化工原理第一章3

1、1.3.3 机械能衡算方程机械能衡算方程 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目录二、 管内流动的阻力损失2211221222efupupgzwgzh机械能衡算方程机械能衡算方程-由于流速大小或方向突然改变，从而产生边界层分离，出现大量旋涡，导致很大的机械能损失。 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 hf 分为两类（见图）：分为两类（见图）： 2 2 气气体体 洗洗涤涤塔塔 5m 泵泵 气气体体 3 3 1m 1m 4

2、4 贮贮槽槽 废废水水池池 1 1 0.2m沿程损失（直管损失）局部损失 2 p21 w p1 w h 2 1 lRlghpw 2 - -dlhwf41、直管摩擦损失计算通式、直管摩擦损失计算通式1212fppphg zzgh由机械能衡算得：由机械能衡算得： sin222glRRlpRw 由受力平衡得：由受力平衡得：22ufw 引入阻力系数：引入阻力系数：2211221222efupupgzwgzh242udlfhf22udl （1）层层流流时时的的 （2）湍流时的）湍流时的 Re64 /Redu 长径比，无因次长径比，无因次动能动能摩擦因数摩擦因数-直管摩擦损失计算通式直管摩擦损失计算通式主

3、要依靠实验研究主要依靠实验研究 d Re,相对粗糙度管壁绝对粗糙度 d u 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 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

4、.030.8 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莫莫狄狄（Moody）图图层

5、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 22fl uhd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

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： 科尔布鲁克（Colebrook）

7、式： Re35. 9log214. 11d适用范围：Re=4103108，/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： 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。 用其本身特定公式计算用其本身特定公式计算22fel uhddRRRde 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、

8、非圆形管摩擦损失计算式、非圆形管摩擦损失计算式 （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2,2efl uhd局2,2fuh局-局部阻力系数，可查有关图表 R d A1 A2u 边界层分离边界层分离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。而导致形体阻力。小管的小管的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. 突然缩小突突然然扩扩大大时时： 管出口o=1

9、22fuh小突突然然缩缩小小时时： 管入口i=0.5 u总结：总结： 管路系统的总阻力损失为管路系统的总阻力损失为管出口弯管阀门管入口2211221222sfupupgzwgzh机械能衡算方程：机械能衡算方程：2222efll uluhdd0222 u2-2面取在出口内侧，hf中应不包括出口阻力损失，但 222u2-2面取在出口外侧，hf中应包括出口阻力损失，其大小为 ，但2-2面的动能为零。 22u222u2 pa pB z？ B A 【例】【例】 总阻力损失的计算总阻力损失的计算如图所示，将敞口高位槽如图所示，将敞口高位槽A中密度中密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s的溶

10、液自的溶液自流送入设备流送入设备B中。中。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道分别为，阀门前、后的输送管道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以4 m3 h-1的的流量流入设备流量流入设备B中，问中，问 z 为多少米？为多少米？解：解：1 11 12 22 2在面在面1-11-1与与2-22-2间列机械能衡算式：间列机械能衡算式： 阀阀后后阀阀前前ffwwpugzpug

11、z 2222121122注：注：面面2-22-2取在取在管出口内侧、外管出口内侧、外测均可，这里取测均可，这里取在内侧。在内侧。 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。流弯头、一个标准阀（全开）。流量量4 m3 h-11 11 12 22 2228701010222221

12、13221udludlugz 30. 14033. 03600442211 dVus431111067. 4108 . 087030. 1033. 0Re ud4000 m s-1查表查表1-1取管壁绝对糙度取管壁绝对糙度 =0.2 mm /d1=0.00606查图查图 1=0.0322230. 1033. 010032. 02222udl 阀阀前前 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分的无缝钢管

13、，阀门前、后直管段部分总长分别为总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。弯头、一个标准阀（全开）。流量流量4 m3 h-11 11 12 22 24000 m s-1 /d2=0.2/27=0.0074查图查图 2=0.033突然缩小突然缩小 1=0.5，查表查表1-2知知 90 弯头弯头 2=0.75 94. 14027. 03600442222 dVus432221070. 5108 . 087094. 1027. 0Re ud22870101022222113221udludlugz 2230. 1033. 010032. 02222udl 阀阀前前+0.5+0.75294. 1027. 08033. 02 阀阀后后 294.1027.08033.02 阀阀后后 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32