1.4流體流動阻力

1、,第四節(jié) 流體在管內(nèi)的流動阻力,一、流動阻力損失的構(gòu)成 二、直管阻力 三、局部阻力 四、管路系統(tǒng)中的總能量損失,一、流動阻力損失的構(gòu)成,化工管路主要由直管和各種管件與閥門兩部分構(gòu)成。,管子：表示方法：AB，其中A指管外徑，B指管壁厚度，如1084即管外徑為108mm，管壁厚為4mm。 管件：管與管的連接部件，主要用來改變管道方向、連接支管、改變管徑等。 閥門：用于開關(guān)管路或調(diào)節(jié)流量等。,截止閥,閘閥,閘閥,截止閥,管路系統(tǒng),管路中的阻力,直管阻力 ：,局部阻力：,流體流經(jīng)一定管徑的直管時由于流體的內(nèi)摩擦力、渦流應(yīng)力而產(chǎn)生的阻力。,流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大及縮小等局部地方所引

2、起的阻力。,因此，流體流動時克服流動阻力（內(nèi)摩擦力、渦流應(yīng)力、形體阻力）產(chǎn)生的能量損失（或稱流動阻力損失），由直管阻力損失hf和局部阻力損失hf/組成：,根據(jù)柏努利方程：,（Pa）,Pf與柏努利方程中兩截面的壓強(qiáng)差P是兩個截然不同的概念,We=0、Z=0、u2/2=0時， Pf 與P在絕對值上相等,只有在：,一、直管阻力,以u流速在水平直管作穩(wěn)態(tài)流動,1、計(jì)算圓形直管阻力的通式,垂直作用于截面1-1上的壓力 ：,垂直作用于截面2-2上的壓力 ：,平行作用于流體表面上的摩擦力為 ：,圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式,與 比較得：, 圓形直管阻力所引起能量損失的通式 稱為范寧公式。,（ 對于滯流

3、或湍流都適用）,為無因次的系數(shù)，稱為摩擦因數(shù) 。,化工管路,光滑管,粗糙管,玻璃管、黃銅管、塑料管,鋼管、鑄鐵管,管壁粗糙度,絕對粗糙度,相對粗糙度,壁面凸出部分的平均高度， 以表示 。,絕對粗糙度與管道直徑的比值 即/d 。,2 管壁粗糙度對的影響,滯流流動時： 管壁上凹凸不平的地方都被有規(guī)則的流體層所覆蓋，而流動速度又比較緩慢，流體質(zhì)點(diǎn)對管壁凸出部分不會有碰撞作用。所以，在滯流時，摩 擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)，只與Re有關(guān)。,湍流流動時： 靠管壁處總是存在一滯流內(nèi)層，厚度以L表示： 1） L：=(Re)，與無關(guān) 2）L：=(Re，/d) 壁面凸出部分便伸入湍流區(qū)內(nèi)與流體 質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，使渦流

4、加劇。,Re愈大，滯留內(nèi)層愈薄，粗 糙度對的影響愈顯著。,3 滯流時的摩擦系數(shù),哈根-泊謖葉公式,滯流流動時與Re的關(guān)系,平均速度,4 湍流時的摩擦系數(shù),質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀況復(fù)雜，只能通過因次分析法，建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,見課本P50-53。,由于的關(guān)聯(lián)式多且復(fù)雜，使用不方便。工程計(jì)算中，常用下圖查值：,對于圓形管道，流體流徑的管道截面為:,5. 非圓形直管內(nèi)的阻力損失,水力半徑rH： 流體在流道里的流道截面積A與潤濕周邊長度之比,rH=A/,當(dāng)量直徑de： 取4倍的水力半徑稱為非圓形管的當(dāng)量直徑de,de=4 rH =4A/,潤濕周邊長度為：,對于長寬分別為a與b的矩形管道：,對于一外徑為d1的內(nèi)管和一內(nèi)

5、徑為d2的外管構(gòu)成的環(huán)形通道,湍流： 非圓形管道可用當(dāng)量直徑de代替圓形管直徑d進(jìn)行流動阻力計(jì)算,滯流： 計(jì)算非圓形管道滯流流動阻力時，除用de替代d，還須對作修正,注意：不能用de來計(jì)算流體通過的截面積、流速和流量,三、局部阻力,1 阻力系數(shù)法,將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。,或,局部阻力系數(shù) ，由實(shí)驗(yàn)測得,J/kg,Pa,1）突然擴(kuò)大與突然縮小,取小管的流速u，可根據(jù)小管與大管的截面積之比查圖。,管出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外，相當(dāng)于突然 擴(kuò)大。 A1/A20，查表得管出口阻力系數(shù)，e=1.0。,管入口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)，相當(dāng)于突然縮小，A2/A10， 管進(jìn)口阻力系數(shù)，c

6、=0.5。,2）管出口和管入口,若截面在管出口內(nèi)側(cè)，截面的壓強(qiáng)可取管外空間的壓強(qiáng)，但此時流體未離開管路，截面仍具有動能，流速等于管內(nèi)流速，出口損失不應(yīng)計(jì)入系統(tǒng)的總能量損失內(nèi)，e=0 ；若截面處在管子出口外側(cè)，表示流體已離開管路，動能為零，出口損失計(jì)入總能量損失內(nèi)，e=1.0。,3）管件與閥門 不同管件與閥門的局部阻力系數(shù)可從手冊中查取。,2 當(dāng)量長度法,當(dāng)量長度：流體流經(jīng)管件、閥門等時引起的局部阻力損失hf/等同于流過一段與其具有相同直徑、長度為le的直管的阻力， le稱為該部件的當(dāng)量長度，故：,實(shí)際上是為了計(jì)算方便，把局部阻力折算成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力 。,管件與閥門的當(dāng)量長度由試驗(yàn)測定，湍流時，可查共線圖。,管路系統(tǒng)中總能量損失=直管阻力+局部祖力,四、管路中的總能量損失,當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時,由于各段的流速不同,此時管路的總能量損失應(yīng)分段計(jì)算,然后再求其總和,P77:15、16、18