化工原理課件-管內(nèi)流動的阻力損失

1

——流動阻力產(chǎn)生的根源

流體具有粘性，流動時存在內(nèi)摩擦力.

——流動阻力產(chǎn)生的條件固定的管壁或其他形狀的固體壁面管路中的阻力直管阻力：(沿程阻力)局部阻力：

流體流經(jīng)一定管徑的直管時產(chǎn)生的阻力

流體流經(jīng)局部地方所引起的阻力§1.4管內(nèi)流動的阻力損失2§1.4管內(nèi)流動的阻力損失

一、沿程損失的計算通式（一）阻力的表現(xiàn)形式流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動且無外加功時若管道為傾斜管，則

3§1.4管內(nèi)流動的阻力損失壓力損失

流體的流動阻力表現(xiàn)為勢能的減少；水平安裝時，△p

與△pf

才相等。（二）直管阻力的通式

4由于壓力差而產(chǎn)生的推動力：流體的摩擦力：令

定態(tài)流動時∴

§1.4管內(nèi)流動的阻力損失5——直管阻力通式（范寧Fanning公式）

其它形式：——摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）

則

J/kg壓頭損失m壓力損失Pa

該公式對層流與湍流均適用；同樣適用于非水平等徑管§1.4管內(nèi)流動的阻力損失6（三）層流時的摩擦系數(shù)

速度分布方程又——哈根-泊謖葉（Hagen-Poiseuille）公式

即同樣適用于非水平等徑管§1.4管內(nèi)流動的阻力損失7能量損失

層流時阻力與速度的一次方成正比變形：得§1.4管內(nèi)流動的阻力損失思考：某流體在管內(nèi)層流流動，若體積流量不變，而管徑增加1倍，則因摩擦損失引起的壓力降有何變化？8二、湍流時的摩擦系數(shù)（一）量綱分析法（因次分析法）

目的：（1）減少實驗工作量；（2）結(jié)果具有普遍性，便于推廣?；A(chǔ)：因次一致性原則即每一個物理方程式的各項應(yīng)具有相同的因次。求Wf實驗研究建立經(jīng)驗關(guān)系式的方法

§1.4管內(nèi)流動的阻力損失9基本定理：白金漢（Buckinghan）π定理

湍流時壓力損失的影響因素：（1）流體性質(zhì)：，（2）流動的幾何尺寸：d，l，（3）流動條件：u：管壁絕對粗糙度管道壁面凸出部分的平均高度（表1-1）§1.4管內(nèi)流動的阻力損失N＝n－rn－過程涉及的獨立變量總數(shù)r－變量的基本因次數(shù)N－獨立的無因次數(shù)群數(shù)10物理變量n=7基本因次m=3無因次數(shù)群

N=n-m=4用冪函數(shù)表示為：以基本因次質(zhì)量（M）、長度(L)、時間(T)

表示各物理量：§1.4管內(nèi)流動的阻力損失11代入（1）式，得：§1.4管內(nèi)流動的阻力損失12以b，f，g表示a，c，e，則有：代入(1)式得：∴

§1.4管內(nèi)流動的阻力損失13——相對粗糙度——管道的幾何尺寸——雷諾數(shù)Re又∴

§1.4管內(nèi)流動的阻力損失——歐拉數(shù)14（二）摩擦系數(shù)圖15§1.4管內(nèi)流動的阻力損失1.

四個區(qū)：（1）層流區(qū)（Re≤2000）在雙對數(shù)坐標圖上為直線關(guān)系Wf

與u的一次方成正比（2）過渡區(qū)（2000<Re<4000)

將湍流時的曲線延伸查取λ值。（3）湍流區(qū)（Re≥4000且在虛線以下的區(qū)域）（4）完全湍流區(qū)

（虛線以上的區(qū)域）

λ與Re無關(guān)，只與有關(guān)。一定時，（阻力平方區(qū)）16§1.4管內(nèi)流動的阻力損失2.

Re和ε/d

對λ的影響：層流區(qū)湍流區(qū)完全湍流區(qū)但阻力損失隨著流速的增加而增大17§1.4管內(nèi)流動的阻力損失

層流或水力光滑管只與Re有關(guān)，與無關(guān)。

完全湍流粗糙管只與有關(guān)，與Re無關(guān)如何使用莫狄圖？18（三）湍流時λ的經(jīng)驗式柏拉修斯(Blasius)光滑管公式

適用范圍：Re=5×103～1×105

或：

適用范圍：Re≥4000且ε/d≤0.005

§1.4管內(nèi)流動的阻力損失P2719

套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為d2:

邊長分別為a、b的矩形管

:三、非圓形管內(nèi)的流動阻力

當(dāng)量直徑：

§1.4管內(nèi)流動的阻力損失20（1）Re中的直徑用de計算；正方形C＝57正三角形C＝53環(huán)形C＝96（3）流速用實際流通面積計算。§1.4管內(nèi)流動的阻力損失（2）層流時：說明：21四、局部阻力

（一）阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。

或

ζ——局部阻力系數(shù)

J/kgm§1.4管內(nèi)流動的阻力損失221.突然擴大§1.4管內(nèi)流動的阻力損失232.突然縮小§1.4管內(nèi)流動的阻力損失P30表1-324§1.4管內(nèi)流動的阻力損失3.

管進口及出口進口：流體自容器進入管內(nèi)。ζ進口

=0.5出口：流體自管子進入容器或排放到管外空間。ζ出口

=14.

管件與閥門（P30表1-2）2526標準閥27蝶閥§1.4管內(nèi)流動的阻力損失28§1.4管內(nèi)流動的阻力損失29§1.4管內(nèi)流動的阻力損失30（二）當(dāng)量長度法le——

管件或閥門的當(dāng)量長度，m?！?.4管內(nèi)流動的阻力損失或（P30表1-2）31總阻力：管出口彎管閥門管入口2-2面取在出口內(nèi)側(cè)時，wf中應(yīng)不包括出口阻力損失，但2-2面取在出口外側(cè)時，wf中應(yīng)包括出口阻力損失，其大小為但2-2面的動能為零。22u222u2§1.4管內(nèi)流動的阻力損失對不同管徑，應(yīng)分段計算32減少流動阻力的途徑：

管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；盡量不安裝不必要的管件和閥門等；管徑適當(dāng)大些；添加少量的減阻劑；§1.4管內(nèi)流動的阻力損失33空氣以相同的流速分別流過水平放置和垂直放置的兩根等徑直管1、2和3，在長度相同的兩端各裝一U形壓差計，兩壓差計的指示液相同，讀數(shù)分別為R