阻力損失的計(jì)算方法

1、1.5阻力損失 1.5.1兩種阻力損失 直管阻力和局部阻力 化工管路主要由兩部分組成：一種是直管，另 一種是彎頭、三通、閥門等各種管件。直管造成的機(jī)械能損失稱為直管阻力損失（或稱沿程阻力損失） 管件造成的機(jī)械能損失稱為局部阻力 注意 將直管阻力損失與固體表面間的摩擦損失相區(qū)別阻力損失表現(xiàn)為流體勢(shì)能的降低由機(jī)械能衡算式（1-42）可知:fgJ IP 2 JR -P2p(1-71)層流時(shí)直管阻力損失流體在直管中作層流流動(dòng)時(shí)，因阻力損失造成的勢(shì)能差可直接由式（1-68）求出：d232lu(1-72)此式稱為泊稷葉（Poiseuille）方程。層流阻力損失遂為:hf32lu?d2(1-73)1.5.2

2、湍流時(shí)直管阻力損失的實(shí)驗(yàn)研究方法實(shí)驗(yàn)研究的基本步驟如下：（1）析因?qū)嶒?yàn)一尋找影響過程的主要因素對(duì)所研究的過程作初步的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的歸納，盡可能的列出影響過程的主要因素。對(duì)湍流時(shí)直管阻力損失hf ,經(jīng)分析和初步實(shí)驗(yàn)獲知諸影響因素為:流體性質(zhì)：密度流動(dòng)的幾何尺寸:管徑 d、管長(zhǎng)1、管壁粗糙度£ （管內(nèi)壁表面高低不平）：流動(dòng)條件：流速u。于是待求的關(guān)系式為:hf = f(d,1,，*u,；)(1-74)（2）規(guī)劃實(shí)驗(yàn)減少實(shí)驗(yàn)工作量 因次分析法的基礎(chǔ)是：任何物理方程的等式兩邊或方程中的每一項(xiàng)均 具有相同的因次，此稱為因次和諧或因次的一致性。以層流時(shí)的阻力損失計(jì)算式為例，式（1-73）可寫成如下

3、形式hf(1-75)式中每一項(xiàng)都為無因次項(xiàng)，稱為無因次數(shù)群。換言之，未作無因次處理前，層流時(shí)阻力的函數(shù)形式為:hf = f (d,1,，：、,u)(1-76)作無因次處理后，可寫成rhf2 <u(1-77)湍流時(shí)的式（1-74）也可寫成如下的無因次形式h u2(1-78)（3）數(shù)據(jù)處理-實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確表達(dá)獲得無因次數(shù)群之后，各無因次數(shù)群之間的函數(shù)關(guān)系仍需由實(shí)驗(yàn)并經(jīng)分析確定。方法之一是將各無因次數(shù)群（兀1、兀2、兀3）之間的函數(shù)關(guān)系近似的用籍函數(shù)的形式表達(dá),a _ b . .1 = K.2 .3(1-79)此函數(shù)可線性化為log1 =logK alog2 blog3(1-80)對(duì)式（1-7

4、8）而言，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，阻力損失與管長(zhǎng)l成正比，該式可改寫為hf(1-81)1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式統(tǒng)一的表達(dá)方式對(duì)于直管阻力損失，無論是層流或湍流，均可將式（1-81）改寫成如下的摩擦系數(shù)入對(duì)Re<2000的層流直管流動(dòng)，根據(jù)理論推導(dǎo)，將式(1-73)改寫成(1-82)的形式后可得:64(Re ： 2000) Re(1-84)研究表明，湍流時(shí)的摩擦系數(shù) 入可用下式計(jì)算1/=1.74-2log2七 18.7+ I<dRe5j(1-85)使用簡(jiǎn)單的迭代程序不難按已知數(shù)Re和相對(duì)粗糙度£ /d求出入值,工程上為避免試差迭代，也為了使入與Re、e /d的關(guān)系形象化，將式（1-

5、84）、式（1-85）制成圖線見圖1-34.l u2hf = (1-82)d 2形式（范寧公式），以便于工程計(jì)算。式（1 82）中摩擦系數(shù)入為Re數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即3(1-83)，d該圖為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)。Re<2000為層流，log入隨logRe直線下降，由式（1-84）可知其斜率為-1。此時(shí)阻力損失與流速的一次方成正比。在Re=20004000的過渡區(qū)內(nèi)，管內(nèi)流型因環(huán)境而異，摩擦系數(shù)波動(dòng)。當(dāng)Re>4000,流動(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)，摩擦系數(shù) 入隨雷諾系數(shù)Re的增大而 減小。此時(shí)式（1-85）右方括號(hào)中第二項(xiàng)可以略去，即1 =172log T(1-86)粗糙度對(duì)的入影響 實(shí)際管的當(dāng)量粗糙度 非圓形管的當(dāng)量直徑 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于非圓形管內(nèi)的湍流流動(dòng)，如采用下面定義的當(dāng)量直徑de代替圓管直徑，其阻力損失仍可按式（1-82）和圖1-34進(jìn)行計(jì)算4 x管道截面積4 Ad-=(1-87)e 浸潤(rùn)周邊1.5.4局部阻力損失突然擴(kuò)大與突然縮小突然擴(kuò)大時(shí)產(chǎn)生阻力損失的原因在于邊界層脫體。流道突然擴(kuò)大，下游壓強(qiáng)上升，流體在逆壓強(qiáng)梯度下流動(dòng)，極 易發(fā)生邊界層分離而產(chǎn)生旋渦，如圖 1-35a。流道突然縮小時(shí)，見圖 1-35b。 2 as o e io段擴(kuò)大)或金知正一局部阻力損失的計(jì)算一局部阻力