流體輸送的工藝計(jì)算

1、 項(xiàng)目4流動(dòng)阻力的計(jì)算和測(cè)定一、教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)：1能計(jì)算管路系統(tǒng)的流動(dòng)阻力2掌握減少流動(dòng)阻力的途徑及措施3能應(yīng)用伯努利方程解決工程實(shí)際問(wèn)題知識(shí)目標(biāo)：1流體黏度的意義、影響因素及求取方法2流體的流動(dòng)型態(tài)及判別方法3掌握直管阻力和局部阻力的計(jì)算方法二、工作任務(wù)工作任務(wù)實(shí)施方法及教學(xué)環(huán)境相關(guān)知識(shí)進(jìn)行流體流動(dòng)型態(tài)的判斷仿真軟件雷諾實(shí)驗(yàn)裝置流體的黏度流體的流動(dòng)型態(tài)圓管內(nèi)流體速度分布進(jìn)行流體流動(dòng)阻力的計(jì)算仿真軟件流動(dòng)阻力實(shí)訓(xùn)裝置化工管路基本知識(shí)流動(dòng)阻力計(jì)算進(jìn)行流體輸送的基本計(jì)算項(xiàng)目教學(xué)工業(yè)液體輸送的方式管件、閥門基本知識(shí)伯努利方程、連續(xù)性方程流動(dòng)阻力計(jì)算局部阻力增大造成流體流動(dòng)速度減慢的故障分析、排除流

2、動(dòng)輸送實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)置故障（閥芯脫落、管道過(guò)濾器堵塞等）閥門、管件知識(shí)流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因閥門故障處理方法三、理論知識(shí)4.1流體的黏度4.1.1流體的黏性1黏性觀察河水的流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)河道中心處水的流速比河岸處水的流速大，越靠近河岸流速越慢。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)同樣的情況，這是由于流體流動(dòng)廠，時(shí)對(duì)管壁的黏附力和流體質(zhì)點(diǎn)間的相互吸引力造成的。這wf圖1-3平板間液體速度變化種力的存在使流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，為克服這種內(nèi)摩擦力流體需消耗能量。這種流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)稱為流體的黏性。不同流體的黏性大小不一樣，黏性大的流體流動(dòng)性差，黏性小的流體流動(dòng)性好。黏性是流體的固有屬性，流

3、體無(wú)論是靜止還是流動(dòng)，都具有黏性，圖1-3平板間液體速度變化流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)稱為流體的黏性。黏性是流體的固有屬性，但只有在流動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)。2牛頓黏性定律圖1-45所示，有上下兩塊平行放置且面積很大而相距很近的平板，板間充滿某種液體。若將下板固定，而對(duì)上板施加一個(gè)恒定的外力F,上板就以恒定速度u沿x方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，兩板間的液體就會(huì)分成無(wú)數(shù)平行的薄層而運(yùn)動(dòng)，粘附在上板底面的一薄層液體也以速度u隨上板運(yùn)動(dòng)，其下各層液體的速度依次降低，粘附在下板表面的液層速度為零，流體相鄰層間的內(nèi)摩擦力即為F。實(shí)驗(yàn)證明，F(xiàn)與上下兩板間沿y方向的速度變化率Au/A成正比，與接觸面積A成正比。流體在圓管內(nèi)流動(dòng)

4、時(shí)，u與y的關(guān)系是曲線關(guān)系，上述變化率應(yīng)寫成du/dy，稱為速度梯度，即流體內(nèi)摩擦力F流體內(nèi)摩擦力F十空Ady若單位流層面積上的內(nèi)摩擦力稱為剪應(yīng)力T，則1-27)TOC o 1-5 h zFdu1-27)T=U-Ady上式稱為牛頓黏性定律，即流體層間的剪應(yīng)力與速度梯度成正比。式中比例系數(shù)卩，稱為動(dòng)力黏度或絕對(duì)黏度，簡(jiǎn)稱黏度。du:速度梯度，1/sdy“：比例系數(shù)，稱粘度，N.s/m2流體的粘性:流體在流動(dòng)過(guò)程中由于流體內(nèi)摩擦力而影響流體向前流動(dòng)的性質(zhì)。粘性：我們把流體抗拒剪切力的特性，稱為粘性。盡管流體抵抗剪切力的性能很弱，但這種性能還是存在的，并且在某些情況下還是不能忽略，粘性越大，內(nèi)摩擦力

