2022/12/16第一章

流體流動(dòng)一、直管中摩擦阻力的測(cè)定二、管路上的局部阻力三、管路系統(tǒng)中的總能量損失第四節(jié)

管內(nèi)流體流動(dòng)的

摩擦阻力損失2022/12/12第一章

流體流動(dòng)一、2022/12/16——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)部摩擦力.

——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的條件固定的管壁或其他形狀的固體壁面管路中的阻力直管阻力：局部阻力：

流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大及縮小等局部地方所引起的阻力。2022/12/12——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源流體具有粘性，2022/12/16單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，J/kg。單位重量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，m。壓頭損失管徑的表示方式：A：管外徑；B：壁厚。2022/12/12單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，J/k2022/12/16一、流體在直管中的流動(dòng)阻力

1、直管中流體摩擦阻力損失的測(cè)定

2022/12/12一、流體在直管中的流動(dòng)阻力1、直管中流2022/12/16-等徑圓管內(nèi)的摩擦阻力損失測(cè)定式。對(duì)于水平管：注意：

同一根直管，無論水平安裝還是堅(jiān)直安裝，hf應(yīng)相同。2022/12/12-等徑圓管內(nèi)的摩擦阻力損失測(cè)定式。對(duì)于水2022/12/162、直管中流體摩擦阻力損失的計(jì)算通式

2022/12/122、直管中流體摩擦阻力損失的計(jì)算通式2022/12/162022/12/122022/12/16——圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式與比較，得：3、公式的變換

2022/12/12——圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式2022/12/16

——

圓形直管阻力所引起能量損失的通式稱為范寧公式。（對(duì)于層流或湍流都適用）

λ為無因次的系數(shù)，稱為摩擦因數(shù)。2022/12/12

——圓形直管阻力所引起能量2022/12/16

4.層流時(shí)的摩擦損失——哈根-泊謖葉公式

與范寧公式對(duì)比，得：——層流流動(dòng)時(shí)λ與Re的關(guān)系2022/12/124.層流時(shí)的摩擦損失—2022/12/165、管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響化工管路光滑管

粗糙管

玻璃管、黃銅管、塑料管鋼管、鑄鐵管管壁粗糙度絕對(duì)粗糙度

相對(duì)粗糙度

壁面凸出部分的平均高度，以ε表示。絕對(duì)粗糙度與管道直徑的比值即ε/d。2022/12/125、管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響化工管路2022/12/16光滑管流動(dòng)完全粗糙管2022/12/12光滑管流動(dòng)完全粗糙管2022/12/16思考：層流流動(dòng)時(shí)，當(dāng)體積流量為V的流體通過直徑不同的管路時(shí),△Pf與管徑d的關(guān)系如何？可見：2022/12/12思考：層流流動(dòng)時(shí)，當(dāng)體積流量為V的流體通2022/12/165.直管內(nèi)湍流流動(dòng)的阻力損失

湍流流動(dòng)，由量綱分析法得：2022/12/125.直管內(nèi)湍流流動(dòng)的阻力損失湍流流動(dòng)2022/12/162022/12/122022/12/161）摩擦因數(shù)圖

a)層流區(qū)：Re≤2000，λ與Re成直線關(guān)系，λ=64/Re。b)過渡區(qū)：2000＜Re＜4000，管內(nèi)流動(dòng)隨外界條件的影響而出現(xiàn)不同的流型，摩擦系數(shù)也因之出現(xiàn)波動(dòng)。

c)湍流區(qū)：Re≥4000且在圖中虛線以下處時(shí)，λ值隨Re數(shù)的增大而減小。

d)完全湍流區(qū)：圖中虛線以上的區(qū)域，摩擦系數(shù)基本上不隨Re的變化而變化，λ值近似為常數(shù)。根據(jù)范寧公式，若l/d一定，則阻力損失與流速的平方成正比，稱作阻力平方區(qū)。2022/12/121）摩擦因數(shù)圖a)層流區(qū)：Re≤2002022/12/162)λ值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式

