）(1)對實際裝置的管路尺