螺旋型蛇形管降压的计算课程设计

1、螺旋型蛇形管降压的计算目录1. 螺旋型蛇形管静压降计算11.1静压降总方程11.2 原始输入数据11.3 计算方法21.4 关于蛇形管内流体性质的变化对于压降的影响可略去的依据32. 螺旋型蛇形管的摩擦系数42.1 在标准工况下摩擦系数52.2 考虑横截面上流体性质变化的修正系数62.3 考虑到表面粗糙度影响的修正系数62.4 螺距的影响73. 影响螺旋型蛇形管内压降的其他因素83.1 振动83.2 非圆截面83.3 腐蚀和污垢83.4 蛇形管的长度84. 误差9附录一 符号和定义101. 螺旋型蛇形管静压降计算1.1静压降总方程（1）第一项总是正的，它涉及到不能恢复的静压分量，且依赖于可从本

2、文数据获得的摩擦系数的数值。第二项涉及到静压降的动量分量，它可能是正的，也可能是负的。第三项有关静压降的重力加速度分量。这一项也可能是正的或负的。可以把蛇形管分成一系列的蛇形管分段（当蛇形管的流体的物理性质变化比较大的时候），则通过蛇形管的总压降，为根据方程（1）分别对各个分段进行计算的总和值。螺旋形蛇形管的摩擦系数，以标准值得形式表示。这个值适合于以下条件：(a) 流体和蛇形管壁之间没有温差。(b) 蛇形管是光滑管。 把修正系数和用 联系起来得： （2）式中 考虑流体性质在横截面上变化的影响（当时，=1）。 考虑表面粗糙度的影响（当或时，）。计算、 和 的方法在第2节中给出。1.2 原始输入

3、数据利用1.1节中的方程(1)进行计算，首先需要确定以下参数：(i) 质量速度g；(ii) 蛇形管的螺距与螺径之比；(iii) 蛇形管的螺径与管径之比或者，如果，用，如果，用；(iv) 蛇形管的长度(见1.3节)(v) 螺旋管的垂直高度 ；(vi) 管壁粗糙度与管径的比值表 给出了典型的值。关于更详细的资料可以查询参考文献1.通过蛇形管的下列参数可能发生较大的变化(由于通过蛇形管的流体性质变化较大)，并且要求首先求出蛇形管入口处的值。(vii) ；(viii) ；(ix) 对于液体，。1.3 计算方法当通过蛇形管的流体性质变化是主要的(见1.4节)时。要把蛇形管分成足够小的微段，以满足在每一小

4、段内流体性质沿轴向的变化可以忽略不计。对于蛇形管每一微段的计算方法都一样，并且把每段静压降的数值叠加起来。得出整根蛇形管的总静压降。这个方法的特点是，不满足1.4节总则的总压降的计算与满足该准则的总压降的计算值只有一定程度的差别。所以这种情况的可能条件有二：第一，由于1.4节的准则是为满足最不利条件而推导的，所以对于特殊的雷诺数以及直径比，甚至流体的性质发生很大的变化，但可能仅会引起压降值很小的改变(在高雷诺数范围内，这是特别正确的，参考例题)。第二，当一小段内的压降，仅仅是通过蛇形管总压降的一小部分时，这一段若再进一部分，就会导致总压降的变化可忽略不计，虽然在这一段中压降的百分比变化可能显著

5、。若蛇形管存在热交换时，则常常要把蛇形管的流体温度的变化作为原始数据对待。通常需要应用别的原始资料进行单独的传热计算，以预计这些温度。然而，由于压降和传热计算是相互依赖的，可能需要采取迭代程序，以确保每一个步骤是协调的。由于压降通常对流体性质的而变化比传热更为敏感，所以建议在这样的迭代过程中，传热计算应该放在首先进行。本文中压降的计算与均值法相反，对于一根蛇形管或者一段蛇形管，其计算是基于入口条件为已知。前者运用数字计算机更为方便，或者像通常的情况那样，假设仅知道一根蛇形管的入口条件。用前一方法也是比较方便的，本文所述的计算方法，当应用平均情况时，必须做相应的修正。1.4 关于蛇形管内流体性质

6、的变化对于压降的影响可略去的依据蛇形管内流体性质沿轴向的变化，是通过参数、以及影响压降的。对给定的蛇形管长度，若满足以下判据，则因流体性质沿轴向变化而引起的的变化，不超过进口值得。(i) 关于的改变在低雷诺数时（3）在高雷诺数时（4）(ii) 当变化时 （5）(iii) 当 变化时对于液体 （6）2. 螺旋型蛇形管的摩擦系数关于数据，已确定了四个雷诺数的范围：a) ,在该范围内，弯曲的影响可忽略不计，此处， （7）b) 低雷诺数范围 ，此处：（8）c) 中雷诺数范围(见2.1节)，此处： （9）d) 高雷诺数范围 图1给出了在条件下上述范围的限度随的变化情况。当螺距的影响不能忽略时，即条件下，

