管内流体流动的摩擦阻力损失

1、1第一章 流体流动第一节第一节 流体静力学流体静力学第二节第二节 管内流体流动基本方程式管内流体流动基本方程式第三节第三节 管内流体流动现象管内流体流动现象第四节第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失第五节第五节 管路计算管路计算2第一章 流体流动 flowing drag force for straight pipe local resistance Total flowing dragfhh 直直管管阻阻力力局局部部阻阻力力（总总阻阻力力） ffhhh3管路系统管路系统 当流体流经管、管件及阀门时，为了克服流动当流体流经管、管件及阀门时，为了克服流动阻力需要消耗能量

2、。阻力需要消耗能量。管：煤气管、污水管、抗腐蚀用管等，材质：钢管：煤气管、污水管、抗腐蚀用管等，材质：钢铁塑料及有色金属等。铁塑料及有色金属等。管件：管与管的连接部件，用来改变方向、连接管件：管与管的连接部件，用来改变方向、连接支管、改变管径等。支管、改变管径等。阀门：用于调节流量。阀门：用于调节流量。 截止阀、闸阀、止逆阀。截止阀、闸阀、止逆阀。第一章 流体流动 4第一章 流体流动 22121222fppuugzgz 一、直管中流体摩擦阻力损失的测定一、直管中流体摩擦阻力损失的测定 Mensuration of flowing drag force for straight pipe hf

3、up1p21122FFd d 直圆管内阻力公式的推导12fppph5第一章 流体流动 一、直管中流体摩擦阻力损失的测定一、直管中流体摩擦阻力损失的测定 Mensuration of flowing drag force for straight pipe hf l流动阻力：流动阻力： 流体微团之间有相对运动时，相互之间产生切应流体微团之间有相对运动时，相互之间产生切应力，对流体运动形成阻力。力，对流体运动形成阻力。 能量损失：能量损失： 单位重量流体的能量损失以单位重量流体的能量损失以hf表示。表示。A:A:流体流经等直径的直管，动能没有改变。流体流经等直径的直管，动能没有改变。121212(

4、)()fpphzz6第一章 流体流动 一、直管中流体摩擦阻力损失的测定一、直管中流体摩擦阻力损失的测定 Mensuration of flowing drag force for straight pipe hf l能量损失：能量损失：B:B:水平直径管道水平直径管道Z1=Z2=0Z1=Z2=0，则：，则：对同一根直管，不管垂直或水平安装，所得能量对同一根直管，不管垂直或水平安装，所得能量损失相同。损失相同。 只有水平安装时，能量损失才等于两截面上的静只有水平安装时，能量损失才等于两截面上的静压能之差。压能之差。 12fPPPh7第一章 流体流动 流体阻力的表示方法流体阻力的表示方法: :对应

5、机械能衡算的三种形式，流体阻力损失亦有三种表达形式：对应机械能衡算的三种形式，流体阻力损失亦有三种表达形式：fphffhpHggffhpkJ/kgm= kJ/N3PakJ/m8第一章 流体流动 二、层流摩擦阻力损失计算二、层流摩擦阻力损失计算 calculation equation of friction loss for laminar flow232 ulpd 232fpulhd 2642fluhdud 6464Redu 22fluhd Fraction factor or factor coefficient（摩擦因数或摩擦系数）（摩擦因数或摩擦系数）9第一章 流体流动 三、湍流的摩擦

6、阻力损失三、湍流的摩擦阻力损失 calculation equation of friction loss for turbulent flow ( (一一) )粗糙度的影响粗糙度的影响 effect of roughness Absolute roughness（绝对粗糙度）（绝对粗糙度） Relative roughness （相对粗糙度）（相对粗糙度） effect of roughness10第一章 流体流动 11第一章 流体流动 三、湍流的摩擦阻力损失三、湍流的摩擦阻力损失( (二二) )量纲分析法量纲分析法 dimensional analysisdimensional analy

7、sis目的目的: (1) : (1) 减少实验工作量减少实验工作量; ; (2) (2) 结果具有普遍性结果具有普遍性, ,便于推广便于推广基础基础: : 量纲一致性量纲一致性 即每一个物理方程式的两边不仅数值相等即每一个物理方程式的两边不仅数值相等, ,而且而且量纲也必须相等量纲也必须相等12第一章 流体流动 基本定理基本定理：定理 设影响某一物理现象的独立变量数为设影响某一物理现象的独立变量数为n n个，这个，这些变量的基本量纲数为些变量的基本量纲数为m m个，则该物理现象可用个，则该物理现象可用N=N=（n-mn-m）个独立的量纲为）个独立的量纲为1 1的量的数群表示。的量的数群表示。

