流体在管内的流动阻力.ppt

流体在圆管内流动时的阻力 本章的难点 包括阻力计算的通式及层流和湍流的摩擦阻力系数的计算 一 概述 1 阻力产生的原因 1 流体具有粘性 产生粘性阻力 2 形体阻力 流体流经不规则障碍物 边界层分离 因涡流产生能量损失 2 阻力分类 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 总阻力 直管阻力 局部阻力 一 概述 3 阻力的表示法 1 单位质量流体产生的阻力损失 J kg 2 单位重量流体产生的阻力损失 J N m 3 单位体积流体产生的阻力损失 J m3 Pa 注意 压力损失是流体流动能量损失的一种表示形式 与两截面间的压力差意义不同 只有当管路为水平 管径不变且无外功加入时 二者才相等 二 阻力的计算 1 圆形直管内阻力计算公式 如图所示 对1 1 和2 2 截面间流体进行受力分析 推动力 方向与流动方向相同 阻力 方向与流动方向相反 定态流动 受力平衡 二 阻力的计算 令 所以 上式为流体在直管内流动阻力的通式 称为范宁公式 式中 为无因次系数 称为摩擦系数或摩擦因数 与流体流动的Re及管壁状况有关 三种形式 二 阻力的计算 2 管壁粗糙度对 的影响 1 粗糙度 绝对粗糙度 壁面凸出部分的平均高度 2 相对粗糙度 3 粗糙度对的影响 无影响 有影响 层流时 无影响 湍流时 二 阻力的计算 3 层流时的摩擦系数 将R d 2代入可得 哈根 泊谡叶公式 与范宁公式比较可得 层流时摩擦系数 是雷诺数Re的函数 二 阻力的计算 4 湍流时的摩擦系数 湍流时 既与Re有关 又与有关 一般通过因次分析法进行分析 得到一些经验公式 这里只介绍比较常用的柏拉修斯式 适用范围 光滑管 Re在 二 阻力的计算 5 摩擦系数图 莫狄 Moody 图 层流区Re 2000与u的一次方成正比 湍流区Re 4000虚线以下与Re和都有关一定时 Re越大 越小 完全湍流区 虚线以上部分只与有关 与Re无关与u的平方成正比 过渡区2000 Re 4000可按层流区也可按湍流区查 二 阻力的计算 6 非圆形直管阻力损失的计算 一般以当量直径代替直径进行计算 当量直径de 与非圆形直管等长且阻力损失相等的圆管的直径 非圆形管内流动形态如何确定 a b d2 d1 二 阻力的计算 1 当量长度法 以当量长度代替范宁公式中直管的长度进行计算 当量长度 管件 阀门产生的阻力相当于同直径且阻力损失相同的圆管的长度 以表示 当量长度共线图 7 局部阻力 局部阻力损失计算 100mm的闸阀1 2关 le 22m 100mm的标准三通 le 2 2m 100mm的闸阀全开 le 0 75m 说明 变径时 以细管内流速计算局部阻力 突然扩大或突然缩小的阻力系数 从管路进入容器 二 阻力的计算 因为阻力损失与成正比 所以可以将局部阻力损失表示为 从容器进入管路 管件 阀门的局部阻力系数 查手册 7 局部阻力 2 局部阻力系数法 局部阻力系数 二 阻力的计算 8 管路系统中的总能量损失 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 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 解 1 油品 所以能量损失 压头损失 压力损失 2 20 水的物性 取钢管的绝对粗糙度 为0 2mm 则 查得 所以能量损失 压头损失 压力损失 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 问高位槽中的液面需高出进料口多少米 操作条件下料液的物性 h 解 如图取高位槽中液面为1 1 面 管出口内侧为2 2 截面 且以过2 2 截面中心线的水平面为基准面 在1 1 与2 2 截面间列柏努利方程 其中 Z1 h u1 0 p1 0 表压 Z2 0 p2 20kPa 表压 管路总阻力 取管壁绝对粗糙度 则