設(shè)備進、出管口壓力損失計算

本文聚焦于設(shè)備進出口管口的壓力損失計算，詳細闡述了局部阻力的形成原因、計算方法及影響因素，包括流體速度、密度變化、管口形狀等，并通過多種表達式和實例展示了如何準確計算設(shè)備進出口的壓力損失。

1.1 本文適用于單獨計算設(shè)備進、出管口的壓力損失。這部分阻力是系統(tǒng)壓力降的一部分，稱為局部阻力。它是由于液體經(jīng)過設(shè)備的進口或出口時， 流體的流速或流動方向突然發(fā)生變化， 以致出現(xiàn)渦流，增加了流體質(zhì)點的相對運動和內(nèi)部摩擦作用而形成的。

1.2與流體速度頭一起表示管子進、出口阻力的局部阻力系數(shù)，與設(shè)備的接管形式有關(guān)(見圖 7.1)。設(shè)備進、出口壓力損失一般可按銳邊進、出管口進行保守推測(速度頭損失)。

1.3除注明外，壓力均為絕對壓力。

2 設(shè)備進、出管口壓力損失

設(shè)備進、出管口壓力損失表達式有三種
2.1 用速度頭與局部阻力系數(shù)表示的表達式

式中：
hf―設(shè)備進、出管口壓力損失， m 液柱；
K―局部阻力系數(shù)，取決于管道進、出口的形狀配置，可查閱圖 7.1；
g―重力加速度， 9.81m/s2；
u―流體在設(shè)備進口管或設(shè)備出口管內(nèi)流速， m/s。
2. 2 用壓力降表示的表達式

式中：
? Pg―設(shè)備進、出管口壓力損失， Pa；
ρ ―根據(jù)上游流體的溫度(T)、壓力(P)和分子量(M)確定的流體密度， kg/m3；
其余符號意義同前。
式(2.2)通常用在以壓力降表示的水力計算中。

2.3 用當(dāng)量長度表示，將流體產(chǎn)生的局部阻力折合成相當(dāng)于流體流過同直徑的直管某個長度的管道產(chǎn)生的阻力表示。表達式為

式中：
hf―設(shè)備進、出管口壓力損失， m 液柱；
D―設(shè)備進口或出口管子的內(nèi)徑， m；
Le―設(shè)備的管口相當(dāng)于管道的當(dāng)量長度，見表 7.2， m；
λ ―摩擦系數(shù)；
其余符號意義同前。

3 計算中應(yīng)注意的問題

3.1 可壓縮流體
當(dāng)可壓縮性流體在管口流動時， 由于戰(zhàn)勝流體阻力而使壓力下降， 流體的體積(密度)就要發(fā)生變化。因此，對可壓縮性流體進行水力計算時，必須考慮流體密度變化引起的阻力變化。在高壓系統(tǒng)中進口或出口壓力損失(按同一速度頭計)所引起密度變化很小，通常可以忽略不計；而在低壓系統(tǒng)中該壓力損失所引起密度變化的影響是不可忽略的，尤其在真空系統(tǒng)中。

3.2 易閃蒸流體
當(dāng)容器中流體的壓力或液柱頭發(fā)生變化時，設(shè)備進、出口管內(nèi)流體在流速一定和壓力下降時可能會出現(xiàn)閃蒸。因此，必須在容器內(nèi)給以足夠的液柱頭和/或足夠的設(shè)備進、出口管徑尺寸，使之下降流體速度以避免閃蒸，從而減少流體進、出設(shè)備管口的壓力損失和減少由于加速度在設(shè)備管口中產(chǎn)生的壓力變化。

4 設(shè)備進口壓力損失計算

4.1 定義
設(shè)備進口壓力損失為流體從管道進入設(shè)備(如換熱器或容器)的壓力損失。
4.2 計算式
以圖 4.2 為例來表示設(shè)備進口壓力損失計算式。

在容器進口內(nèi)外列出能量衡算式

式中：
P1―設(shè)備進口處壓力， Pa；
P2―容器內(nèi)壓力， Pa；
ΔPf―摩擦壓力損失， Pa；
u1―流體在進口管內(nèi)流速， m/s；
u2―流體在容器內(nèi)流速， m/s；
ρ ―設(shè)備進口管處流體密度， kg/m3。
假設(shè)u2=0，進口管按銳邊考慮，按銳邊管口計，設(shè)備入口處的局部阻力系數(shù) K=1.0(見圖 7.1 所示)。
流體從進口管進入設(shè)備時的壓力損失

