管内流动阻力计算.ppt

1,1.4 管内流动的阻力损失,流体流动阻力包括： 1、直管阻力损失（沿程阻力损失） 2、局部阻力损失（管件、阀门等的阻力损失）,流体沿壁面流过时的阻力表皮阻力（或摩擦阻力） 流体的流道发生弯曲、突然扩大或缩小、绕过物体流动，引起边界层分离形体阻力。,2,1.4.1 直管阻力损失,1、 直管阻力损失的直观表现,说明：若管路直径不等或不水平，则上下游截面间的压力变化除因阻力损失外，还包括位能或动能变化所引起的部分。即：p1-p2pf,压力降 阻力损失的直观表现,3,阻力损失有三种表达形式： hf-J/kg （单位质量） Hf-m （单位重量） pf -Pa （单位体积）,直管阻力损失的计算,常用的形式,4,2、 范宁公式,上三式为计算圆形直管阻力损失的范宁公式，适用于层流和湍流。,5,1.4.2 层流时的摩擦损失,由层流时的最大速度与压力降的关系可得：（参见1.3.3 层流平均速度）,与范宁公式,此式称为哈根泊谡叶（Hagen-Poiseyulle)公式。,由哈根泊谡叶公式得，层流时阻力损失与速度的一次方成正比、与管长的一次方成正比、与管径的两次方成反比。注意该式适用于层流、牛顿流体,比较：,6,1.4.3 湍流流动的阻力损失,（1）因次分析法,因次论的依据： （1）物理量方程的因次一致 （2）定理：任何因次一致的物理量方程都可以表示为准数关联式； 准数个数为 i=n-m,式中：n 为物理量个数， m 为用于表示所有物理量的基本因次数目,因次就是量纲 ，如质量M、长度L、时间,7,因次分析法解决问题的思路：,复杂问题 实验时，要求每次只改变一个变量，将其它变量固定 ; 若变量很多工作量大，并且将实验关联成便于应用的公式也很困难 ； 因次分解法将变量组合成无因次的群，代替方程式中的单个变量; 数群的数目比变量的数目少实验与关联工作简化,工程上,实验,建立经验关系式；,8,影响直管阻力压力损失的因数有三个： （1）流体物性因数: 和 （2）设备因数: L 、d和管壁粗糙度 （3）流动因数: u 以上因素可以函数形式表示为：,因此，流动阻力损失若按每个变量做5个点，则实验量惊人（56次）。 采用因次分析法步骤： 找出影响因数得准数实验得准数关联式减少了工作量。,具体研究方法采用Rayleigh（瑞利）法。,9,式中七个物理量的因次 为：, p =M T 2 L-1 u =L T-1 d =L M L3 =M L-1 T-1 =L,将各物理量的因次代入，整理得：,根据因次一致性原则得：,将b、q、k表示为a、c、j的函数，整理得,带入p的幂函数中：,Rayleigh法：,10,根据实验：,范宁公式：,（1）,（2）,（1）与（2）比较，得摩擦系数：,11,（2）湍流时的摩擦损失,即湍流时的不仅与Re有关，还与管壁的粗糙度有关,12,对光滑管内的湍流，有柏拉修斯（Blasius公式）：,当Re很大时：与Re无关, hf与u2成正比，故称为阻力平方区,即层流时hf u，湍流时hf u1.752.0,根据范宁公式，代入层流的，hf - u； 湍流时， 为常数，hf - u2,13,1.4.4 非圆形管内的摩擦损失,方法是用当量直径de代替圆管中的d。当量直径定义为,注意这里de 仅用于阻力损失和雷诺数的计算中,而速度u为实际平均速度，即,非园管层流时 式中管截面形状：正方形 c57，环形 c=96, 等边三角形 c=53,14,1.4.5 局部阻力损失,流体流经管件、阀门处由于流道变化大，多发生边界层脱离，产生大量旋涡，消耗了机械能。,1、阻力系数法,2、当量长度法,-阻力系数 le -当量长度 实测的和le见 P30 表1-2,3、 常见局部阻力 1突然扩大,3