化工原理（第2版）上册 课件 1-4 管内流体流动阻力

1第1章流体流动－管内流动阻力机械能损失(Wf)——流动阻力直管管件与阀门产生的原因不同，分别考虑

直管阻力

局部阻力J/kg管路23第1章流体流动－管内流动阻力管内流体流动的阻力1.5.1直管阻力计算通式1.5.2直管内层流流动阻力1.5.3直管内湍流流动阻力1.5.4局部阻力41.5.1直管阻力计算通式与管等径流体柱,均匀段，1-2

（J/m3，Pa）（J/kg）（J/N，m）第1章流体流动－管内流动阻力－Fanning公式—范宁公式半径为r的流体柱：,摩擦系数11’22’ldr=d/2,

W＝

总势能差流动阻力5说明

层、湍流均适用

Wf与管子的摆放方式、角度无关—压降是机械能损失的外在表现第1章流体流动－管内流动阻力－Fanning公式

(u,d,l,…)Wf

均匀段：&水平：

~粘性力/惯性力Re~惯性力/粘性力Re

,

61.5.2直管内层流流动阻力圆管内，层流，管中心—泊谡叶方程第1章流体流动－管内流动阻力－层流阻力pf

层流阻力u

7

例1-5

某种不溶于水的气体以一定流量流过一个流量测量装置。AB段管内径为10mm，其上有一锐孔，总长18m（包括锐孔的局部阻力当量长度）。假定通过此装置时气体密度不变，问当H＝30mm时AB段内流速为多少？(已知气体密度为1.28kg/m3、黏度为2.2

10-5Pa

s)第1章流体流动－管内流动阻力－层流阻力气体H水AB原理：气体，AB阻力(

pf~u)=总势能差

AB

H＝

ABm/s解：假设层流校核以上计算有效<2000，层流锐孔81.5.3直管内湍流流动阻力复杂

实验1工程问题的实验研究（1）析因实验

主要影响因素①流体性质

、

；②流道几何尺寸l、d、

；③流速u。（2）量纲分析以数群为变量，实验次数减少把多个单变量

数群，第1章流体流动－管内流动阻力－湍流阻力

经验方程绝对粗糙度单变量关系

数群关系，：量纲一致性原则

量纲为1的数群

经验公式9

量纲分析的结果：（3）实验（4）数据拟合第1章流体流动－管内流动阻力－管内湍流阻力以数群为变量进行实验！雷诺数长径比欧拉数相对粗糙度说明

数群数(4)=单个物理量的个数(7)－基本量纲数(3)—

定理

量纲分析

变量数减少

实验工作量大大减少

关联式有可推广性、方便地改变变量值

数群为变量以数群为变量处理数据

关联式的适用范围——实验涉及的数群值的范围L,T,M

数群关联式(中的参数)10第1章流体流动－管内流动阻力－管内湍流阻力(1)经验关联式2

管内湍流的摩擦系数实验、处理数据

的关联式、关联图

①Colebrook②Blasius光滑管获得

，用于范宁公式，5103<Re<10511(2)摩擦系数图双对数坐标，

~Re，

/d—参数

湍流区；①Rek

(-1≤k≤0)k=-1(=64/Re)(k=0)第1章流体流动－管内流动阻力－管内湍流阻力

层流区；

过渡区；

完全湍流区—阻力平方区

pf

u2湍流时，

/d

，

②

/d对

的影响:层流时，

与

/d无关(-1<k<0)层流时湍流时123非圆形直管内的流动阻力第1章流体流动－管内流动阻力－湍流阻力矩形ab粗、细管环隙Dd管束

壳：壳程dD按圆管处理：当量直径范宁公式u=qV/A实际

湍流时较可靠，层流时误差较大。

l/d,Rede

13例1-6

如图所示，套管式换热器由两根内外同轴的新无缝钢管组成。内管直径为

114

3mm，外管直径为

157

3.5mm。平均温度为30℃的空气以600m3/h的流量在内、外管之间的环隙流过。环隙的有效长度为8m。求空气流过时的阻力。第1章流体流动－管内流动阻力－湍流阻力30℃空气:

＝1.165kg/m3，

＝1.8610-5Pa

sm/s取绝对粗糙度

＝0.2mm查摩擦系数图，可得

＝0.032

J/kgm，则

/de=0.2/36=0.0056141.5.4局部阻力“局部”—阀门、管件

机械能损失1局部阻力的产生——边界层分离绕圆柱体的流动流体左右

A点(u=0，p最高)

沿圆柱面流动

边界层，u

、p

AC：流道缩小，变窄—顺压流动CS：流道扩大，变宽

，u

、p

—逆压流动

近壁处u低：倒流—边界层分离第1章流体流动－管内流动阻力－局部阻力ACS边界层——局部阻力，旋涡圆柱体15流道变化——局部阻力；对传热&传质有利第1章流体流动－管内流动阻力－局部阻力

逆压流动

倒流、漩涡区

机械能损失边界层分离：不利于流体输送16闸阀流道转向突然扩大172．计算方法(1)阻力系数法

—局部阻力系数突然扩大、缩小

值：教材管路出口：管路入口：采用细管中流速计算整个管路d不同，分段计算u—管内第1章流体流动－管内流动阻力－局部阻力1’12’2突然扩大2’21’1突然缩小

=1

=0.518(2)当量长度法局部阻力——某一长度的直管阻力le——当量长度教材整个管路说明

两种计算局部阻力的方法，结果有差别

长距离，直管阻力为主；短距离可能局部阻力为主d不同，分段计算第1章流体流动－管内流动阻力－局部阻力19例1-520℃的空气流入缓冲罐，经罐右下角的排气管排入大气。排气管d=300mm、l=30m（新无缝钢管）。管道中有一个全开的截止阀。气体流量为6000m3/h。求缓冲罐内空气的压强。解：取1-1’(排气管入口外侧)阻力项

管入口，

1=0.5

截止阀，

=6.0

直管第1章流体流动－管内流动阻力－例题22’11’空气（2）、2-2’(排气管出口内侧)（1）(表压）20查图

代入(1)式讨论

管路