浙江大学化工原理

1、浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础11.3.4 总能量衡算和机械能衡算方程总能量衡算和机械能衡算方程 二、关于摩擦损失的计算二、关于摩擦损失的计算1、直管摩擦损失计算通式、直管摩擦损失计算通式2、非圆管摩擦损失计算式、非圆管摩擦损失计算式3、局部摩擦损失计算式、局部摩擦损失计算式幻灯片4目录浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础2fswpugzwpugz 2222121122 管件或阀门管件或阀门等径直管等径直管管路输送系统管路输送系统直管摩擦损失 2 2 气气体体 洗洗涤涤塔塔 5m泵泵气气体体 3 3 1m1 1m 1 4 4 0.2m河河水水 废废水水池池局部摩擦损失

2、 二、关于摩擦损失二、关于摩擦损失 wf 的计算的计算机械能衡算方程机械能衡算方程 wf 的计算目前主要靠经验式的计算目前主要靠经验式 wf 分为两类：分为两类：浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础3 2 p21 w p1 w h 2 1 lRlghpw 2 - -dlwwf 4 1、直管摩擦损失计算通式、直管摩擦损失计算通式 ghpzzgppwf 2121由机械能衡算得： sin222glRRlpRw 由受力的平衡得：22ufw 引入阻力系数：浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础4242udlfwf 22udl （1）层层流流时时的的 （2）湍湍流流时时的的 Re64 /

3、Redu 主要依靠实验研究长径比，无因次动能摩擦因数-直管摩擦损失计算通式浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础5 ，uldfwf 因次分析过程：因次分析过程：（1）通过实验找到所有影响因素：管壁绝对粗糙度 d u 通过因次分析法，可得到某一物理过程的无因次数通过因次分析法，可得到某一物理过程的无因次数群的个数及形式。群的个数及形式。 只是一种数学分析方法，它不能代替实验。只是一种数学分析方法，它不能代替实验。因次分析法因次分析法：浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础6表表 1某某些些工工业业管管材材的的绝绝对对粗粗糙糙度度约约值值 管 道 类 别 绝对粗糙度，mm 管 道

4、类 别 绝对粗糙度，mm 无缝黄铜管、钢管、铅管 0.010.05 干净玻璃管 0.00150.01 新的无缝钢管、镀锌铁管 0.10.2 橡皮软管 0.010.03 新的铸铁管 0.3 木管道 0.251.25 具有轻度腐蚀的无缝钢管 0.20.3 陶土排水管 0.456.0 具有显著腐蚀的无缝钢管 0.5 以上 很好整平的水泥管 0.33 金 属 管 旧的铸铁管 0.85 以上 非 金 属 管 石棉水泥管 0.030.8浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础7所所涉涉及及到到的的基基本本因因次次数数变变量量个个数数无无因因次次数数群群的的个个数数 mskgmsPakgmmsumld

5、smkgJwf 113122/437 定理：fedcbafulKdw 考虑到因次，有-（A）（2）根据定理找到无因次数群个数。 ，uldfwf 浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础8 edecfedcbafedcbakgsmmskgmkgmmsmmsm 3113122 0223edecfedcba edecfeba2因次一致性原则： 物理量方程的等号两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。fedcbafulKdw 将a、c、d代入式A得：-（A）浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础9fedcbafulKdw feeebfebulKd 22udldudKbfe 1 b

6、 ddKfe Re,Re2bfefdldKuw Re2欧拉(Euler)准数相对粗糙度雷诺数22udlwf 与直管摩擦损失计算通式 对照可得：浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础10 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8

7、 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re莫莫狄狄（Moody）图图层层流流区区Re64 过渡区思考：由图可见， ，Re，这与阻力损失随 Re 增大而增大是否矛盾？湍湍流流区区 d Re,阻力平方区 d 水水力力光光滑滑管管 Re 22udlwf 浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025

8、d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re d u u 层流底层 Re d Re, d 随随着着 Re 数数的的增增大大， /d 对对 的的影影响响越越来来越越重重要要，相相反反，Re 数数对对 的的影影响响却却越越来来越越弱弱。Why？浙江大学本科生课程化工原理第一章 流

9、体力学基础12如何使用摩迪图？ 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re浙江大学本

10、科生课程化工原理第一章 流体力学基础13柏拉修斯（Blasius）式： 25. 0Re3164. 0 （3000Re105）普兰特式： 8 . 0Relog0 . 21 (Re3.4106）尼古拉则式： 237. 0Re221. 00032. 0 （Re105）顾毓珍等公式： 32. 0Re500. 00056. 0 （3000Re3106） d u 光滑管：层流底层比厚使用时注意经验式的适用范围几个光滑管内湍流经验公式：几个光滑管内湍流经验公式：浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础14 科尔布鲁克（Colebrook）式： Re35. 9log214. 11d适用范围：Re=410

11、3108，/d=510-210-6，从水力学光滑管至完全粗糙管的各种情形。23. 0Re681 . 0 d 阻力平方区d log214. 11 阻力平方区23. 01 . 0 d 几个粗糙管内湍流经验公式：几个粗糙管内湍流经验公式：浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础15 仍仍可可按按圆圆管管的的公公式式计计算算或或用用莫莫狄狄图图查查取取，但但需需引引入入当当量量直直径径。 用用其其本本身身特特定定公公式式计计算算22udlwef dRRRde 2242 水力半径水力半径润湿周边润湿周边流通截面积流通截面积 44ed dDdDdDde 4422当量直径Dd? ed2、非圆形管摩擦损

12、失计算式、非圆形管摩擦损失计算式 浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础16 R d A1 A2u （1）局局部部摩摩擦擦损损失失的的两两种种近近似似算算法法当量长度法：局部阻力系数法le-当量长度，可查有关图表22,udlwef 局局22,uwf 局局-局部阻力系数，可查有关图表边边界界层层分分离离3、局部摩擦损失计算式、局部摩擦损失计算式 由于流体的流速或流动方向突然发生变化而产生涡流，从而导致形体阻力。浙江大学本科生课程化工原理第一章 流体力学基础17突突然然扩扩大大和和突突然然缩缩小小 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2 a. 突然扩大 b. 突然缩小突然扩大时：突然扩大时： 管出口o=122小小uwf 突然缩小时：突然缩小时：突然缩小的机械能损失主要还在于突然扩大管入口i=0.5 u浙江大学本科生课程化工