8、湍流时压力损失的影响因素：湍流时压力损失的影响因素：（1 1）流体性质：）流体性质：，（2 2）流动的尺寸：）流动的尺寸：d d，l l，（管壁粗糙度）（管壁粗糙度）（3 3）流动的条件：）流动的条件：u u 三、湍流的摩擦阻力损失三、湍流的摩擦阻力损失13第一章 流体流动 三、湍流的摩擦阻力损失三、湍流的摩擦阻力损失( (三三) ) 湍流时的摩擦系数湍流时的摩擦系数 friction fraction for turbulent flow 摩擦系数与Re、/d关系图 0.10.010.030.020.070.060.050.040.090.080.0080.00910210410710610

9、51030.010.050.020.0150.030.040.0080.00450.0020.00080.0060.00060.0010.00040.00020.00010.000050.00001Ree/l根据实验，得到莫狄（Moody）摩擦系数图14摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度的关系摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度的关系 层流区层流区 Re2000Re2000 过渡区过渡区 20002000Re4000Re4000)(eR)(d),(dRe),(dRe222uudlhf（阻力平方区） 不完全湍流区完全湍流区 湍流区湍流区 ReRe40004000 第一章 流体流动 15第一章 流体流动 的计算

10、式的计算式25.0Re3164.0Smooth pipe : Blasius EquationRough pipe: Haaland Equation1111691837.d. lg.Re16第一章 流体流动 润湿周边长度流通截面积4ed 四、非圆形管的当量直径四、非圆形管的当量直径 Equivalent diameter of non-circular cross-section)(4水力半径Hr17第一章 流体流动 a b对于长为对于长为a，宽为，宽为b的矩形管道的矩形管道 d2 d1对于外管内径为对于外管内径为d1，内管外径为，内管外径为d2的的套管环隙：套管环隙：)(24ebaabd

11、21212221e)(4/ )(4ddddddd 四、非圆形管的当量直径四、非圆形管的当量直径18第一章 流体流动 五、局部摩擦阻力损失五、局部摩擦阻力损失 Calculation of local resistance式中 ： le 当量长度 的获得获得见下页22udlRe22uR 式中 ： -局部阻力系数 1 1）当量长度法）当量长度法2 2）局部阻力系数法）局部阻力系数法19第一章 流体流动 五、局部摩擦阻力损失五、局部摩擦阻力损失 Calculation of local resistance 212sudden enlargement 1AA 突突然然扩扩大大 221sudden c

12、ontraction 0.5 1AA 突突然然缩缩小小20第一章 流体流动 22fpl uhd22ffhl uHgd g22ffluphd kJ/kgm= kJ/N3PakJ/m 五、局部摩擦阻力损失五、局部摩擦阻力损失 Calculation of local resistance沿程阻力表示：沿程阻力表示：21第一章 流体流动 22第一章 流体流动 23第一章 流体流动 六、管内流体流动的总摩擦阻力损失计算六、管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 calculation formula of total drag force22eflluhd 22fluhd22eflluhd24第一章 流体流

13、动 七、烟囱计算七、烟囱计算烟囱工作原理烟囱工作原理 由于烟囱内的热烟气由于烟囱内的热烟气受到大气浮力的作用，受到大气浮力的作用，使之由上而下自然使之由上而下自然流动，在烟囱底部流动，在烟囱底部形成负压，从而可形成负压，从而可使窑炉内的热烟气使窑炉内的热烟气源源不断的流入烟囱底部。源源不断的流入烟囱底部。25第一章 流体流动 火焰空间火焰空间(1-1)(1-1)与烟囱底部与烟囱底部(2-2)(2-2)的二流体伯努利方程的二流体伯努利方程 (1)(1) 式中式中为为1-11-1，2-22-2两断面间热烟气密度两断面间热烟气密度kg/m3kg/m3， 为两为两断面间所有沿程损失和局部损失之和断面间

14、所有沿程损失和局部损失之和papa 有有p1=0p1=0则：则： (2)(2) 表示单位体积烟气在窑炉系统中的总能量损失，包表示单位体积烟气在窑炉系统中的总能量损失，包括沿程损失、局部损失、气体动压头及几何压头增量。括沿程损失、局部损失、气体动压头及几何压头增量。22121121 2022alvvpgHpp七、烟囱计算七、烟囱计算1 2lp2221211 22allvvpHgpplp26第一章 流体流动 烟囱底部烟囱底部(2-2)(2-2)与烟囱顶部与烟囱顶部(3-3)(3-3)的二流体伯努利方程的二流体伯努利方程 (3)(3) 式中式中 为烟囱内热烟气密度为烟囱内热烟气密度kg/m3kg/m3， 为烟气在烟囱中为烟气在烟囱中的沿程损失的沿程损失papa， 有有p3=0p3=0，则：，则： (4)(4) 对砖烟囱和混凝土烟囱为对砖烟囱和混凝土烟囱为0.050.05，钢板烟囱为，钢板烟囱为0.020.02。fp七、烟囱计算七、烟囱计算223222mamfvvpHgp22232322mmamfvvpHgppm22mavfavHvpd27第一章 流体流动 将将(2)(2)代入代入(4)(4)式得到：式得到： 上式说明烟囱中热烟气的几何压头是推动力，上式说明烟囱中热烟气的几何压头是推动力，用于克