化工原理课件流体力学与应用流体流动阻力教学课件PPT.ppt

1 5流体流动阻力 ydj scut 201109 theresistanceoffluidflowinthepipe straightresistance duetofrictionpartresistance duetothechangeofvelocity 1 measurebyexperiment2 useoffrictionfactorforfrictionlossinflow ydj scut 201109 pressuredropandlossduetofriction pfisthepressurelossduetoskinfriction 表面摩擦 eq isappliedtosteadyflowinastraight horizontaltube 1 measurebyexperiment ydj scut 201109 inastraight inclinationtube ydj scut 201109 1 5流体流动阻力 1 5 1直管阻力 1 5 2局部阻力 1 5 3流体在管路中的总阻力 ydj scut 201109 1 5流体流动阻力 直管阻力 流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力 局部阻力 流体流经管件 阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力 ydj scut 201109 l z1 z2 u1 u2 p1 p2 p pressuredrop hfs skinfriction 1 2 1 5 1直管阻力 一 阻力的表现形式 ydj scut 201109 若管道为倾斜管 则 流体的流动阻力表现为静压能的减少 水平安装时 流动阻力恰好等于两截面的静压能之差 ydj scut 201109 流体在水平等径直管中作稳态流动 二 计算直管阻力的通式 ydj scut 201109 由于压力差而产生的推动力 流体的摩擦力 令 稳态流动时 ydj scut 201109 直管阻力通式 范宁fanning公式 其他形式 摩擦系数 摩擦因数 则 j kg 该公式层流与湍流均适用 注意与的区别 ydj scut 201109 三 层流时的摩擦系数 速度分布方程 又 哈根 泊谡叶 hagen poiseuille 方程 ydj scut 201109 能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 变形 比较得 ydj scut 201109 四 湍流时的摩擦系数 1 因次分析法 目的 1 减少实验工作量 2 结果具有普遍性 便于推广 基础 因次一致性即每一个物理方程式的两边不仅数值相等 而且每一项都应具有相同的因次 ydj scut 201109 completelyturbulentflowzone laminarflowzone thefrictionfactorandrechart moody basedonl f moody trans a s m e 66 671 1944 mech eng 69 1005 1947 ydj scut 201109 莫狄 moody 摩擦因数图 ydj scut 201109 1 层流区 re 2000 与无关 与re为直线关系 即 即与u的一次方成正比 2 过渡区 2000 re 4000 将湍流时的曲线延伸查取 值 3 湍流区 re 4000以及虚线以下的区域 ydj scut 201109 4 完全湍流区 虚线以上的区域 与re无关 只与有关 该区又称为阻力平方区 一定时 经验公式 1 柏拉修斯 blasius 式 适用光滑管re 5 103 5 105 2 考莱布鲁克 colebrook 式 适用粗糙管re 4 103 4 108 ydj scut 201109 2 管壁粗糙度对摩擦系数的影响 光滑管 玻璃管 铜管 铅管及塑料管等 粗糙管 钢管 铸铁管等 绝对粗糙度 管道壁面凸出部分的平均高度 相对粗糙度 绝对粗糙度与管内径的比值 层流流动时 流速较慢 与管壁无碰撞 阻力与无关 只与re有关 ydj scut 201109 湍流流动时 水力光滑管 只与re有关 与无关 完全湍流粗糙管 只与有关 与re无关 ydj scut 201109 例 分别计算下列情况下 流体流过 76 3mm 长10m的水平钢管的能量损失 压头损失及压力损失 管子粗糙度为0 2mm 1 密度为910kg m3 粘度为72cp的油品 流速为1 1m s 2 20 的水 流速为2 2m s ydj scut 201109 例 滞流 层流 时 将管径减小一半 而体积流量维持不变 这时摩擦系数和阻力损失如何变化 解 则阻力系数 故阻力系数是原来的1 2倍 由题意知 d 1 2dvs vs 根据连续性方程 ydj scut 201109 根据范宁公式 故阻力损失是原来的16倍 如果是阻力平方区 结果如何 ydj scut 201109 五 非圆形管内的流动阻力 当量直径 套管环隙 内管的外径为d1 外管的内径为d2 d2 d1 b ydj scut 201109 边长分别为a b的矩形管 ydj scut 201109 1 re与hf中的直径用de计算 2 层流时 正方形c 57套管环隙c 96 3 流速用实际流通面积计算 说明 ydj scut 201109 1 5 2局部阻力 一 阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数 或 局部阻力系数 j kg j n m ydj scut 201109 frictionfromchangesinvelocityordirection thevelocityofthefluidischangedindirectionormagnitude additionalfrictionlossesoccur ydj scut 201109 1 突然扩大 ydj scut 201109 2 突然缩小 ydj scut 201109 3 管进口及出口进口 流体自容器进入管内 进口 0 5进口阻力系数出口 流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间 出口 1出口阻力系数4 管件与阀门 ydj scut 201109 ydj scut 201109 ydj scut 201109 蝶阀 ydj scut 201109 ydj scut 201109 ydj scut 201109 二 当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力 折合成直径相同 长度为le的直管所产生的阻力 le 管件或阀门的当量长度 m ydj scut 201109 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流体在管路中的总阻力 ydj scut 201109 变径管总阻力计算 变径管d u 不同 需分段计算阻力 ydj scut 201109 减少流动阻力的途径 管路尽可能短 尽量走直线 少拐弯 尽量不安装不必要的管件和阀门等 管径适当大些 ydj scut 201109 例 如附图所示 料液由敞口高位槽流入精馏塔中 塔内进料处的压力为30kpa 表压 输送管路为 45 2 5mm的无缝钢管 直管长为10m 管的绝对粗糙度为0 2mm 管路中装有180 回弯头一个 90 标准弯头一个 标准截止阀 全开 一个 若维持进料量为5m3 h 问高位槽中的液面至少高出进料口多少米 操作条件下料液的物性 ydj