化工原理课件-管内流动的阻力损失

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——流动阻力产生的根源

流体具有粘性，流动时存在内摩擦力.

——流动阻力产生的条件固定的管壁或其他形状的固体壁面管路中的阻力直管阻力：(沿程阻力)局部阻力：

流体流经一定管径的直管时产生的阻力

流体流经局部地方所引起的阻力§1.4管内流动的阻力损失2§1.4管内流动的阻力损失

一、沿程损失的计算通式（一）阻力的表现形式流体在水平等径直管中作定态流动且无外加功时若管道为倾斜管，则

3§1.4管内流动的阻力损失压力损失

流体的流动阻力表现为势能的减少；水平安装时，△p

与△pf

才相等。（二）直管阻力的通式

4由于压力差而产生的推动力：流体的摩擦力：令

定态流动时∴

§1.4管内流动的阻力损失5——直管阻力通式（范宁Fanning公式）

其它形式：——摩擦系数（摩擦因数）

则

J/kg压头损失m压力损失Pa

该公式对层流与湍流均适用；同样适用于非水平等径管§1.4管内流动的阻力损失6（三）层流时的摩擦系数

速度分布方程又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）公式

即同样适用于非水平等径管§1.4管内流动的阻力损失7能量损失

层流时阻力与速度的一次方成正比变形：得§1.4管内流动的阻力损失思考：某流体在管内层流流动，若体积流量不变，而管径增加1倍，则因摩擦损失引起的压力降有何变化？8二、湍流时的摩擦系数（一）量纲分析法（因次分析法）

目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。基础：因次一致性原则即每一个物理方程式的各项应具有相同的因次。求Wf实验研究建立经验关系式的方法

§1.4管内流动的阻力损失9基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理

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，（3）流动条件：u：管壁绝对粗糙度管道壁面凸出部分的平均高度（表1-1）§1.4管内流动的阻力损失N＝n－rn－过程涉及的独立变量总数r－变量的基本因次数N－独立的无因次数群数10物理变量n=7基本因次m=3无因次数群

N=n-m=4用幂函数表示为：以基本因次质量（M）、长度(L)、时间(T)

表示各物理量：§1.4管内流动的阻力损失11代入（1）式，得：§1.4管内流动的阻力损失12以b，f，g表示a，c，e，则有：代入(1)式得：∴

§1.4管内流动的阻力损失13——相对粗糙度——管道的几何尺寸——雷诺数Re又∴

§1.4管内流动的阻力损失——欧拉数14（二）摩擦系数图15§1.4管内流动的阻力损失1.

四个区：（1）层流区（Re≤2000）在双对数坐标图上为直线关系Wf

与u的一次方成正比（2）过渡区（2000<Re<4000)

将湍流时的曲线延伸查取λ值。（3）湍流区（Re≥4000且在虚线以下的区域）（4）完全湍流区

（虚线以上的区域）

λ与Re无关，只与有关。一定时，（阻力平方区）16§1.4管内流动的阻力损失2.

Re和ε/d

对λ的影响：层流区湍流区完全湍流区但阻力损失随着流速的增加而增大17§1.4管内流动的阻力损失

层流或水力光滑管只与Re有关，与无关。

完全湍流粗糙管只与有关，与Re无关如何使用莫狄图？18（三）湍流时λ的经验式柏拉修斯(Blasius)光滑管公式

适用范围：Re=5×103～1×105

或：

适用范围：Re≥4000且ε/d≤0.005

§1.4管内流动的阻力损失P2719

套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2:

边长分别为a、b的矩形管

:三、非圆形管内的流动阻力

当量直径：

§1.4管内流动的阻力损失20（1）Re中的直径用de计算；正方形C＝57正三角形C＝53环形C＝96（3）流速用实际流通面积计算。§1.4管内流动的阻力损失（2）层流时：说明：21四、局部阻力

（一）阻力系数法

将局部阻力表示为动能的某一倍数。

或

ζ——局部阻力系数

J/kgm§1.4管内流动的阻力损失221.突然扩大§1.4管内流动的阻力损失232.突然缩小§1.4管内流动的阻力损失P30表1-324§1.4管内流动的阻力损失3.

管进口及出口进口：流体自容器进入管内。ζ进口

=0.5出口：流体自管子进入容器或排放到管外空间。ζ出口

=14.

管件与阀门（P30表1-2）2526标准阀27蝶阀§1.4管内流动的阻力损失28§1.4管内流动的阻力损失29§1.4管内流动的阻力损失30（二）当量长度法le——

管件或阀门的当量长度，m。§1.4管内流动的阻力损失或（P30表1-2）31总阻力：管出口弯管阀门管入口2-2面取在出口内侧时，wf中应不包括出口阻力损失，但2-2面取在出口外侧时，wf中应包括出口阻力损失，其大小为但2-2面的动能为零。22u222u2§1.4管内流动的阻力损失对不同管径，应分段计算32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；添加少量的减阻剂；§1.4管内流动的阻力损失33空气以相同的流速分别流过水平放置和垂直放置的两根等径直管1、2和3，在长度相同的两端各装一U形压差计，两压差计的指示液相同，读数分别为R