流体在管内的流动阻力.ppt

1.5流体在管内的流动阻力,第1章流体流动,1.5.1管流阻力分类及摩擦阻力计算通式,管流阻力的分类不可压缩流体定态流过水平直管,根据动量传递机理管路中的流动阻力=直管阻力（）+局部阻力（）直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生；局部阻力（形体阻力）：由于速度的大小或方向的改变而引起。,粗糙管：钢管和铸铁管等。,绝对粗糙度e：壁面凸出部分的平均高度。,新的铸铁管0.3mm旧的铸铁管0.85mm,相对粗糙度：绝对粗糙度与管径的比值e/d,b-滞流内层厚度,粗糙度对的影响,层流:粗糙度对无影响,如图,湍流：,当be，粗糙度对的影响显著。,摩擦系数,摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度的关系层流区Re2000过渡区2000Re4000,（阻力平方区）,不完全湍流区,完全湍流区,湍流区Re4000,使用时注意经验式的适用范围,摩擦系数图层流区从层流向湍流的过渡期湍流过渡区完全湍流区,非圆形管摩擦损失计算式,流体流经管件、阀门、测量接口、管进出口段的阻力,产生原因：形体阻力；,确定方法：实验，归纳出经验公式。,1.5.2管路上的局部阻力,式中：le当量长度,一、当量长度法,Le及的获得：实验，见有关资料。,式中：-局部阻力系数,二、局部阻力系数法,突然缩小,特例：突然扩大,一、等径管总阻力计算,系统总阻力=系统各直管阻力+局部阻力,1.5.3管路系统中的总能量损失,二、变径管总阻力计算,变径管d、u、不同，需分段计算阻力例：,例题：用泵把20的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比贮罐液面高10m。泵吸入管用894mm的无缝钢管，直管长为15m，管上装有一个底阀(可初略地按旋启式止回阀全开时计算)、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设贮罐液面维持恒定。试求泵的功率，设泵的效率为70%。,式中，z1=0,z2=10m,p1=p2,u10,u20,W=9.8110+hf,解：依题意，绘出流程示意图。选取贮槽液面作为截面1，高位槽液面为截面2，并以截面1作为基准面，如图所示，在两截面间列柏努利方程，则有,进口段：,d=89-24=81mm,l=15m,查图，得=0.029,进口段的局部阻力：底阀：le=6.3m弯头：le=2.73m进口阻力系数：=0.5,出口段：,d=57-23.5=50mm,l=50m,查图，得=0.035,出口段的局部阻力：全开闸阀：le=0.33m全开截止阀：le=17m标准弯头(3)：le=1.63=4.8m出口阻力系数：=1.0,总阻力：,有效功率：,轴功率：,苯的质量流量：,泵提供的有用功为：,1.6管路计算,管路计算,按设计目的,设计型计算操作型计算,简单管路计算复杂管路计算,按布置情况,简单管路：简单管路是指由不同管径的管道与管件串联而成的系统。复杂管路：在此只讨论工程上常见的分支、汇合及并联管路的计算问题，至于更复杂的管路网络及流量分配管系等问题可参阅有关专著，本课不予涉及。,设计性问题,给出8个变量：,确定we=？,剩下4个变量：,工程上首先优选出u，,关于u的优化问题,对一定输送任务Vs有：,操作性问题,给出9个变量：,核算Vs=？,有唯一解。,剩下3个变量：,为求Vs，必须知道u，直接求解困难，需试差或迭代。,试差求解的方法和步骤,用29式（3）,否,是,后两种情况存在着共同的问题，即流速u或管径d为未知，因此不能计算Re，则无法判断流体的流型，故不能确定摩擦系数。在工程计算中常采用试差法或其它方法来求解。,已知管径d、管长l、流量V以及管件和阀门的设置，求管路系统的能量损失，以进一步确定所需外功、设备内的压强或设备间的相对位置。,已知管径d、管长l、管路系统的能量损失hf以及管件和阀门的设置，求流量V或流速u。,已知管长l、流量V、管路系统的能量损失hf以及管件和阀门的设置，求管径d。,1.6.1简单管路计算,例在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用U型管测得该处静压力为186mmH2O(表)，测压孔以后的管路包括80m直管及4个90弯头(Ie/d=35m)。管出口与设备相通，设备内的表压为120mmH2O。输气管为铁管，内径500mm。所输送的空气温度为25，试估计其体积流量。,解：本题已知风机压头求气体流速，在流速未知时无法先计算Re以求、hf，故采用试差法。空气的平均压力=（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及0时空气的密度为1.293kg/m3，故154mmH2O（表压）及25时空气的密度为：,25时空气的粘度：=1.7310-5Pas在测压口处（截面1）与管出口处（截面2）列机械能衡算式：,式中：z1=z2（输气管道中，一般情况下z可忽略）We=0，u2=0p1=186mmH2O=1825Pap2=120mmH2O=1177Pau1为所求,(a),管路：d=0.5ml=80mle=4350.5=70m(90le/d=35),将已知值代入式（a）：,化简得：,设=0.02，代入上式，解出u1=13.4m/s。,查图得：=0.02,复核：,该值与所设的值相差甚微，可认为所求得的u1=13.4m/s已够正确，据此计算体积流量为,并联和分支管路称为复杂管路。,1.6.2复杂管路,证明,一.并联管路,1总管流量等于并联各支管流量之和，对不可压缩流体，则有,2并联的各支管摩擦损失相等，即,长而细的支管通过的流量小，短而粗的支管则流量大,注意：