阻力损失的计算方法

1.5阻力损失1.5.1两种阻力损失直管阻力和局部阻力化工管路主要由两部分组成：一种是直管，另一种是弯头、三通、阀门等各种管件。直管造成的机械能损失称为直管阻力损失（或称沿程阻力损失）管件造成的机械能损失称为局部阻力注意将直管阻力损失与固体表面间的摩擦损失相区别阻力损失表现为流体势能的降低由机械能衡算式（1-42）可知:(1-71)层流时直管阻力损失流体在直管中作层流流动时，因阻力损失造成的势能差可直接由式（1-68）求出：. 32^lu△甲=一—d2 （1-72）此式称为泊稷叶（Poiseuille）方程。层流阻力损失遂为:32山uh= (1-73)fpd2(1-73)1.5.2湍流时直管阻力损失的实验研究方法实验研究的基本步骤如下：（1）析因实验一寻找影响过程的主要因素对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能的列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失十，经分析和初步实验获知诸影响因素为:流体性质：密度P、粘度口；流动的几何尺寸：管径d、管长1、管壁粗糙度£（管内壁表面高低不平）：流动条件：流速u。于是待求的关系式为:(1-74)（2）规划实验一减少实验工作量因次分析法的基础是：任何物理方程的等式两边或方程中的每一项均具有相同的因次，此称为因次和谐或因次的一致性。以层流时的阻力损失计算式为例，式（1-73）可写成如下形式(lY=32-(1-75)Vd人dup(1-75)式中每一项都为无因次项，称为无因次数群。换言之，未作无因次处理前，层流时阻力的函数形式为:(1-76)作无因次处理后，可写成

(h(h1—(dupl'*U日，dJ顷2)(1-77)湍流时的式（1-74）也可写成如下的无因次形式(1-78)（3）数据处理一实验结果的正确表达获得无因次数群之后，各无因次数群之间的函数关系仍需由实验并经分析确定。方法之一是将各无因次数群（n1、n2、n3 ）之间的函数关系近似的用幂函数的形式表达，(1-79)此函数可线性化为10g%=10gK+alog兀2+blog丸3 (1-80)对式（1-78）而言，根据经验，阻力损失与管长l成正比，该式可改写为(1-81)1.5.3直管阻力损失的计算式统一的表达方式 对于直管阻力损失，无论是层流或湍流，均可将式（1-81）改写成如下的

(1-82)形式（范宁公式），以便于工程计算。式（1—82）中摩擦系数入为Re数和相对粗糙度的函数，即(1-83)摩擦系数久对摩擦系数久对Re<2000的层流直管流动，根据理论推导，将式(1-73)改写成(1-82)的形式后可得:X=箜X=箜(Re<2000)Re(1-84)研究表明，湍流时的摩擦系数入可用下式计算=1.74-=1.74-2log(1-85)+——涉RgX)(1-85)使用简单的迭代程序不难按已知数Re和相对粗糙度£/d求出入值，工程上为避免试差迭代，也为了使入与Re、£/d的关系形象化，将式（1-84）、式（1-85）制成图线。见图1-34该图为双对数坐标。Re<2000为层流，log入随logRe直线下降，由式（1-84）可知其斜率为-1。此时阻力损失与流速的一次方成正比。

在Re=2000〜4000的过渡区内，管内流型因环境而异，摩擦系数波动。当Re>4000，流动进入湍流区，摩擦系数久随雷诺系数Re的增大而减小。此时式（1-85）右方括号中第二项可以略去，即1五=侦1五=侦4-2l°g(28^(1-86)粗糙度对的2影响实际管的当量粗糙度非圆形管的当量直径实验证明，对于非圆形管内的湍流流动，如采用下面定义的当量直径气代替圆管直径，其阻力损失仍可按式（1-82）和图1-34进行计算。4x管道截面积—4A(1-87)1.5.4局部阻力损失突然扩大与突然缩小突然扩大时产生阻力损失的原因在于边界层脱体。流道突然扩大，下游压强上升，流体在逆压强梯度下流动，极突然扩大与突然缩小突然扩大时产生阻力损失的原因在于边界层脱体。流道突然扩大，下游压强上升，流体在逆压强梯度下流动，极易发生边界层分离而产生旋涡，如图1-35a。流道突然缩小时，见图1-35b。