A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式適用范圍為Re=2.5×103～1×105

B、考萊布魯克(Colebrook)公式適用范圍：光滑管，粗糙管，直至完全湍流區(qū)

2022/12/122)λ值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式A、布拉修斯(2022/12/167.非圓形管內(nèi)的摩擦損失對(duì)于圓形管道，流體流徑的管道截面為:流體潤(rùn)濕的周邊長(zhǎng)度為:πdde=4×流道截面積/潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度C、哈蘭德(Haaland)公式2022/12/127.非圓形管內(nèi)的摩擦損失流體潤(rùn)濕的周2022/12/16對(duì)于長(zhǎng)寬分別為a與b的矩形管道：對(duì)于一外徑為d1的內(nèi)管和一內(nèi)徑為d2的外管構(gòu)成的環(huán)形通道二、局部阻力損失1、局部阻力損失的計(jì)算1）阻力系數(shù)法

2022/12/12對(duì)于長(zhǎng)寬分別為a與b的矩形管道：對(duì)于一外2022/12/16為局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。突然擴(kuò)大與突然縮小

u：取小管的流速管出口b)管出口和管入口管出口相當(dāng)于突然擴(kuò)大,流體自容器進(jìn)入管內(nèi)，相當(dāng)于突然縮小A2/A1≈0，管進(jìn)口阻力系數(shù)，ξc=0.5。突然擴(kuò)大:突然縮小:2022/12/12為局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。突然擴(kuò)2022/12/162022/12/122022/12/162）當(dāng)量長(zhǎng)度法

le為管件的當(dāng)量長(zhǎng)度。管件與閥門不同管件與閥門的局部阻力系數(shù)可從手冊(cè)中查取。管件與閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度由試驗(yàn)測(cè)定，湍流時(shí)，可查共線圖。三、管路中的總能量損失管路系統(tǒng)中總能量損失=直管阻力+局部祖力對(duì)直徑相同的管段：2022/12/122）當(dāng)量長(zhǎng)度法le為管件的當(dāng)量長(zhǎng)度2022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/16

例：用泵把20℃的苯從地下儲(chǔ)罐送到高位槽，流量為300l/min。高位槽液面比儲(chǔ)罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)為15m，管路上裝有一個(gè)底閥（可粗略的按旋啟式止回閥全開時(shí)計(jì)）、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用φ57×3.5mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)度為50m，管路上裝有一個(gè)全開的閘閥、一個(gè)全開的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。儲(chǔ)罐及高位槽液面上方均為大氣壓。設(shè)儲(chǔ)罐液面維持恒定。試求泵提供的能量W。2022/12/12例：用泵把20℃的苯從地2022/12/16分析：W柏努利方程△Z、△u、△P已知求∑hf管徑不同吸入管路排出管路范寧公式l、d已知求λ求Re、ε/d摩擦因數(shù)圖當(dāng)量長(zhǎng)度阻力系數(shù)查圖2022/12/12分析：W柏努利方程△Z、△u、△P已知求2022/12/16解：取儲(chǔ)罐液面為上游截面1-1，高位槽液面為下游截面2-2，并以截面1-1為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量損失2022/12/12解：取儲(chǔ)罐液面為上游截面1-1，高位槽液2022/12/16式中管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度為：底閥(按旋轉(zhuǎn)式止回閥全開時(shí)計(jì)）6.3m標(biāo)準(zhǔn)彎頭2.7m進(jìn)口阻力系數(shù)ξc=0.52022/12/12式中管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度為：進(jìn)口阻力2022/12/16苯的密度為880kg/m3，粘度為6.5×10-4Pa·s取管壁的絕對(duì)粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/81=0.0037，查得λ=0.0292022/12/12苯的密度為880kg/m3，粘度為6.52022/12/16（2）排出管路上的能量損失∑hf,b式中:管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為：全開的閘閥0.33m全開的截止閥17m三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭1.6×3=4.8m2022/12/12（2）排出管路上的能量損失∑hf,b式2022/12/16出口阻力系數(shù)ξe=1仍取管壁的絕對(duì)粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/50=0.006，查得λ=0.03132022/12/12出口阻力系數(shù)2022/12/16（3）管路系統(tǒng)的總能量損失:2022/12/12（3）管路系統(tǒng)的總能量損失:2022/12/16第一章

