1、流體在圓管內(nèi)流動時的阻力,本章的難點(diǎn)，包括阻力計(jì)算的通式及層流和湍流的摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算。,一、概述：,1、阻力產(chǎn)生的原因 （1）流體具有粘性，產(chǎn)生粘性阻力； （2）形體阻力：流體流經(jīng)不規(guī)則障礙物，邊界層分 離，因渦流產(chǎn)生能量損失。,2、阻力分類： 直管阻力 ：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(nèi)摩 擦而產(chǎn)生的阻力； 局部阻力 ：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于 流速大小及方向的改變而引起的阻力。,總阻力=直管阻力+局部阻力,一、概述：,3、阻力的表示法：,(1) :單位質(zhì)量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/kg).,(2) :單位重量流體產(chǎn)生的阻力損失(J/N=m).,(3) :單位體積流體產(chǎn)生的阻力損失(

2、J/m3=Pa).,注意：壓力損失 是流體流動能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差 意義不同，只有當(dāng)管路為水平、管徑不變且無外功加入時，二者才相等 。,二、阻力的計(jì)算：,1、圓形直管內(nèi)阻力計(jì)算公式：,如圖所示，對1-1和2-2截面間流體進(jìn)行受力分析：,推動力：,方向與流動方向相同,阻力：,方向與流動方向相反,定態(tài)流動，受力平衡,二、阻力的計(jì)算：,令,所以,上式為流體在直管內(nèi)流動阻力的通式，稱為范寧公式。式中為無因次系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)，與流體流動的Re及管壁狀況有關(guān)。,三種形式：,二、阻力的計(jì)算：,2、管壁粗糙度對的影響：,1）粗糙度(絕對粗糙度)：壁面凸出部分的平均高度。,2）

3、相對粗糙度 ：,3）粗糙度對的影響：,無影響,有影響,層流時，無影響。 湍流時,二、阻力的計(jì)算：,3、層流時的摩擦系數(shù)：,將R=d/2代入可得：,哈根-泊謖葉公式,與范寧公式比較可得：,層流時摩擦系數(shù)是雷諾數(shù)Re的函數(shù)。,二、阻力的計(jì)算：,4、湍流時的摩擦系數(shù)：,湍流時既與 Re有關(guān)，又與 有關(guān)，一般通過因次分析法進(jìn)行分析，得到一些經(jīng)驗(yàn)公式，這里只介紹比較常用的柏拉修斯式：,適用范圍：光滑管，Re在,二、阻力的計(jì)算：,5、摩擦系數(shù)圖（莫狄（Moody）圖）,層流區(qū)Re2000 與u的一次方成正比。,湍流區(qū)Re4000虛線以下 與Re和 都有關(guān) 一定時，Re越大， 越小,完全湍流區(qū)：虛線以上部分

4、 只與 有關(guān)，與Re無關(guān) 與u的平方成正比,過渡區(qū)2000Re4000 可按層流區(qū)也可按湍流區(qū)查,二、阻力的計(jì)算：,6、非圓形直管阻力損失的計(jì)算： 一般以當(dāng)量直徑代替直徑進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)量直徑de：與非圓形直管等長且阻力損失相等的 圓管的直徑。,非圓形管內(nèi)流動形態(tài)如何確定？,a,b,d2,d1,二、阻力的計(jì)算：,1）當(dāng)量長度法：以當(dāng)量長度代替范寧公式中直管的長度進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)量長度：管件、閥門產(chǎn)生的阻力相當(dāng)于同直徑且阻力損失相同的圓管的長度，以 表示。,當(dāng)量長度共線圖,7、局部阻力 ：,局部阻力損失計(jì)算,100mm 的閘閥 1/2 關(guān),le = 22m,100mm 的標(biāo)準(zhǔn)三通,le = 2.2m

5、,100mm 的閘閥全開,le = 0.75m,說明：變徑時，以細(xì)管內(nèi)流速計(jì)算局部阻力； 突然擴(kuò)大或突然縮小的阻力系數(shù)： 從管路進(jìn)入容器：,二、阻力的計(jì)算：,因?yàn)樽枇p失與 成正比，所以 可以將局部阻力損失表示為,從容器進(jìn)入管路：,管件、閥門的局部阻力系數(shù)：查手冊,7、局部阻力 ：,2）局部阻力系數(shù)法：,：局部阻力系數(shù),二、阻力的計(jì)算,8、管路系統(tǒng)中的總能量損失,例：分別計(jì)算下列情況下，流體流過763mm、 長10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓 力損失。 （1）密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品， 流速為1.1m/s； （2）20的水，流速為2.2 m/s。,解：（1）油品：,

6、所以能量損失,壓頭損失,壓力損失,（2）20水的物性：,取鋼管的絕對粗糙度為0.2mm，則,查得,所以能量損失,壓頭損失,壓力損失,如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)進(jìn) 料處的壓力為30kPa(表壓)，輸送管路為452.5mm的無 縫鋼管，直管長為10m。管路中裝有180回彎頭一個， 90標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個，標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開） 一個。若維持進(jìn)料量為5m3/h，問高位 槽中的液面需高出進(jìn)料口多少米？ 操作條件下料液的物性 ：,h,解：如圖取高位槽中液面為1-1面，管出口內(nèi)側(cè)為 2-2截面，且以過2-2截面中心線的水平面為基 準(zhǔn)面。在1-1與2-2截面間列柏努利方程：,其中：Z1=h; u10; p1=0(表壓); Z2=0; p2=20kPa(表壓)；,管路總阻力,取管壁絕對粗糙度