5、越大，阻力越大。內(nèi)摩擦力：流體運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部相鄰兩流體層間的相互作用力，稱為內(nèi)摩擦力，是流體粘性的表現(xiàn)，又稱粘滯力或粘性摩擦力。內(nèi)摩擦力是流體運(yùn)動(dòng)時(shí)造成能量損失的根本緣由。4.1.2黏度1黏度的意義及影響因素黏度是表征流體粘性大小的物理量，是流體的重要物理性質(zhì)之一，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。流體的黏性越大，卩值越大。黏度的物理意義：促使流體流動(dòng)產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。流體的黏度隨流體的種類及狀態(tài)而變化，液體的黏度隨溫度升高而減小，氣體的黏度隨溫度升高而增大。壓力變化時(shí)，液體的黏度基本不變，氣體的黏度隨壓力增加而增加得很少，一般工程計(jì)算中可以忽略。大多數(shù)氣體的粘度遠(yuǎn)小于液體粘度影響因素：流體的種類、溫度、壓

6、力主要有體系、溫度、濃度（壓力的影響可忽略（氣體）tT,巴I,匕T液體的粘度隨溫度的升高而下降，氣體的粘度溫度的升高而升高3非圓形管道的當(dāng)量直徑前面所討論的都是流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)還會(huì)遇到流體在非圓形管道內(nèi)的流動(dòng)，如流體在兩根成同心圓的套管之間的環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)。此時(shí)在計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)和直管阻力的公式之中，直徑d的確定方法通常采用當(dāng)量直徑de來(lái)代替,dUO1-30)1-31)Re=e1-30)1-31)式中de當(dāng)量直徑，m；4x流道截面積d=e流道截面上被流體浸潤(rùn)的周邊長(zhǎng)度如邊長(zhǎng)為a和b的矩形管，當(dāng)量直徑de計(jì)算式為4x流通截面積4ab2abde=潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度2(a+b)a+b對(duì)于同心

7、套管環(huán)隙中的流動(dòng)，其當(dāng)量直徑計(jì)算式為兀224x流通截面積潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度4x(d4x流通截面積潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度d2d1兀(dj+d)21式中d2同心套管的外管內(nèi)徑，m；d同心套管的內(nèi)管外徑，m。必須注意，在計(jì)算過(guò)程中不能用當(dāng)量直徑de來(lái)計(jì)算非圓形管的截面積。4.3流體在圓管內(nèi)的速度分布流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，無(wú)論是層流還是湍流，在管道任意截面上各點(diǎn)的速度均隨該點(diǎn)與管中心的距離而變。由于流體具有黏性，從而在管壁處速度為零，離開管壁以后速度漸增，到管中心處速度最大，這種變化關(guān)系稱為速度分布。速度在管道截面上的分布規(guī)律因流體的流動(dòng)類型而異。無(wú)論是層流還是湍流，流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)截面上各點(diǎn)的速度隨該點(diǎn)與管中心的距離而

