第四节--管内流动的阻力损失

第一章流体流动,授课人：张栋强联系方式：zhangdq,兰州理工大学石油化工学院,复习：,1.雷诺实验2.流动型态3.雷诺数及流动型态的判断4.湍流的基本概念5.圆管内层流及湍流流动的速度分布6.边界层及边界层分离（定义，边界层分离的条件）,1）流体具有粘性流动阻力产生的根源（内因）2）管壁或其他形状的固体壁面流动阻力产生的条件(外因),管路阻力,直管阻力：(沿程阻力),局部阻力：,流经直管时由于内摩擦而产生的阻力,流经管件、阀门及截面突然扩大及缩小等部位所引起的阻力。,第四节管内流动的阻力损失,阻力产生的原因：,阻力的几种表示方法：,长距离输送以直管阻力损失为主；短程输送则以局部阻力损失为主。,表示的不是增量，而P中的表示增量；,2、一般情况下，P与Pf在数值上不相等；,注意：,3、只有当流体在一段既无外功加入、直径又相同的水平管内流动时，P与压强降Pf在绝对数值上才相等。,一、沿程阻力的计算通式及其用于层流,水平放置的等径直管,1）垂直作用于截面1-1上的压力：,2）垂直作用于截面2-2上的压力：,3）平行作用于流体表面上的摩擦力：,对流体柱进行轴向的受力分析：,即,因为阻力与u2/2成正比,所以,范宁公式（圆形直管阻力损失计算通式）（对于滞流或湍流都适用）,其中摩擦因数（无因次系数）,(J/kg),(J/m3)或Pa,(J/N)或m,层流时的摩擦系数,哈根-泊谡叶公式,层流时与Re的关系,二、量纲（因次）分析法,基本步骤：,通过初步的实验结果和分析，找出影响过程的各种变量。利用因次分析，将影响因素组合成几个无因次特征数，以期减少变量数目。通过大量实验建立无因次特征数之间的关系，并确定待定系数。,进行因次分析的目的通过因次分析法得到数目较少的无因次变量，减少实验次数，使实验简便易行。依据：因次一致性原则和白金汉(Buckinghan)定理,因次一致原则：物理方程的各项必须具有相同的量纲，也就是说，物理量方程式左边的因次应与右边的因次相同。,白金汉定理：有m个基本变量，n个基本因次，则无因次特征数为（m-n）个。,i=n-m,湍流时影响阻力损失的主要因素有：管径d，管长l，平均速度u，流体密度，粘度，管壁粗糙度,上式有7个变量，3个基本因次（质量M、长度L、时间t）由白金汉定理知道应该有4个无因次特征数,用幂函数表示为：,以基本因次质量（M）、长度(L)、时间(t)表示各物理量：,代入（1）式，得：,以b，f，g表示a，c，e，则有：,代入（1）式，得：,整理，得：,因此：,特征数（4）=变量(7)-基本因次(3),湍流流动，取l/d的指数b=1,对比得：,水力光滑管,（一）摩擦系数图,如何使用摩迪图？,管壁粗糙度对摩擦系数的影响,光滑管：管壁的粗糙峰低于层流底层,（二）湍流时的经验式,1.光滑管,柏拉修斯式0.3165/Re0.25适用范围：Re=5103105。顾毓珍公式0.0056+0.500/Re0.32适用范围：Re=31033106。,2.粗糙管,柯尔布鲁克公式适用范围：Re=4103108，/d=510-210-6。近年出现的新公式0.1（/d+68/Re）0.23适用范围：Re4103，/d510-2,例1-7，P27例1-8，P28,对于长宽分别为a与b的矩形管道：,对于外径为d2、内径为d1的套管的环形通道,四、非圆形管内的沿程损失,不可用当量直径反算流通截面积,五、局部阻力损失,定义：流体流经管件、阀门及流通截面突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力。,管件汇总,弯头,三通,管箍,螺纹接头,异径管,管帽丝堵,手动阀门,电动阀门,气动阀门,复习：,1.阻力产生的原因（内因，外因）2.管道阻力损失分类（沿程阻力损失；局部阻力损失）3.沿程阻力损失计算通式（范宁公式，三种表达形式）4.层流时摩擦因数的计算5.湍流时摩擦因数的计算（莫狄摩擦系数图，经验公式）6.非圆形管内的沿程损失。,五、局部阻力损失,（一）阻力系数法,为阻力系数，相当于,1.管件与阀门,2.突然扩大,u取小管的流速,边界层分离,3.突然缩小,u取小管的流速,管进口相当于突然缩小，A1/A20，管进口=0.5,缩脉边界层分离发生于缩脉之后,（二）当量长度法,le为当量长度。,当量长度：将局部阻力折算成某一长度相同直径直管所产生