正好等于流體進口動能的損失

則 P1=P2。

5 設(shè)備出口壓力損失計算

5.1 定義
設(shè)備出口壓力損失為流體從設(shè)備進入管道的壓力損失。
5.2 計算式
5.2.1 氣體
下圖為氣體自設(shè)備進入到出口管道。

在容器出口內(nèi)外列出能量衡算式

假設(shè) u1=0，管口為銳邊時，則摩擦壓力損失(見圖 7.1， K=0.5)得出：

式中：
P1―容器內(nèi)壓力， Pa；
P2―設(shè)備出口處壓力， Pa；

ΔPf―摩擦壓力損失， Pa；
u1―流體在容器內(nèi)的流速， m/s；
u2―流體在設(shè)備出口管內(nèi)的流速， m/s；
ρ ―設(shè)備出口管處流體密度， kg/m3。
由上述可見，流體從設(shè)備(如容器或換熱器)流至出口管時，在出口管口處的出口壓力損失，當(dāng)管口為銳邊管口時，可取 1.5 倍的速度頭。
5.2.2 液體
a) 飽和溶液一定要有足夠高的工作液位來戰(zhàn)勝管口損失，以避免液體在管口處閃蒸，見圖 5.2-2所示。

密度 ρ2 = ρ3

設(shè)u2=0，為了避免閃蒸，必須使

上述各式中
g―重力加速度， 9.81m/s2；
h―液位高度， m；
P1―容器內(nèi)液面上的壓力， Pa；

P2―設(shè)備出口管處的壓力， Pa；
P3―設(shè)備出口管內(nèi)的壓力， Pa；
u2―設(shè)備出口管處流體的流速， m/s；
u3―設(shè)備出口管內(nèi)的流體速度， m/s；
ρ2―設(shè)備出口管處流體的密度， kg/m3；
ρ3―設(shè)備出口管內(nèi)的流體密度， kg/m3；
注：此處的“h”僅能保證戰(zhàn)勝從設(shè)備出口至出口管的壓力損失，若要保證整個下游系統(tǒng)都不發(fā)生氣化， “h”應(yīng)高得足以戰(zhàn)勝下游的全部管道壓力損失。

對臥式設(shè)備，出口管多采用插入式，出口管局部系數(shù)K=0.78(見圖 7.1 所示)，為了避免閃蒸，必須使

式中符號意義同前。

注：此處的“h”僅能保證戰(zhàn)勝從設(shè)備出口至出口管的壓力損失，若要保證整個下游系統(tǒng)都不發(fā)生氣化， “h”應(yīng)高得足以戰(zhàn)勝下游的全部管道壓力損失。

b) 不飽和溶液
不飽和溶液在流過管口時一般不會發(fā)生閃蒸，但要避免液面上的氣體帶入管口，所以也要保持一定液位高度，因此可按飽和溶液情況處理。
c) 氣―液混合物
氣―液混合物的設(shè)備出口壓力損失按均勻密度法和混合速度計算，計算式如下：

上述各式中：
A―管口截面， m2；
K―局部阻力系數(shù)，見圖 7.1 所示；
ΔP ―設(shè)備出管口處的壓力損失， Pa；
WL―設(shè)備出管口處的液相流量， kg/s；
Vm―設(shè)備出管口處的氣、液相混合速度， m/s；
Wv―設(shè)備出管口處的氣相重量流量， kg/s；
VL―設(shè)備出管口處的液相體積流量， m3/s；
Vv―設(shè)備出管口處的氣相體積流量， m3/s；
ρH ―設(shè)備出管口處的氣―液相均勻密度， kg/m3；
ρL ―設(shè)備出管口處的液相密度， kg/m3；
ρV ―設(shè)備出管口處的氣相密度， kg/m3。

6 計算舉例

6.1 臥式設(shè)備插入式出口管

解：由于出口管為插入式，由圖7.1得知K=0.78，由此需要戰(zhàn)勝管口壓力損失的液位高度為：

6.2 速度和密度變化時出口壓力損失

解：各段壓力損失為：

其中的u3、 ρ3均是按兩相流計算的。

7 附圖和附表

7.1 設(shè)備進口管口阻力系數(shù)與管口的連接形式有關(guān)，圖 7.1 列出了常用的幾類連接管型式和阻力系數(shù)(K)。

7.2 設(shè)備進、出管口的當(dāng)量長度