8、變化這種變化關(guān)系稱速度分布。一般管壁處流體質(zhì)點(diǎn)流速為零，離開管壁后漸增，到管中心處達(dá)到最大，但具體分布規(guī)律依流型而異。4.3.1層流時(shí)的速度分布層流時(shí)流體服從牛頓黏性定律，其速度分布曲線呈拋物線形，截面上各點(diǎn)的速度是軸對(duì)稱的，如圖1-49所示。在壁面處，u=0；在管中心處，u=u。通過(guò)推導(dǎo)，可以得出截面上的平max均流速u的表達(dá)式為1u=u(1-32)2max三三VBK三三VBK1廿圖1-49層流時(shí)圓管內(nèi)的速度分布圖1-50湍流時(shí)圓管內(nèi)的速度分布速度分布呈拋物線狀，管中心處速度最大,平均速度u為最大速度umax的一半。即:u=0.5umaxmaxmax4.3.2湍流時(shí)的速度分布由于湍流流動(dòng)時(shí)流

9、體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要復(fù)雜得多，目前還不能完全用理論分析方法得出湍流時(shí)的速度分布規(guī)律，所以其速度分布曲線一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。如圖1-50所示，湍流流動(dòng)時(shí)，流體靠近管壁處速度變化較大，管中心附近速度分布較均勻，這是由于湍流主體中質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)烈碰撞和混合，大大加強(qiáng)了湍流核心部分的動(dòng)量傳遞，于是各點(diǎn)的速度差別不大。管內(nèi)流體的雷諾準(zhǔn)數(shù)Re值越大，湍動(dòng)程度越強(qiáng)，曲線頂部越平坦。在通常流體輸送情況下，湍流時(shí)管內(nèi)流體的平均速度為1-33)類似拋物線um0.821-33)流體質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)烈分離與混合，使靠近管中心部分各點(diǎn)速度彼此扯憑，速度分布較均勻。實(shí)驗(yàn)證明，Re越大，曲線頂部越廣闊平坦，但靠管壁處質(zhì)點(diǎn)速度驟然下降。u=（0.

10、80.82）umax4.3.3湍流流體中的層流內(nèi)層當(dāng)管內(nèi)流體做湍流流動(dòng)時(shí)，管壁處的流速也為零，靠近管壁處的流體薄層速度很低，仍然保持層流流動(dòng)，這個(gè)薄層稱為層流內(nèi)層。層流內(nèi)層的厚度隨雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的增大而減薄，但不會(huì)消失。自層流內(nèi)層向管中心推移，速度漸增，存在一個(gè)流動(dòng)型態(tài)即非層流亦非湍流區(qū)域，這個(gè)區(qū)域稱為過(guò)渡層或緩沖層。再往管中心推移才是湍流主體。層流內(nèi)層的存在，對(duì)傳熱與傳質(zhì)過(guò)程都有很大的影響。湍流邊界層中，速度梯度主要集中在層流底層。既然湍流時(shí)管壁處流速為零，則靠近管壁的流體必然仍作層流流動(dòng)，這一作層流流動(dòng)的薄層，稱為層流內(nèi)層，其厚度隨Re的增加而減小。從層流底層往管中心推移，速度漸增，因而在層

11、流內(nèi)層與湍流主體之間存在著一層過(guò)渡層（此層內(nèi)既非層流也不是湍流）。再往中心才是湍流主體區(qū)。層流內(nèi)層雖然很薄，但它對(duì)傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程都有較大的影響。4.4流體阻力產(chǎn)生的原因及分類由于流體具有黏性，流體在流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生阻力，造成能量損失。流體阻力表現(xiàn)為在流動(dòng)過(guò)程中如無(wú)外加能量加入時(shí)，流體自身的機(jī)械能降低。從柏努利方程看出，只有在流動(dòng)阻力已知的前提下，才能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。不僅如此，流動(dòng)阻力的大小還關(guān)系到流體輸送的經(jīng)濟(jì)性。因此了解阻力產(chǎn)生的原因及其影響因素十分重要。形成流體阻力的原因是多方面的。黏性是產(chǎn)生流體阻力的根本原因。黏度作為表征黏性大小的物理量，其值越大，說(shuō)明在同樣流動(dòng)條件下，流體阻力就

