流體在管內的流動阻力

流體在管內的流動阻力第一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日一、概述：1、阻力產生的原因（1）流體具有粘性，產生粘性阻力；（2）形體阻力：流體流經不規(guī)則障礙物，邊界層分離，因渦流產生能量損失。2、阻力分類：直管阻力：流體流經一定直徑的直管時由于內摩擦而產生的阻力；局部阻力：流體流經管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力?？傋枇?直管阻力+局部阻力第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日一、概述：3、阻力的表示法：(1):單位質量流體產生的阻力損失(J/kg).(2):單位重量流體產生的阻力損失(J/N=m).(3):單位體積流體產生的阻力損失(J/m3=Pa).注意：壓力損失是流體流動能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差意義不同，只有當管路為水平、管徑不變且無外功加入時，二者才相等。第三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：1、圓形直管內阻力計算公式：如圖所示，對1-1′和2-2′截面間流體進行受力分析：推動力：方向與流動方向相同阻力：方向與流動方向相反定態(tài)流動，受力平衡第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：令所以上式為流體在直管內流動阻力的通式，稱為范寧公式。式中λ為無因次系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)，與流體流動的Re及管壁狀況有關。三種形式：

第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：2、管壁粗糙度對λ的影響：1）粗糙度(絕對粗糙度)ε：壁面凸出部分的平均高度。2）相對粗糙度：3）粗糙度對的影響：無影響有影響層流時，無影響。湍流時第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：3、層流時的摩擦系數(shù)：將R=d/2代入可得：哈根-泊謖葉公式與范寧公式比較可得：層流時摩擦系數(shù)λ是雷諾數(shù)Re的函數(shù)。

第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：4、湍流時的摩擦系數(shù)：湍流時λ既與

Re有關，又與有關，一般通過因次分析法進行分析，得到一些經驗公式，這里只介紹比較常用的柏拉修斯式：適用范圍：光滑管，Re在第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：5、摩擦系數(shù)圖（莫狄（Moody）圖）層流區(qū)Re<2000與u的一次方成正比。

湍流區(qū)Re>4000虛線以下與Re和都有關一定時，Re越大，越小完全湍流區(qū)：虛線以上部分只與有關，與Re無關與u的平方成正比過渡區(qū)2000<Re<4000可按層流區(qū)也可按湍流區(qū)查第九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：6、非圓形直管阻力損失的計算：一般以當量直徑代替直徑進行計算。當量直徑de：與非圓形直管等長且阻力損失相等的圓管的直徑。非圓形管內流動形態(tài)如何確定？abd2d1第十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算：1）當量長度法：以當量長度代替范寧公式中直管的長度進行計算。當量長度：管件、閥門產生的阻力相當于同直徑且阻力損失相同的圓管的長度，以表示。當量長度共線圖7、局部阻力：第十一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日局部阻力損失計算100mm的閘閥1/2關le=

22m100mm的標準三通

le=

2.2m100mm的閘閥全開le=

0.75m第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日說明：①變徑時，以細管內流速計算局部阻力；②突然擴大或突然縮小的阻力系數(shù)：從管路進入容器：二、阻力的計算：因為阻力損失與成正比，所以可以將局部阻力損失表示為從容器進入管路：③管件、閥門的局部阻力系數(shù)：查手冊7、局部阻力：2）局部阻力系數(shù)法：ζ：局部阻力系數(shù)第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日二、阻力的計算8、管路系統(tǒng)中的總能量損失第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日例：分別計算下列情況下，流體流過φ76×3mm、長10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（1）密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；（2）20℃的水，流速為2.2m/s。第十五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日解：（1）油品：所以能量損失

壓頭損失

壓力損失

第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日（2）20℃水的物性：取鋼管的絕對粗糙度ε為0.2mm，則查得所以能量損失

壓頭損失

壓力損失

第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內進料處的壓力為30kPa(表壓)，輸送管路為φ45×2.5mm的無縫鋼管，直管長為10m。管路中裝有180o回彎頭一個，90o標準彎頭一個，標準截止閥（全開）一個。若維持進料量為5m3/h，問高位槽中的液面需高出進料口多少米？操作條件下料液的物性：

h第十八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日解：如圖取高位槽中液面為1-1′面，管出口內側為2-2′截面，且以過2-2′截面中心線的水平面為基準面。在1-1′與2-2′截面間列柏努利方程：其中：Z1=h;u1≈0;p1=0(表壓);Z2=0;p2=20kPa(表壓)；

管路總阻力

第十九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期日取管壁絕對粗糙度

則查得摩擦系數(shù)各管件的局部阻力系數(shù)：進口突然縮小