化工原理(少学时)课件和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案14-2流体流动阻力

1、1.41.4.2 .2 流体流动阻力流体流动阻力直管阻力：直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而 产生的阻力；局部阻力：局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速 大小及方向的改变而引起的阻力。 流体在水平等径直管中作定态流动。fhpugzpugz222212112121一、直管阻力的表现形式一、直管阻力的表现形式 21uu 21zz 21pphf若管道为倾斜管，则 )()(2211gzpgzphf 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 二、直管阻力的通式二、直管阻力的通式 由于压力差而产生的推动力：4221dpp流体的摩擦力：dlAFdldpp4)(221dlhf42

2、822udluhf令 28u定态流动时直管阻力通式（范宁Fanning公式） 其它形式：摩擦系数（摩擦因数） 则 22udlhfJ/kg压头损失gudlHf22m流体摩擦阻力损失计算式对层流、湍流均适用，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。只是摩擦系数计算式不同。三、层流时的摩擦系数三、层流时的摩擦系数 max21uu 221max4)(Rlppu速度分布方程2dR 22132)(dlupp232dlup又哈根哈根- -泊谡叶泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程方程 232dluphf能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 。2Re642643222

3、2udludluddluhfRe64变形：比较得四、湍流时的摩擦系数四、湍流时的摩擦系数1. 1. 因次分析法因次分析法 目的目的：（1）减少实验工作量； （2）结果具有普遍性，便于推广。基础基础：因次一致性 即每一个物理方程式的两边不仅数值相等， 而且每一项都应具有相同的因次。基本定理基本定理：白金汉（Buckinghan）定理定理 设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N（nm）个独立的无因次数群表示。 湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：，（2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流动条件：u,ldufpf物理变量 n 7基本因次

4、 m3（M/T/L)无因次数群 Nnm4 ddludup,2无因次化处理式中：2upEu欧拉（Euler）准数即该过程可用4个无因次数群表示。d相对粗糙度dl管道的几何尺寸udRe雷诺数根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即 ddlupRe,22Re,uddlphf或)(Re,d莫狄（Moody）摩擦因数图：（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。dRe64uhffh（2）过渡区（2000Re4000) 将湍流时的曲线延伸查取值 。（3）湍流区（Re4000以及虚线以下的区域） )(Re,df（4）完全湍流区 （虚线以上的区域） 与Re无关

5、，只与 有关 。d该区又称为阻力平方区。2uhfd一定时，经验公式 ：（1）柏拉修斯（Blasius）式：25. 0Re3164. 0适用光滑管Re5103105（2）考莱布鲁克（Colebrook）式Re7 .182log274. 11d2.2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响管壁粗糙度对摩擦系数的影响 光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。绝对粗糙度绝对粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度相对粗糙度 ： 绝对粗糙度与管内径的比值。d 层流流动时： 流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与 无关，只与Re有关。d 湍流流动时：光滑管流动只与Re有关，与 无关。d 完全湍流

6、粗糙管只与 有关，与Re无关。dd 例例1-1-11 11 分别计算下列情况下，流体流过763mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失, 已知（1）密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s；（2）20的水，流速为2.2 m/s,。m001. 0五、五、 非圆形管内的流动阻力非圆形管内的流动阻力 当量直径：当量直径： Ade44润湿周边流通截面积 套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2 :1212212244ddddddde 边长分别为a、b的矩形管 :baabbaabde2)(24说明：（1）Re与hf中的直径用de计算；（2）层流时：ReC正方形 C57套管

7、环隙 C96 （3）流速用实际流通面积计算 。2785. 0evdqu 1.4.1.4.6 6 局部阻力局部阻力 一、阻力系数法一、阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。 22uhf或 guHf22局部阻力系数局部阻力系数 J/kgJ/N=m小管中的大速度121221u210)1 (uhAAf1. 突然扩大小管中的大速度22220225 . 00) 1(uuhAAf2.突然缩小3. 管进口及出口进口：流体自容器进入管内。 进口进口 = 0.5 = 0.5 进口阻力系数进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 出口出口 = 1 = 1 出口阻力系数出口阻力系数4 . 管件与阀门蝶阀蝶阀gudlHudlhefef2222或二、当量长度法二、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：2)(222udludllhef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。例例1-1-12 12 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0.2at（表压），送液管道为3