12、會(huì)越大。因此，不同流體在同一條管路中流動(dòng)時(shí)，流體阻力的大小不同。此外，決定流體阻力大小的因素還有流動(dòng)的邊界條件（管路的設(shè)置）。研究發(fā)現(xiàn)，同一種流體在同一條管路中流動(dòng)時(shí)，也能產(chǎn)生大小不同的流體阻力，可見，流體的流動(dòng)狀況（流動(dòng)型態(tài)）也影響流體阻力的大小。一、流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因內(nèi)摩擦（粘性）內(nèi)摩擦力是由于流體的粘性而產(chǎn)生的，這種內(nèi)摩擦力總是起著阻止流體間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。粘度是表征粘性大小的物理量，其值越大，說(shuō)明在同樣流動(dòng)條件下，流體阻力就會(huì)越大于是，不同流體在同一條管路中流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力的大小是不同的。同一種流體在同一條管路中流動(dòng)時(shí)，阻力大小也是不同的。因此，決定流動(dòng)阻力大小的因素除了粘性和流動(dòng)

13、邊界條件外，還取決于流體的流動(dòng)狀況，即流體的流動(dòng)形態(tài)。1.流動(dòng)阻力產(chǎn)生原因（1）根本原因：流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦力廠流道截啲攻變或流動(dòng)方向攻變廠流道截啲攻變或流動(dòng)方向攻變產(chǎn)生渦流流動(dòng)型態(tài)不同阻力大小不同管路長(zhǎng)度管件和閥門設(shè)置管路長(zhǎng)度管件和閥門設(shè)置管路直徑變化直尊阻力粘書匕阻力/“流動(dòng)阻力局部阻力粘性阻力巧聒體阻力局部阻力粘性阻力巧聒體阻力/z/柏努利方程中的工hf是指管路系統(tǒng)的總育皂量損失，它包括直管阻力和局部阻力。流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力分為直管阻力和局部阻力兩種。直管阻力也叫沿程阻力，是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。局部阻力是流體流經(jīng)管路中的管件、閥門

14、及截面的突然擴(kuò)大和突然縮小等局部地方所產(chǎn)生的阻力?？偭鲃?dòng)阻力等于直管阻力和局部阻力之和。4.5流動(dòng)阻力計(jì)算4.5.1直管阻力直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失用hf表示。1范寧公式通過(guò)對(duì)流體進(jìn)行能量衡算和受力分析，得出：（適用于一切流動(dòng)型式）直管阻力通常由范寧公式計(jì)算，其表達(dá)式為d21-34d2式中hf直管阻力，J/kg；摩擦系數(shù)，也稱摩擦因數(shù)，無(wú)量綱；8摩擦系數(shù)，也稱摩擦因數(shù)，無(wú)量綱；8twpu2l直管的長(zhǎng)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)。九的值與反映流體湍動(dòng)程度的Re及管內(nèi)壁粗糙程度的e

15、大小有關(guān)。lPU2阻力壓降：paAp=人一x阻力壓降：pafd2壓頭損失：H=Xxmfd2g2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(shí)際上，即使是同一種材質(zhì)的管子，由于使用時(shí)間的長(zhǎng)短與腐蝕結(jié)垢的程度不同，管壁的粗糙度也會(huì)發(fā)生很大的變化。絕對(duì)粗糙度絕對(duì)粗糙度是指管壁突出部分的平均高度，表1-17中列出了某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度數(shù)值。在選取管壁的絕對(duì)粗糙度e值時(shí)，必須考慮到流體對(duì)管壁的腐蝕性，流體中的固體雜質(zhì)是否會(huì)黏附在管壁上以及使用情況等因素。表1-17某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度管

