1.3.流体流动阻力

第三节流体流动阻力 直管阻力 流体流经一定直径的直管时由于摩擦而产生的阻力 局部阻力 流体流经管件 阀门 仪表等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力 3 1流体的粘度 或 式中 F 内摩擦力 N 剪应力 Pa 法向速度梯度 1 s 比例系数 称为流体的粘度 Pa s du dy 粘度的物理本质 分子间的引力和分子的运动与碰撞 粘度的单位 气体 T 超高压 p SI制 Pa s或kg m s 物理制 cP 厘泊 换算关系 1cP 10 3Pa s 3 2流体的流动型态 一 雷诺实验 层流 或滞流 流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动 质点无径向脉动 质点之间互不混合 a 湍流 或紊流 流体质点除了沿管轴方向向前流动外 还有径向脉动 各质点速度在大小和方向上都随时变化 质点互相碰撞和混合 c 判断流型 Re 2000时 流动为层流 此区称为层流区 Re 4000时 出现湍流 此区称为湍流区 2000 Re 4000时 流动可能是层流 也可能是湍流 该区称为不稳定的过渡区 二 流型判据 雷诺准数 雷诺准数 判据的适用条件 管内流动的流体 直管阻力通式 范宁Fanning公式 摩擦系数 摩擦因数 J kg 压头损失 m 流体摩擦阻力损失计算式对层流 湍流均适用 只是摩擦系数计算式不同 3 3直管阻力 3 3 1层流时的阻力计算 哈根 泊谡叶 Hagen Poiseuille 方程 能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 变形 比较得 J kg 莫狄 Moody 摩擦因数图 3 3 2湍流时的阻力计算 层流时 管内全部为层流 与 d无关 湍流时 层流内层厚度 水力光滑管 与Re有关 与 d无关 与Re d都有关 完全湍流粗糙管 与Re无关 与 d有关 管子相对粗糙度 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 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 公式 适用光滑管Re 5 103 105 2 考莱布鲁克 Colebrook 公式 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 边长分别为a b的矩形管 说明 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 3 4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 m 1 突然扩大 2 突然缩小 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 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 总阻力 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 例1 8如图所示 料液由常压高位槽流入精馏塔中 进料处塔中的压力为0 02Mpa 表压 送液管道为 45 2 5mm 长8m的钢管