流体流动阻力.ppt

第四节流体在管内的流动阻力 一 流动阻力损失的构成二 直管阻力三 局部阻力四 管路系统中的总能量损失 一 流动阻力损失的构成 化工管路主要由直管和各种管件与阀门两部分构成 管子 表示方法 A B 其中A指管外径 B指管壁厚度 如 108 4即管外径为108mm 管壁厚为4mm 管件 管与管的连接部件 主要用来改变管道方向 连接支管 改变管径等 阀门 用于开关管路或调节流量等 截止阀 闸阀 闸阀 截止阀 管路系统 管路中的阻力 直管阻力 局部阻力 流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦力 涡流应力而产生的阻力 流体流经管路中的管件 阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力 因此 流体流动时克服流动阻力 内摩擦力 涡流应力 形体阻力 产生的能量损失 或称流动阻力损失 由直管阻力损失hf和局部阻力损失hf 组成 根据柏努利方程 Pa Pf与柏努利方程中两截面的压强差 P是两个截然不同的概念 We 0 Z 0 u2 2 0时 Pf与 P在绝对值上相等 只有在 一 直管阻力 以u流速在水平直管作稳态流动 1 计算圆形直管阻力的通式 垂直作用于截面1 1 上的压力 垂直作用于截面2 2 上的压力 平行作用于流体表面上的摩擦力为 圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式 与比较得 圆形直管阻力所引起能量损失的通式称为范宁公式 对于滞流或湍流都适用 为无因次的系数 称为摩擦因数 化工管路 光滑管 粗糙管 玻璃管 黄铜管 塑料管 钢管 铸铁管 管壁粗糙度 绝对粗糙度 相对粗糙度 壁面凸出部分的平均高度 以 表示 绝对粗糙度与管道直径的比值即 d 2管壁粗糙度 对 的影响 滞流流动时 管壁上凹凸不平的地方都被有规则的流体层所覆盖 而流动速度又比较缓慢 流体质点对管壁凸出部分不会有碰撞作用 所以 在滞流时 摩擦系数与管壁粗糙度无关 只与Re有关 湍流流动时 靠管壁处总是存在一滞流内层 厚度以 L表示 1 L Re 与 无关2 L Re d 壁面凸出部分便伸入湍流区内与流体质点发生碰撞 使涡流加剧 Re愈大 滞留内层愈薄 粗糙度对 的影响愈显著 3滞流时的摩擦系数 哈根 泊谡叶公式 滞流流动时 与Re的关系 平均速度 4湍流时的摩擦系数 质点运动状况复杂 只能通过因次分析法 建立经验关联式 见课本P50 53 由于 的关联式多且复杂 使用不方便 工程计算中 常用下图查 值 对于圆形管道 流体流径的管道截面为 5 非圆形直管内的阻力损失 水力半径rH 流体在流道里的流道截面积A与润湿周边长度 之比 rH A 当量直径de 取4倍的水力半径称为非圆形管的当量直径de de 4rH 4A 润湿周边长度为 对于长宽分别为a与b的矩形管道 对于一外径为d1的内管和一内径为d2的外管构成的环形通道 湍流 非圆形管道可用当量直径de代替圆形管直径d进行流动阻力计算 滞流 计算非圆形管道滞流流动阻力时 除用de替代d 还须对 作修正 注意 不能用de来计算流体通过的截面积 流速和流量 三 局部阻力 1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 由实验测得 J kg Pa 1 突然扩大与突然缩小 取小管的流速u 可根据小管与大管的截面积之比查图 管出口 流体自管子进入容器或从管子排放到管外 相当于突然扩大 A1 A2 0 查表得管出口阻力系数 e 1 0 管入口 流体自容器进入管内 相当于突然缩小 A2 A1 0 管进口阻力系数 c 0 5 2 管出口和管入口 若截面在管出口内侧 截面的压强可取管外空间的压强 但此时流体未离开管路 截面仍具有动能 流速等于管内流速 出口损失不应计入系统的总能量损失内 e 0 若截面处在管子出口外侧 表示流体已离开管路 动能为零 出口损失计入总能量损失内 e 1 0 3 管件与阀门不同管件与阀门的局部阻力系数可从手册中查取 2当量长度法 当量长度 流体流经管件 阀门等时引起的局部阻力损失hf 等同于流过一段与其具有相同直径 长度为le的直管的阻力 le称为该部件的当量长度 故 实际上是为了计算方便 把局部阻力折算成直径相同 长度为le的直管所产生的阻力 管件与阀门的当量长度由试验测定 湍流时 可查共线图 管路系统中总能量损失 直管阻力 局部祖力 四 管路中的总能量损失 当管路由若干直径不同的管段组成时 由于各段的流速不同 此时管路的总能量损失应分段计算 然后再求其总和