16、道類別絕對(duì)粗糙度/mm無(wú)縫黃銅管、銅管及鋁管0.010.05新的無(wú)縫鋼管或鍍鋅鐵管0.10.2新的鑄鐵管0.3具有輕度腐蝕的無(wú)縫鋼管0.20.3具有重度腐蝕的無(wú)縫鋼管0.5以上舊的鑄鐵管0.85以上干凈玻璃管0.00150.01很好整平的水泥管0.33相對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度是指絕對(duì)粗糙度與管道內(nèi)徑的比值，即/。管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)X的影響程度與管徑的大小有關(guān)，所以在流動(dòng)阻力的計(jì)算中，要考慮相對(duì)粗糙度的大小。(它能更好地反映8對(duì)管中流動(dòng)狀況的影響，因而更常使用。)系數(shù)X的影響程度與管徑的大小有關(guān)，所以在流動(dòng)阻力的計(jì)算中，要考慮相對(duì)粗糙度的大小。(它能更好地反映8對(duì)管中流動(dòng)狀況的影響，因而更常使用。

17、)%e6)水力光滑管(b)完全湍流粗糙管3摩擦系數(shù)（1）入與Re、管壁粗糙度有關(guān)管道$光滑管：玻璃管、黃銅管、塑料管:粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。此外，使用時(shí)間長(zhǎng)短，物料腐蝕性、結(jié)垢（焦）及固體雜質(zhì)粘附等也有影響。一一管內(nèi)壁面凸岀部分的平均高度；ld相對(duì)粗糙度，C同樣的對(duì)宇鄉(xiāng)影響大）64Re（1）層流時(shí)摩擦系數(shù)流體作層流流動(dòng)時(shí)，管壁上凹凸不平的地方都被有規(guī)則的流體層所覆蓋，九與8/無(wú)關(guān)，摩擦系數(shù)64Re1-35)將“詈代入范寧公式，則二32pul二32pulpd21-36)上式為哈根-伯稷葉（Hangen-Poiseuille）方程，是流體在圓直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算式。層沅吋A層沅吋A=64

18、/ReA舉埠樂(lè)致（因致）（晅N換失）（圧頭頓失）J/Nh廠32mul/pd2（晅N換失）（圧頭頓失）J/NH/=32“ul/pgd2Hf=(Pi-P2)/pgHfzK水平直習(xí)啟的圧頭頓失Pip?=32uul/d2（圧醫(yī)降）唱桓一沖白謖葉力袒摩擦系數(shù)入的數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，測(cè)定時(shí)可以使用各種流體以不同流速通過(guò)不同管徑和不同粗糙度的圓形直管，從已知流體性質(zhì)和試驗(yàn)條件，計(jì)算出摩擦系數(shù)。液體作層流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)的關(guān)系式，可用理論分析方法推導(dǎo)而得:2）湍流時(shí)摩擦系數(shù)光滑管是指管壁光滑、粗糙度為0的管，如玻璃管、塑料管、不銹鋼管等。因而摩擦系數(shù)只是雷諾數(shù)的函數(shù)。下面介紹幾個(gè)常見的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。a柏

19、拉修斯關(guān)系式入=03165/Re025適用范圍：Re=5X103105。b顧毓珍公式入=0.0056+0.500/Re0-32適用范圍：Re=3X1033X106。粗糙管生產(chǎn)中常用的鋼管、鐵管等管壁較粗糙，屬于粗糙管柯爾布魯克公式左=口4-21og(d+器)適用范圍：Re=4x103108,e/d=5x-210-6o近年出現(xiàn)的新公式九=0.1(/d+68/Re)0-23由于湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(shí)摩擦系數(shù)九的公式，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，獲得經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算式。各種經(jīng)驗(yàn)公式，均有一定的適用范圍,可參閱有關(guān)資料。為了計(jì)算方便，通常將摩擦系數(shù)九對(duì)Re與s/d的關(guān)系