流體流動(dòng)一、直管中摩擦阻力的測(cè)定二、管路上的局部阻力三、管路系統(tǒng)中的總能量損失第四節(jié)

管內(nèi)流體流動(dòng)的

摩擦阻力損失2022/12/12第一章

流體流動(dòng)一、2022/12/16——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)部摩擦力.

——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的條件固定的管壁或其他形狀的固體壁面管路中的阻力直管阻力：局部阻力：

流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大及縮小等局部地方所引起的阻力。2022/12/12——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源流體具有粘性，2022/12/16單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，J/kg。單位重量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，m。壓頭損失管徑的表示方式：A：管外徑；B：壁厚。2022/12/12單位質(zhì)量流體流動(dòng)時(shí)所損失的機(jī)械能，J/k2022/12/16一、流體在直管中的流動(dòng)阻力

1、直管中流體摩擦阻力損失的測(cè)定

2022/12/12一、流體在直管中的流動(dòng)阻力1、直管中流2022/12/16-等徑圓管內(nèi)的摩擦阻力損失測(cè)定式。對(duì)于水平管：注意：

同一根直管，無論水平安裝還是堅(jiān)直安裝，hf應(yīng)相同。2022/12/12-等徑圓管內(nèi)的摩擦阻力損失測(cè)定式。對(duì)于水2022/12/162、直管中流體摩擦阻力損失的計(jì)算通式

2022/12/122、直管中流體摩擦阻力損失的計(jì)算通式2022/12/162022/12/122022/12/16——圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式與比較，得：3、公式的變換

2022/12/12——圓形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式2022/12/16

——

圓形直管阻力所引起能量損失的通式稱為范寧公式。（對(duì)于層流或湍流都適用）

λ為無因次的系數(shù)，稱為摩擦因數(shù)。2022/12/12

——圓形直管阻力所引起能量2022/12/16

4.層流時(shí)的摩擦損失——哈根-泊謖葉公式

與范寧公式對(duì)比，得：——層流流動(dòng)時(shí)λ與Re的關(guān)系2022/12/124.層流時(shí)的摩擦損失—2022/12/165、管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響化工管路光滑管

粗糙管

玻璃管、黃銅管、塑料管鋼管、鑄鐵管管壁粗糙度絕對(duì)粗糙度

相對(duì)粗糙度

壁面凸出部分的平均高度，以ε表示。絕對(duì)粗糙度與管道直徑的比值即ε/d。2022/12/125、管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響化工管路2022/12/16光滑管流動(dòng)完全粗糙管2022/12/12光滑管流動(dòng)完全粗糙管2022/12/16思考：層流流動(dòng)時(shí)，當(dāng)體積流量為V的流體通過直徑不同的管路時(shí),△Pf與管徑d的關(guān)系如何？可見：2022/12/12思考：層流流動(dòng)時(shí)，當(dāng)體積流量為V的流體通2022/12/165.直管內(nèi)湍流流動(dòng)的阻力損失

