管內(nèi)流體流動的摩擦阻力損失課件

2023/9/17第一章

流體流動一、直管中摩擦阻力的測定二、管路上的局部阻力三、管路系統(tǒng)中的總能量損失第四節(jié)

管內(nèi)流體流動的

摩擦阻力損失2023/8/1第一章

流體流動一、直管2023/9/17——流動阻力產(chǎn)生的根源流體具有粘性，流動時存在內(nèi)部摩擦力.

——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：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起的阻力。2023/8/1——流動阻力產(chǎn)生的根源流體具有粘性，流動2023/9/17單位質(zhì)量流體流動時所損失的機(jī)械能，J/kg。單位重量流體流動時所損失的機(jī)械能，m。壓頭損失管徑的表示方式：A：管外徑；B：壁厚。2023/8/1單位質(zhì)量流體流動時所損失的機(jī)械能，J/kg。2023/9/17一、流體在直管中的流動阻力

1、直管中流體摩擦阻力損失的測定

2023/8/1一、流體在直管中的流動阻力1、直管中流體摩2023/9/17-等徑圓管內(nèi)的摩擦阻力損失測定式。對于水平管：注意：

同一根直管，無論水平安裝還是堅(jiān)直安裝，hf應(yīng)相同。2023/8/1-等徑圓管內(nèi)的摩擦阻力損失測定式。對于水平管2023/9/172、直管中流體摩擦阻力損失的計(jì)算通式

2023/8/12、直管中流體摩擦阻力損失的計(jì)算通式2023/9/172023/8/12023/9/17——圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式與比較，得：3、公式的變換

2023/8/1——圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式與比2023/9/17

——

圓形直管阻力所引起能量損失的通式稱為范寧公式。（對于層流或湍流都適用）

λ為無因次的系數(shù)，稱為摩擦因數(shù)。2023/8/1

——圓形直管阻力所引起能量損失2023/9/17

4.層流時的摩擦損失——哈根-泊謖葉公式

與范寧公式對比，得：——層流流動時λ與Re的關(guān)系2023/8/14.層流時的摩擦損失——哈2023/9/175、管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響化工管路光滑管

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ε表示。絕對粗糙度與管道直徑的比值即ε/d。2023/8/15、管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響化工管路光滑2023/9/17光滑管流動完全粗糙管2023/8/1光滑管流動完全粗糙管2023/9/17思考：層流流動時，當(dāng)體積流量為V的流體通過直徑不同的管路時,△Pf與管徑d的關(guān)系如何？可見：2023/8/1思考：層流流動時，當(dāng)體積流量為V的流體通過直2023/9/175.直管內(nèi)湍流流動的阻力損失

湍流流動，由量綱分析法得：2023/8/15.直管內(nèi)湍流流動的阻力損失湍流流動，由2023/9/172023/8/12023/9/171）摩擦因數(shù)圖

a)層流區(qū)：Re≤2000，λ與Re成直線關(guān)系，λ=64/Re。b)過渡區(qū)：2000＜Re＜4000，管內(nèi)流動隨外界條件的影響而出現(xiàn)不同的流型，摩擦系數(shù)也因之出現(xiàn)波動。

c)湍流區(qū)：Re≥4000且在圖中虛線以下處時，λ值隨Re數(shù)的增大而減小。

d)完全湍流區(qū)：圖中虛線以上的區(qū)域，摩擦系數(shù)基本上不隨Re的變化而變化，λ值近似為常數(shù)。根據(jù)范寧公式，若l/d一定，則阻力損失與流速的平方成正比，稱作阻力平方區(qū)。2023/8/11）摩擦因數(shù)圖a)層流區(qū)：Re≤2000，2023/9/172)λ值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式

A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式適用范圍為Re=2.5×103～1×105

B、考萊布魯克(Colebrook)公式適用范圍：光滑管，粗糙管，直至完全湍流區(qū)

2023/8/12)λ值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式A、布拉修斯(Bl2023/9/177.非圓形管內(nèi)的摩擦損失對于圓形管道，流體流徑的管道截面為:流體潤濕的周邊長度為:πdde=4×流道截面積/潤濕周邊長度C、哈蘭德(Haaland)公式2023/8/17.非圓形管內(nèi)的摩擦損失流體潤濕的周邊長2023/9/17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)徑為d2的外管構(gòu)成的環(huán)形通道二、局部阻力損失1、局部阻力損失的計(jì)算1）阻力系數(shù)法

2023/8/1對于長寬分別為a與b的矩形管道：對于一外徑為2023/9/17

為局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測定。突然擴(kuò)大與突然縮小

u：取小管的流速管出口b)管出口和管入口管出口相當(dāng)于突然擴(kuò)大,流體自容器進(jìn)入管內(nèi)，相當(dāng)于突然縮小A2/A1≈0，管進(jìn)口阻力系數(shù)，ξc=0.5。突然擴(kuò)大:突然縮小:2023/8/1為局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測定。突然擴(kuò)大與2023/9/172023/8/12023/9/172）當(dāng)量長度法

le為管件的當(dāng)量長度。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。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。三、管路中的總能量損失管路系統(tǒng)中總能量損失=直管阻力+局部祖力對直徑相同的管段：2023/8/12）當(dāng)量長度法le為管件的當(dāng)量長度。2023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/172023/8/12023/9/17

例：用泵把20℃的苯從地下儲罐送到高位槽，流量為300l/min。高位槽液面比儲罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm的無縫鋼管，直管長為15m，管路上裝有一個底閥（可粗略的按旋啟式止回閥全開時計(jì)）、一個標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用φ57×3.5mm的無縫鋼管，直管長度為50m，管路上裝有一個全開的閘閥、一個全開的截止閥和三個標(biāo)準(zhǔn)彎頭。儲罐及高位槽液面上方均為大氣壓。設(shè)儲罐液面維持恒定。試求泵提供的能量W。2023/8/1例：用泵把20℃的苯從地下儲2023/9/17分析：W柏努利方程△Z、△u、△P已知求∑hf管徑不同吸入管路排出管路范寧公式l、d已知求λ求Re、ε/d摩擦因數(shù)圖當(dāng)量長度阻力系數(shù)查圖2023/8/1分析：W柏努利方程△Z、△u、△P已知求∑h2023/9/17解：取儲罐液面為上游截面1-1，高位槽液面為下游截面2-2，并以截面1-1為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量損失2023/8/1解：取儲罐液面為上游截面1-1，高位槽液面為2023/9/17式中管件、閥門的當(dāng)量長度為：底閥(按旋轉(zhuǎn)式止回閥全開時計(jì)）6.3m標(biāo)準(zhǔn)彎頭2.7m進(jìn)口阻力系數(shù)ξc=0.52023/8/1式中管件、閥門的當(dāng)量長度為：進(jìn)口阻力系數(shù)2023/9/17苯的密度為880kg/m3，粘度為6.5×10-4Pa·s取管壁的絕對粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/81=0.0037，查得λ=0.0292023/8/1苯的密度為880kg/m3，粘度為6.5×12023/9/17（2）排出管路上的能量損失∑hf,b式中:管件、閥門的當(dāng)量長度分別為：全開的閘閥0.33m全開的截止閥17m三個標(biāo)準(zhǔn)彎頭1.6×3=4.8m2023/8/1（2