管内流动阻力计算课件

1、1 1.4 管内流动的阻力损失管内流动的阻力损失流体流动阻力包括：流体流动阻力包括： 1、直管阻力损失（沿程阻力损失）、直管阻力损失（沿程阻力损失） 2、局部阻力损失（管件、阀门等的阻力损失）、局部阻力损失（管件、阀门等的阻力损失）流体沿壁面流过时的阻力表皮阻力（或摩擦阻力）流体的流道发生弯曲、突然扩大或缩小、绕过物体流动，引起边界层分离形体阻力。21.4.1 直管阻力损失fhugzpugzp22222221111、 直管阻力损失的直观表现直管阻力损失的直观表现ffppph21说明：若管路直径不等或不水平，则上下游截面间的压力变化除因阻力损失外，还包括位能或动能变化所引起的部分。即：p1-p2

2、pf压力降压力降 阻力损失的直观表现阻力损失的直观表现1p12p2Ru3ffffhhpHgggfffgHhp阻力损失有三种表达形式： hf-J/kg （单位质量） Hf-m （单位重量） pf -Pa （单位体积）直管阻力损失的计算直管阻力损失的计算常用的形式常用的形式2211221222fupupzzHgggg2212112222fuugzpgzphfhugzpugzp2222222111ffhgHffppph2142、 范宁公式范宁公式2282wfuldup28uw令22udlpf上三式为计算圆形直管阻力损失的范宁公式，适用于层流和湍流。2p1pWWr22udlhfgudlHf222212

3、2Wprprrl124Wfpplpdl51.4.2 层流时的摩擦损失2max24fpuRul由层流时的最大速度与压力降的关系可得：（参见（参见1.3.3 层流平均速度）层流平均速度） 与范宁公式Re6464du此式称为哈根泊谡叶（Hagen-Poiseyulle)公式。232dlupf 由哈根泊谡叶公式得，层流时阻力损失与速度的一次方成正比速度的一次方成正比、与管长的一次方成正比管长的一次方成正比、与管径的两次方成反比管径的两次方成反比。注意该式适用于层流、牛顿流体22238822fffppdpudlRll22udlpf比较：61.4.3 湍流流动的阻力损失湍流流动的阻力损失（1）因次分析法）

4、因次分析法 因次论的依据： （1）物理量方程的因次一致 （2）定理：任何因次一致的物理量方程都可以表示为准数关联式； 准数个数为 i=n-m式中：n 为物理量个数， m 为用于表示所有物理量的基本因次数目因次就是量纲 ，如质量M、长度L、时间dydue,Re,.e涡流粘度 它表征脉动的强弱 随及所处的位置而变不同于粘度难于测定7因次分析法解决问题的思路：复杂问题实验时，要求每次只改变一个变量，将其它变量固定 ;若变量很多工作量大，并且将实验关联成便于应用的公式也很困难 ；因次分解法将变量组合成无因次的群，代替方程式中的单个变量;数群的数目比变量的数目少实验与关联工作简化工程上实验建立经验关系式

5、；8 影响直管阻力压力损失的因数有三个：（1）流体物性因数流体物性因数: 和（2）设备因数设备因数: L 、d和管壁粗糙度 （3）流动因数流动因数: u以上因素可以函数形式表示为：, uldpf因此，流动阻力损失若按每个变量做5个点个点，则实验量惊人（56次次）。采用因次分析法步骤： 找出影响因数得准数实验得准数关联式减少了工作量。具体研究方法采用Rayleigh（瑞利）法。9qkjcbafulKdp式中七个物理量的因次 为： p =M T 2 L-1 u =L T-1 d =L M L3 =M L-1 T-1 =L将各物理量的因次代入，整理得：123j ka b cj k qc kM L T

6、MLT 根据因次一致性原则得：将b、q、k表示为a、c、j的函数，整理得 j+k=1ab+c-3j-k+q=-1c+k=2j1ka=-b-k-qc=2-k带入p的幂函数中：qkkkbqkbulKdp12Rayleigh法：法：10qkbfddudlKup2qkkkbqkbulKdp12根据实验：Re,d2fEupu表示压力与欧惯性力之称为拉准数比，d管壁的相对粗糙度2qfkekqlduplKRudKddd范宁公式：22udlpf1fplb 212fplud（1）（2）（1）与（2）比较，得摩擦系数：11（2）湍流时的摩擦损失）湍流时的摩擦损失Re,d即湍流时的不仅与Re有关，还与管壁的粗糙度有

7、关12对光滑管内的湍流，有柏拉修斯（Blasius公式）：25. 0Re3164. 0当Re很大时：与Re无关, hf与u2成正比，故称为阻力平方区即层流时层流时hf u，湍流时，湍流时hf u1.752.0Re6464du根据范宁公式，代入层流的，hf - u； 湍流时， 为常数，hf - u222udlhf131.4.4 非圆形管内的摩擦损失非圆形管内的摩擦损失方法是用当量直径de代替圆管中的d。当量直径定义为注意这里de 仅用于阻力损失和雷诺数的计算中22udlhef而速度u为实际平均速度，即24evdqu非园管层流时式中管截面形状：正方形 c57，环形 c=96, 等边三角形 c=53

8、Ade44润湿周边管道截面积udeReReC141.4.5 局部阻力损失局部阻力损失流体流经管件、阀门处由于流道变化大，多发生边界层脱离，产生大量旋涡，消耗了机械能。1、阻力系数法22uhf2、当量长度法22efl uhd-阻力系数 le -当量长度 实测的和le见 P30 表1-2221)1 (AA3、 常见局部阻力1突然扩大 u1A1A2u21215 . 0AA01,0.5i3管出口与管入口2突然缩小 u1A1A2u215例116例2、1122+0.5+0.52.1617总结根据范宁公式22fl uhd （求解阻力系数）层流：6464ReRedudu（光滑，粗糙管均可）, 湍流：光滑管：粗糙管：0.250.3164Re伯拉修斯经验方程，不是唯一的经验方程ReRe,ReR