1.4流体流动阻力

1、,第四节 流体在管内的流动阻力,一、流动阻力损失的构成 二、直管阻力 三、局部阻力 四、管路系统中的总能量损失,一、流动阻力损失的构成,化工管路主要由直管和各种管件与阀门两部分构成。,管子：表示方法：AB，其中A指管外径，B指管壁厚度，如1084即管外径为108mm，管壁厚为4mm。 管件：管与管的连接部件，主要用来改变管道方向、连接支管、改变管径等。 阀门：用于开关管路或调节流量等。,截止阀,闸阀,闸阀,截止阀,管路系统,管路中的阻力,直管阻力 ：,局部阻力：,流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦力、涡流应力而产生的阻力。,流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引

2、起的阻力。,因此，流体流动时克服流动阻力（内摩擦力、涡流应力、形体阻力）产生的能量损失（或称流动阻力损失），由直管阻力损失hf和局部阻力损失hf/组成：,根据柏努利方程：,（Pa）,Pf与柏努利方程中两截面的压强差P是两个截然不同的概念,We=0、Z=0、u2/2=0时， Pf 与P在绝对值上相等,只有在：,一、直管阻力,以u流速在水平直管作稳态流动,1、计算圆形直管阻力的通式,垂直作用于截面1-1上的压力 ：,垂直作用于截面2-2上的压力 ：,平行作用于流体表面上的摩擦力为 ：,圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式,与 比较得：, 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。,（ 对于滞流

3、或湍流都适用）,为无因次的系数，称为摩擦因数 。,化工管路,光滑管,粗糙管,玻璃管、黄铜管、塑料管,钢管、铸铁管,管壁粗糙度,绝对粗糙度,相对粗糙度,壁面凸出部分的平均高度， 以表示 。,绝对粗糙度与管道直径的比值 即/d 。,2 管壁粗糙度对的影响,滞流流动时： 管壁上凹凸不平的地方都被有规则的流体层所覆盖，而流动速度又比较缓慢，流体质点对管壁凸出部分不会有碰撞作用。所以，在滞流时，摩 擦系数与管壁粗糙度无关，只与Re有关。,湍流流动时： 靠管壁处总是存在一滞流内层，厚度以L表示： 1） L：=(Re)，与无关 2）L：=(Re，/d) 壁面凸出部分便伸入湍流区内与流体 质点发生碰撞，使涡流

4、加剧。,Re愈大，滞留内层愈薄，粗 糙度对的影响愈显著。,3 滞流时的摩擦系数,哈根-泊谡叶公式,滞流流动时与Re的关系,平均速度,4 湍流时的摩擦系数,质点运动状况复杂，只能通过因次分析法，建立经验关联式,见课本P50-53。,由于的关联式多且复杂，使用不方便。工程计算中，常用下图查值：,对于圆形管道，流体流径的管道截面为:,5. 非圆形直管内的阻力损失,水力半径rH： 流体在流道里的流道截面积A与润湿周边长度之比,rH=A/,当量直径de： 取4倍的水力半径称为非圆形管的当量直径de,de=4 rH =4A/,润湿周边长度为：,对于长宽分别为a与b的矩形管道：,对于一外径为d1的内管和一内

5、径为d2的外管构成的环形通道,湍流： 非圆形管道可用当量直径de代替圆形管直径d进行流动阻力计算,滞流： 计算非圆形管道滞流流动阻力时，除用de替代d，还须对作修正,注意：不能用de来计算流体通过的截面积、流速和流量,三、局部阻力,1 阻力系数法,将局部阻力表示为动能的某一倍数。,或,局部阻力系数 ，由实验测得,J/kg,Pa,1）突然扩大与突然缩小,取小管的流速u，可根据小管与大管的截面积之比查图。,管出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外，相当于突然 扩大。 A1/A20，查表得管出口阻力系数，e=1.0。,管入口：流体自容器进入管内，相当于突然缩小，A2/A10， 管进口阻力系数，c

6、=0.5。,2）管出口和管入口,若截面在管出口内侧，截面的压强可取管外空间的压强，但此时流体未离开管路，截面仍具有动能，流速等于管内流速，出口损失不应计入系统的总能量损失内，e=0 ；若截面处在管子出口外侧，表示流体已离开管路，动能为零，出口损失计入总能量损失内，e=1.0。,3）管件与阀门 不同管件与阀门的局部阻力系数可从手册中查取。,2 当量长度法,当量长度：流体流经管件、阀门等时引起的局部阻力损失hf/等同于流过一段与其具有相同直径、长度为le的直管的阻力， le称为该部件的当量长度，故：,实际上是为了计算方便，把局部阻力折算成直径相同、长度为le的直管所产生的阻力 。,管件与阀门的当量长度由试验测定，湍流时，可查共线图。,管路系统中总能量损失=直管阻力+局部祖力,四、管路中的总能量损失,当管路由若干直径不同的管段组成时,由于各段的流速不同,此时管路的总能量损失应分段计算,然后再求其总和,P77:15、16、18