7、如果以代替作为自变量，图1还是可以应用的。2.1 在标准工况下摩擦系数 下列经验公式能很好地联系诸数据：对于 （10）对于 （11）对于 （12）由方程(10)、(11)、(12)计算的摩擦系数，表示在图2a和图2b中。对于，可参考2.4节。对于中间雷诺数范围即，由方程(11)和(12)得出的值中存在着一个过渡值。与直管内的流动现象不同，在螺旋型蛇形管内，该过渡值从低雷诺数(层流)到高雷诺数(紊流)是不甚明显的；当减小，这种变化越不明显，而在低值(尤其在10上下)的情况下，这种变化则更微小。然而，与直管流动一样，精确的转折点是很难预测的，且该点受蛇形管入口工况的影响显著。用于该雷诺数范围的值是

8、不定的，而且在适当的雷诺数下，不大可能超出由方程(11)和(12)所得到数值的范围。2.2 考虑横截面上流体性质变化的修正系数对于液体，在任意雷诺数下：（13）方程(13)以图解的形式表示在图3a中。2.3 考虑到表面粗糙度影响的修正系数对于雷诺数低于，可以认为表面粗糙度没有影响，则。对于高雷诺数()，的数值与和的函数关系，在图4中给出。对于普通的表面，表给出了典型的粗糙度的数值。关于进一步的详细资料，见参考文献1。用于高雷诺数范围内的修正系数，是基于这样的一个假设，表面粗糙度对蛇形管内压降的影响与其在直管内对压降的影响相同。这似乎会导致使压降估计过高（也可以见第8节和7.3节）。关于中雷诺数

9、（）范围内的液体，如果应用方程(11)求，则就取为1。或者，如果应用方程(12)求，就从图4中求得。 2.4 螺距的影响当时，螺距对的影响可以忽略不计的。当时，螺距对的影响，可以用代替方程(10)、（11）、（12）中的求得。3. 影响螺旋型蛇形管内压降的其他因素3.1 振动本文内的数据，适用于可略去蛇形管振动的情况，如果存在机械振动，则摩擦系数的数值会明显的增加。有些数据是可以利用的，但是大部分适用于低雷诺数范围内，即；例如：当(流体为水)、(米)以及振动频率为125hz、振幅为米时，摩擦系数就增强一倍。另外，有些数据表明与振动可忽略时比较，由于振动，向主要是紊流范围()的转变，发生在低雷诺

10、数的条件下。3.2 非圆截面3.3 腐蚀和污垢3.4 蛇形管的长度本文给出的摩擦系数的关系曲线，可直接应用于足够长的蛇形管，以保证在很大范围内有完全展开的曲线流动，其对压降会产生很大影响和支配者大部分压降。因此，通过蛇形管的进口和出口状态，对压降的影响可以忽略不计。切第5节中摩擦系数的关系与蛇形管长度和圈数无关。为了保证蛇形管内存在大范围的完全展开的曲线流动，蛇形管的长度必须比较长，或者等于某一最小值。在高雷诺数范围内，即时，数据表明：当时，蛇形管的最小长度，在圈数时，。在低雷诺数范围内，即时，对于最短的蛇形管，没有可应用的数据，然而可以给出一些指导。业已发现，在低雷诺数()下，相对于摩擦系数

11、的关系，所适用的蛇形管的最小长度为。值得注意的是，当蛇形管长度时，在雷诺数的情况下蛇形管内压降不准确是可能的。4. 误差制造厂标注的管子的尺寸通常是名义值。它与本文所依据的实际内部尺寸可能会有明显的差别。另外，当蛇形管在按需要的几何形状由直管弯曲成时，蛇形管的横截面积通常要发生形变，其结果是使压降增加。如果发生上述两种情况之一，则按本文计算的压降会存在误差。在忽略热传导和光滑管情况下，对于螺旋型蛇形管，本文提供的摩擦系数的值，除了在中间雷诺数范围以外(见5.1节)，可期望达到实验值的以内。对螺旋型蛇形管，修正系数(流体性质变化的影响)和(表面粗糙度的影响)，是影响不精确的两个主要因素。据计算，

12、的不准确性对数值所产生的误差可达。由于数值的不准确，使数值产生的误差，对于液体约，而对于气体产生的误差达到是可能的。附录一 符号和定义3符号导管内截面面积 蛇形管的径向间距 螺旋管的直径2 螺旋型蛇形管的平均弯曲直径 螺旋型蛇形管的旋转直径 圆截面管的内径 圆截面管的外径 圆截面螺旋型蛇形管内的流动摩擦系数在标准条件下圆截面螺旋型蛇形管内的流动摩擦系数直管内完全展开流的范宁摩擦系数，见参考文献1单位横截面上的质量流量率 重力加速度 蛇形管进口与出口之间的垂直高度 蛇形管轴向螺距 静压损失系数， 沿导管中心线计量的导管长度 沿导管中心线计量的纵坐标 质量流量率 蛇形管的圈数， 静压 静压降 螺旋管的螺旋半径 螺旋型蛇形管的平均弯曲半径 雷诺数，由方程(7)给出的雷诺数上限，该值适用于方程(10)式由方程(8)给出的雷诺数上限，它适用于方程(11)式由方程(9)给出的雷诺数上限，它适用于方程(12)式柱面坐标 ，度， 静温 平均流速，或 螺旋型蛇形管的升角 度导管表面粗糙度的平均值 流体的动力粘度 流体密度 因横截面上流体性质变化对摩擦系数影响的修正系数因表面粗糙度对摩擦系数影响的修正系数下标表示在断面处的计算值，即 蛇形管进口处的工况或参量最小值最大值逐次计算的参量，即蛇形管出口工况或参量导管壁的情况。定义蛇形管的任何