湍流流動(dòng)，由量綱分析法得：2022/12/125.直管內(nèi)湍流流動(dòng)的阻力損失湍流流動(dòng)2022/12/162022/12/122022/12/161）摩擦因數(shù)圖

a)層流區(qū)：Re≤2000，λ與Re成直線關(guān)系，λ=64/Re。b)過渡區(qū)：2000＜Re＜4000，管內(nèi)流動(dòng)隨外界條件的影響而出現(xiàn)不同的流型，摩擦系數(shù)也因之出現(xiàn)波動(dòng)。

c)湍流區(qū)：Re≥4000且在圖中虛線以下處時(shí)，λ值隨Re數(shù)的增大而減小。

d)完全湍流區(qū)：圖中虛線以上的區(qū)域，摩擦系數(shù)基本上不隨Re的變化而變化，λ值近似為常數(shù)。根據(jù)范寧公式，若l/d一定，則阻力損失與流速的平方成正比，稱作阻力平方區(qū)。2022/12/121）摩擦因數(shù)圖a)層流區(qū)：Re≤2002022/12/162)λ值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式

A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式適用范圍為Re=2.5×103～1×105

B、考萊布魯克(Colebrook)公式適用范圍：光滑管，粗糙管，直至完全湍流區(qū)

2022/12/122)λ值的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式A、布拉修斯(2022/12/167.非圓形管內(nèi)的摩擦損失對(duì)于圓形管道，流體流徑的管道截面為:流體潤(rùn)濕的周邊長(zhǎng)度為:πdde=4×流道截面積/潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度C、哈蘭德(Haaland)公式2022/12/127.非圓形管內(nèi)的摩擦損失流體潤(rùn)濕的周2022/12/16對(duì)于長(zhǎng)寬分別為a與b的矩形管道：對(duì)于一外徑為d1的內(nèi)管和一內(nèi)徑為d2的外管構(gòu)成的環(huán)形通道二、局部阻力損失1、局部阻力損失的計(jì)算1）阻力系數(shù)法

2022/12/12對(duì)于長(zhǎng)寬分別為a與b的矩形管道：對(duì)于一外2022/12/16為局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。突然擴(kuò)大與突然縮小

u：取小管的流速管出口b)管出口和管入口管出口相當(dāng)于突然擴(kuò)大,流體自容器進(jìn)入管內(nèi)，相當(dāng)于突然縮小A2/A1≈0，管進(jìn)口阻力系數(shù)，ξc=0.5。突然擴(kuò)大:突然縮小:2022/12/12為局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。突然擴(kuò)2022/12/162022/12/122022/12/162）當(dāng)量長(zhǎng)度法

le為管件的當(dāng)量長(zhǎng)度。管件與閥門不同管件與閥門的局部阻力系數(shù)可從手冊(cè)中查取。管件與閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度由試驗(yàn)測(cè)定，湍流時(shí)，可查共線圖。三、管路中的總能量損失管路系統(tǒng)中總能量損失=直管阻力+局部祖力對(duì)直徑相同的管段：2022/12/122）當(dāng)量長(zhǎng)度法le為管件的當(dāng)量長(zhǎng)度2022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/162022/12/122022/12/16

例：用泵把20℃的苯從地下儲(chǔ)罐送到高位槽，流量為300l/min。高位槽液面比儲(chǔ)罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)為15m，管路上裝有一個(gè)底閥（可粗略的按旋啟式止回閥全開時(shí)計(jì)）、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用φ57×3.5mm的無縫鋼管，直管長(zhǎng)度為50m，管路上裝有一個(gè)全開的閘閥、一個(gè)全開的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。儲(chǔ)罐及高位槽液面上方均為大氣壓。設(shè)儲(chǔ)罐液面維持恒定。試求泵提供的能量W。2022/12/12例：用泵把20℃的苯從地2022/12/16分析：W柏努利方程△Z、△u、△P已知求∑hf管徑不同吸入管路排出管路范寧公式l、d已知求λ求Re、ε/d摩擦因數(shù)圖當(dāng)量長(zhǎng)度阻力系數(shù)查圖2022/12/12分析：W柏努利方程△Z、△u、△P已知求2022/12/16解：取儲(chǔ)罐液面為上游截面1-1，高位槽液面為下游截面2-2，并以截面1-1為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量損失2022/12/12解：取儲(chǔ)罐液面為上游截面1-1，高位槽液2022/12/1