20、曲線標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，如圖1-51所示，該圖稱為莫狄（Moody）圖。這樣就可以方便地根據(jù)Re與s/d值從圖中查得各種情況下的久值。該圖由四個(gè)不同的區(qū)域所組成。lU20.060.050.040.025匚I0.02水力光滑管0.0150.0002_0.000010.008103104105107圖1-22Moody圖680.010.0090.080.070.050.040.00010.000050.100.090.030.020.0150.01lU20.060.050.040.025匚I0.02水力光滑管0.0150.0002_0.000010.008103104105107圖1-22Moo

21、dy圖680.010.0090.080.070.050.040.00010.000050.100.090.030.020.0150.010.0080.0060.0000050.0000012468“Re2468106dup0.001_Q00080.00060.0004九0.03武湍流區(qū)24680.004d0.002思考：由圖可見，Re廉，九I，這與阻力損失隨Re增大而增大是否矛盾？根據(jù)雷諾準(zhǔn)數(shù)的不同，可在圖中分出四個(gè)不同的區(qū)域：a.層流區(qū)當(dāng)Re4000且在圖中虛線以下所構(gòu)成的區(qū)域時(shí)（在此區(qū)域內(nèi)，管內(nèi)流型為湍流。摩擦系數(shù)九不僅與Re有關(guān)，而且還與s/d有關(guān)），九=f（Re，s/d）。對(duì)于一定的s

22、/d，九隨Re數(shù)值的增大而減小。完全湍流區(qū)一一阻力平方區(qū)即圖中虛線以上的區(qū)域，九與Re的數(shù)值無(wú)關(guān)，只取決于s/d。九-Re曲線幾乎成（近似為）水平線，即（九與Re無(wú)關(guān)，只與s/d有關(guān)，當(dāng)管子的s/d一定時(shí)，九為定值。在這個(gè)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，s/d值越大，達(dá)到阻力平方區(qū)的Re值越低。【例1-15】20C的水，以1.2m/s速度在鋼管中流動(dòng)，鋼管規(guī)格為？89x3.5mm，鋼管的管壁絕對(duì)粗糙度為0.2mm，試求水通過(guò)100m長(zhǎng)的直管時(shí)，阻力損失為多少？解從本書附錄中查得水在20C時(shí)的p=998.2kg/m3,“=1.005x10-3Pasd=0.082mm，

23、l=100m，u=1.2m/s二9.77x104dup0.082二9.77x104Re二二一卩1.005x10-3d=第=0.002據(jù)Re與s/d值，查圖得摩擦系數(shù)啟0.025lu21001.22則人嚴(yán)冇=0.025x碗xT=43.9嘰說(shuō)明：當(dāng)管路由若干直徑不同的管段組成時(shí)，直管阻力應(yīng)分段計(jì)算，然后再求和。（3）非圓管內(nèi)的流動(dòng)阻力計(jì)算內(nèi)徑為d，長(zhǎng)度為l的圓形管道，當(dāng)管內(nèi)充滿液體時(shí)，存在下列關(guān)系d=4X液體流過(guò)的截面積/液體濕潤(rùn)周邊長(zhǎng)度根據(jù)上述關(guān)系，定義非圓形管道當(dāng)量直徑如下de=4X液體流過(guò)的截面積/液體濕潤(rùn)周邊長(zhǎng)度按照這個(gè)定義，長(zhǎng)和寬分別為a和b的矩形管道的當(dāng)量直徑為ab2abde=4x=2

24、（a+b）a+b求得后，參照?qǐng)A形管道的計(jì)算方法求算流動(dòng)阻力。應(yīng)用實(shí)例見教材。4.5.3總阻力管路系統(tǒng)的總阻力等于所有直管阻力和所有局部阻力之和1.當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算局部阻力時(shí)，其總阻力Zhf計(jì)算式為EhfEhfcl+Eleu2=Xxxd21-39)式中Yle管路全部管件與閥門等的當(dāng)量長(zhǎng)度之和，m。2.阻力系數(shù)法當(dāng)用阻力系數(shù)法計(jì)算局部阻力時(shí)，其總阻力計(jì)算式為1-40)E1-40)f式中Y管路全部的局部阻力系數(shù)之和。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(dòng)阻力，m）及壓力降A(chǔ)pf（1m3流體流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)阻力，Pa）表示。它們之間的關(guān)系為hf=Hfg（1-4

