流動阻力和能量損失課件

流動阻力和能量損失

能量損失一般有兩種表示方法：

流體阻力是造成能量損失的原因。產(chǎn)生阻力的內(nèi)因是流體的粘性和慣性，外因是固體壁面對流體的阻滯作用和擾動作用。通常用單位重量流體的能量損失（或稱水頭損失）h1來表示，用液柱高度來量度；用液柱高度來量度；對于氣體，則常用單位體積流體的能量損失（或稱壓力損失）H損來表示，用壓力來量度。它們之間的關系為：H損=γh1一、能量損失的兩種形式：能量損失分為兩類：沿程損失和局部損失。㈠沿程阻力和沿程損失

在邊壁沿程不變的管段上，流速基本上是沿程不變的，流動阻力只有沿程不變的切應力，稱為沿程阻力?？朔爻套枇σ鸬哪芰繐p失，稱為沿程損失，用hf（或Hf）表示。㈡局部阻力和局部損失在邊界急劇變化的區(qū)域，由于出現(xiàn)了漩渦區(qū)和速度分布的變化，流動阻力大大增加，形成比較集中的能量損失。這種阻力稱為局部阻力，相應的能量損失稱為局部損失，用hj（或Hj）表示。

㈢能量損失的計算公式工程上常用的能量損失計算公式為：1．沿程水頭損失：一、能量損失的兩種形式：

整個管路的能量損失等于各管段的沿程損失和所有局部損失的總和，即：

hL=Σhf+Σhj2．局部水頭損失：寫成壓力損失的形式，則為：

式中：

L—管長[米]；

d—管徑[米]；

V—斷面平均流速[米/秒]；

λ—沿程阻力系數(shù)（無因次參數(shù)）；

ζ—局部阻力系數(shù)（無因次參數(shù)）。一、能量損失的兩種形式：二、層流、紊流和雷諾實驗實際流體運動存在著兩種不同的狀態(tài)，即層流和紊流。這兩種流動狀態(tài)的沿程損失規(guī)律大不相同。

㈠雷諾實驗

液體沿管軸方向流動時，流束之間或流體層與層之間彼此不相混雜，質(zhì)點沒有徑向的運動，都保持各自的流線運動。這種流動狀態(tài)，稱為層流運動。

管中流速再稍增加，或有其它外部干擾振動，則有色液體將破裂、混雜成為一種紊亂狀態(tài)。這種運動狀態(tài)，稱為紊流運動二、層流、紊流和雷諾實驗

雷諾和其它學者的大量實驗數(shù)據(jù)證實，若這四個物理量寫成無因次數(shù)：二、層流、紊流和雷諾實驗則流動是紊流；則流動是層流。二、層流、紊流和雷諾實驗

研究非圓形斷面或在流體中運動的物體時，式中的d應以其相應的特征尺寸代替。能夠綜合反映斷面水力特性的量是水力半徑R；它被定義為

其中A為有效斷面面積（米2）。X稱為濕周（米），指在有效斷面A上，流體與固體邊界的接觸長度，下圖為幾種濕周的例子。二、層流、紊流和雷諾實驗

對于圓形管道，其水力半徑R為：

R=1/4πd2/πd=d/4或?qū)懗桑篸=4R

以d當表示，即d=4R=d當。

在通風工程中，除圓斷面管道外，常見的還有矩形斷面管道，其相應的d當為：

d當=4R=4ab/2（a+b）=2ab/（a+b）㈢流態(tài)分析

層流和紊流的根本區(qū)別在于層流各流層間互不摻混，只存在粘性引起的摩擦阻力；紊流則有大小不等的渦流動蕩于各流層之間，除了粘性阻力，還存在著由于質(zhì)點摻混、互相碰撞所造成的慣性阻力。因此，紊流阻力比層流阻力大得多。

雷諾數(shù)之所以能判別流態(tài)，正是因為它反映了慣性力和粘性力的對比關系。因此，當管中流體流動的雷諾數(shù)小于2320時，其粘性起主導作用，層流穩(wěn)定。當雷諾數(shù)大于2320時，在流動核心部分的慣性力克服了粘性力的阻滯而產(chǎn)生渦流，摻混現(xiàn)象出現(xiàn)，層流向紊流轉(zhuǎn)化。二、層流、紊流和雷諾實驗三、單位摩阻R及沿程阻力的計算

