流體在管內(nèi)的流動阻力

流體在管內(nèi)的流動阻力第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述：1、阻力產(chǎn)生的原因（1）流體具有粘性，產(chǎn)生粘性阻力；（2）形體阻力：流體流經(jīng)不規(guī)則障礙物，邊界層分離，因渦流產(chǎn)生能量損失。2、阻力分類：直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；局部阻力：流體流經(jīng)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2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述：3、阻力的表示法：(1):單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/kg).(2):單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/N=m).(3):單位體積流體產(chǎn)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(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時，二者才相等。第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻力的計算：1、圓形直管內(nèi)阻力計算公式：如圖所示，對1-1′和2-2′截面間流體進(jìn)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4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻力的計算：令所以上式為流體在直管內(nèi)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(guān)。三種形式：

第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻力的計算：4、湍流時的摩擦系數(shù)：湍流時λ既與

Re有關(guān)，又與有關(guān)，一般通過因次分析法進(jìn)行分析，得到一些經(jīng)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8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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(guān)一定時，Re越大，越小完全湍流區(qū)：虛線以上部分只與有關(guān)，與Re無關(guān)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9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻力的計算：6、非圓形直管阻力損失的計算：一般以當(dāng)量直徑代替直徑進(jìn)行計算。當(dāng)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(nèi)流動形態(tài)如何確定？abd2d1第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻力的計算：1）當(dāng)量長度法：以當(dāng)量長度代替范寧公式中直管的長度進(jìn)行計算。當(dāng)量長度：管件、閥門產(chǎn)生的阻力相當(dāng)于同直徑且阻力損失相同的圓管的長度，以表示。當(dāng)量長度共線圖7、局部阻力：第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月局部阻力損失計算100mm的閘閥1/2關(guān)le=

22m100mm的標(biāo)準(zhǔn)三通

le=

2.2m100mm的閘閥全開le=

0.75m第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：①變徑時，以細(xì)管內(nèi)流速計算局部阻力；②突然擴(kuò)大或突然縮小的阻力系數(shù)：從管路進(jìn)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(jìn)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13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、阻力的計算8、管路系統(tǒng)中的總能量損失第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月例：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15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月解：（1）油品：所以能量損失

壓頭損失

壓力損失

第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（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17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)彎頭一個，標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）一個。若維持進(jìn)料量為5m3/h，問高位槽中的液面需高出進(jìn)料口多少米？操作條件下料液的物性：

h第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月解：如圖取高位槽中液面為1-1′面，管出口內(nèi)側(cè)為2-2′截面，且以過2-2′截面中心線的水平面為基準(zhǔn)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19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月取管壁絕對粗糙度

則查得摩擦系數(shù)各管件的局部阻力系數(shù)：進(jìn)口突然