25、1）Ap=phf=pHfg（1-42）3.進(jìn)、出口的局部阻力按阻力系數(shù)法計(jì)算，其余局部地方的局部阻力按當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算（常用此法）Ehf(Ehf(Xl+Eledu2【例1-16】20C的水以1m/s的流速流經(jīng)某一管路，管子內(nèi)徑為100mm，管壁的絕對(duì)粗糙度s=0.2mm。管路上裝有90的標(biāo)準(zhǔn)彎頭3個(gè)、截止閥（全開）一個(gè)，直管段長(zhǎng)度為100m。試計(jì)算流體流經(jīng)該管路的總阻力損失。解查得20C下水的密度為998.2kg/m3，黏度為1.005mPas。dupRedupRe=0.1x1x998.21.005x10-3=9.93x104e/d=0.2/100=0.002,由Re值及s/d值查圖得久=0.0

26、25。用阻力系數(shù)法計(jì)算查表得：90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，=0.75；截止閥（全開），匸6.4。所以Eh=（九-+E）聖=0.025x型+（0.75x3+6.4）x12=16.8fd20.12用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算查表得：90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，le/d=30；截止閥（全開），le/d=300。J/kg0.1Eh=X上=0.025x100+(30 x3+300)x0.1x12=17.4fd20.12J/kg0.1從以上計(jì)算可以看出，用兩種局部阻力計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果差別不大，在工程計(jì)算中是允許的。注：對(duì)于不等徑管路，由于管內(nèi)流速不同，阻力應(yīng)分段計(jì)算。五、知識(shí)拓展4.9減小流動(dòng)阻力的措施流動(dòng)阻力越大，輸送流體的動(dòng)力消耗也越大，

27、操作費(fèi)用增加；同時(shí)，流動(dòng)阻力增大還能造成系統(tǒng)壓力的下降，嚴(yán)重時(shí)將影響工藝過(guò)程的正常進(jìn)行，因此化工生產(chǎn)中應(yīng)盡量減小流動(dòng)阻力。從流動(dòng)阻力的計(jì)算公式可以看出，減少管長(zhǎng)、增大管徑、降低流速、簡(jiǎn)化管路和降低管壁粗糙度都是可行的，主要措施如下：（1）在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能減短管路；（2）在管路長(zhǎng)度基本確定的前提下，盡可能減少管件、閥件，盡量避免管徑的突變；（3）在可能的前提下，適當(dāng)放大管徑。（4）在被輸送介質(zhì)中加入某些藥物，如丙烯酰胺、聚氯乙烯氧化物等，以減少介質(zhì)對(duì)管壁的腐蝕和雜質(zhì)沉積，從而減少旋渦，流體阻力減小。減小阻力的方法（1）減少管長(zhǎng)，減少管件、閥門的布置；（2）適當(dāng)加大直徑，或選用光滑管；（3）降低流動(dòng)速度；（4）降低流體粘度；（5）加入減阻劑；補(bǔ)充內(nèi)容管路計(jì)算（一）簡(jiǎn)單管路與復(fù)雜管路等徑管路1簡(jiǎn)單管路（串聯(lián)管路特點(diǎn)：（1）u-A=u-A=u-A112233（2）工h=工h+Eh+EhHff1f2f3復(fù)雜管路并聯(lián)管路復(fù)雜管路分支管路匯合管路V二V+V+VSS1S2S3Eh=Eh=Eh=Ehf1f2f3f分支管路特點(diǎn)：V=V+V+VSS1S2S3分支點(diǎn)處單位