每米長管道所具有的沿程摩擦阻力損失稱為單位摩阻，以R表示。

㈠圓管的沿程摩擦阻力：對于每米長的圓管，其單位摩阻為：R=λ/d·H動

代入公式得：

Hm=R·L

圓管的單位摩阻R的數(shù)值可從附錄中查找。三、單位摩阻R及沿程阻力的計算

㈡矩形直長管道的沿程摩擦阻力：求矩形管道中的摩擦阻力時，最方便的方法是利用當量直徑來計算。

在計算中，不必自行計算摩擦阻力系數(shù)λ，根據(jù)流速v和流速當量直徑d當可直接求出單位摩阻R，上述數(shù)字均可通過查表取得。

四、局部阻力的計算

㈠局部阻力的分類

1．流向改變⒉流速改變方向四、局部阻力的計算㈡、局部阻力的計算1．突然擴大圓管的局部阻力計算：（1）流體斷面1-1上的總壓力。

P1=p1F1P2=p2F2（2）流體漩渦區(qū)上的作用力。

P0=p1（F2-F1）（3）流體段本身的重量。

G=γF2L外力在水平方向的合力為：

P=P1-P2+P0=p1F1-p2F2+p1（F2-F1）=（p1-p2）F2四、局部阻力的計算㈡、局部阻力的計算1．突然擴大圓管的局部阻力計算：又根據(jù)伯努利方程式（若流體為空氣時）：四、局部阻力的計算㈡、局部阻力的計算1．突然擴大圓管的局部阻力計算：令：稱ξ為局部阻力系數(shù)，則有：

四、局部阻力的計算2．局部阻力損失的計算公式（普遍式）從定性上分析，由于引起局部阻力損失的原因是一致的，即流速的變化均伴隨渦流的產(chǎn)生。因此可以用同一形式來表達，只是局部阻力系數(shù)不同而已，因此，確定任何局部阻力損失的普遍公式，可以寫成：

式中的局部阻力系數(shù)ξ，取決于局部阻力構(gòu)件的幾何形狀，通過實驗來確定。局部阻力損失是集中產(chǎn)生的，常?？梢酝ㄟ^改變管道的幾何形狀使之減弱或加強。減小局部阻力的途徑是避免產(chǎn)生渦流區(qū)和質(zhì)點的撞擊。四、局部阻力的計算

㈢常用管件及其局部阻力

1．彎頭

（1）彎頭的規(guī)格1）D——彎頭的直徑[毫米]2）α——彎頭的轉(zhuǎn)向角[度]3）R——彎頭的曲率半徑，通常以管徑D的倍數(shù)來表示。四、局部阻力的計算

㈢常用管件及其局部阻力

1．彎頭

在除塵風網(wǎng)中，彎頭的曲率半徑R可在（1-2）D的范圍內(nèi)選擇。在氣力輸送裝置中，彎頭的曲率半徑R在（6-10）D為宜。彎頭的節(jié)數(shù)不宜過多，一般每節(jié)不大于（15-180），但D或R較大時，節(jié)數(shù)需適當增多。（2）彎頭局部阻力的計算四、局部阻力的計算

㈢常用管件及其局部阻力

2．三通

三通是匯合和分開氣流的一種管件。四、局部阻力的計算

㈢常用管件及其局部阻力

2．三通（1）三通的規(guī)格

三通的直管直徑D直、支管直徑D支、總管直徑D總以及支管和直管的中心夾角α。

對空氣而言，匯合氣流的三通稱吸氣三通，分開氣流的三通稱壓氣三通。根據(jù)管網(wǎng)的需要，常用中心夾角為300-450的三通。三通的阻力取決于兩股氣流合并的角度α及直流與支流的直徑比（D直/D支）、支流與直流的速度比（V支/V直）。四、局部阻力的計算

㈢常用管件及其局部阻力

2．三通（2）三通的直管和支管的局部阻力計算：

H直=ξ直·H動直

H支=ξ支·H動支

式中：ξ直、ξ支——直管和彎管的阻力系數(shù)四、局部阻力的計算

㈢