1、1.5 流體流動阻力,1.5 流體流動阻力,1.5.1 直管阻力,1.5.2 局部阻力,1.5.3 流體在管路中的總阻力,1.5 流體流動阻力,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。,流體在水平等徑直管中作穩(wěn)態(tài)流動。,1.5.1 直管阻力,一、阻力的表現(xiàn)形式,若管道為傾斜管，則,流體的流動阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少； 水平安裝時，流動阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。,二、計算直管阻力的通式,由于壓力差而產(chǎn)生的推動力：,流體的摩擦力：,令,穩(wěn)態(tài)流動時,直管阻力通式（范寧Fanning公式）,其他形式

2、：,摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）,則,J/kg,該公式層流與湍流均適用； 注意 與 的區(qū)別。,三、層流時的摩擦系數(shù),速度分布方程,又,哈根-泊謖葉 （Hagen-Poiseuille）方程,能量損失,層流時阻力與速度的一次方成正比 。,變形：,比較得,四、湍流時的摩擦系數(shù),1. 因次分析法,目的：（1）減少實驗工作量； （2）結(jié)果具有普遍性，便于推廣。,基礎：因次一致性 即每一個物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等， 而且每一項都應具有相同的因次。,基本定理：白金漢（Buckinghan）定理 設影響某一物理現(xiàn)象的獨立變量數(shù)為n個，這些變量的基本因次數(shù)為m個，則該物理現(xiàn)象可用N（nm）個獨立的無因次數(shù)群表示。

3、,湍流時壓力損失的影響因素： （1）流體性質(zhì)：， （2）流動的幾何尺寸：d，l，（管壁粗糙度） （3）流動條件：u,物理變量 n 7 基本因次 m3 無因次數(shù)群 Nnm4,無因次化處理,式中：,歐拉（Euler）準數(shù),即該過程可用4個無因次數(shù)群表示。,相對粗糙度,管道的幾何尺寸,雷諾數(shù),根據(jù)實驗可知，流體流動阻力與管長成正比，即,或,莫狄（Moody）摩擦因數(shù)圖：,（1）層流區(qū)（Re 2000） 與 無關(guān)，與Re為直線關(guān)系，即 ,即 與u的一次方成正比。,（2）過渡區(qū)（2000Re4000),將湍流時的曲線延伸查取值 。,（3）湍流區(qū)（Re4000以及虛線以下的區(qū)域）,（4）完全湍流區(qū) （虛線

4、以上的區(qū)域）,與Re無關(guān)，只與 有關(guān) 。,該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。,一定時，,經(jīng)驗公式 ：,（1）柏拉修斯（Blasius）式：,適用光滑管 Re51035105,（2）考萊布魯克（Colebrook）式,適用粗糙管 Re41034108,2.管壁粗糙度對摩擦系數(shù)的影響,光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等； 粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。,絕對粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。 相對粗糙度 ： 絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值。,層流流動時： 流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與 無關(guān)，只與Re有關(guān)。,湍流流動時：,水力光滑管 只與Re有關(guān)，與 無關(guān),完全湍流粗糙管 只與 有關(guān)，與Re無關(guān),【例】分別計算下列

5、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。管子粗糙度為0.2mm。 （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。,【例】滯 流 ( 層 流 ) 時, 將 管 徑 減 小 一 半, 而 體 積 流 量 維 持 不 變, 這 時 摩 擦 系 數(shù) 和 阻 力 損 失 如 何 變 化?,解:,則阻力系數(shù):,故阻力系數(shù)是原來的1/2倍,由題意知: d=1/2 d Vs=Vs,根據(jù)連續(xù)性方程:,根據(jù)范寧公式：,故阻力損失是原來的16倍。,五、 非圓形管內(nèi)的流動阻力,當量直徑：,套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為d

6、1，外管的內(nèi)徑為d2 :,邊長分別為a、b的矩形管 :,（1）Re與Wf中的直徑用de計算； （2）層流時：,正方形 C57 套管環(huán)隙 C96,（3）流速用實際流通面積計算 。,說明：,1.5.2 局部阻力,一、阻力系數(shù)法,將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)。,或,局部阻力系數(shù),J/kg,J/N=m,1. 突然擴大,2.突然縮小,3. 管進口及出口 進口：流體自容器進入管內(nèi)。 進口 = 0.5 進口阻力系數(shù) 出口：流體自管子進入容器或從管子排放到管外 空間。 出口 = 1 出口阻力系數(shù) 4 . 管件與閥門,蝶閥,二、當量長度法,將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)生的阻力 。,le 管件或閥門的當量長度，m。,1.5.3 流體在管路中的總阻力,減少流動阻力的途徑：,管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎； 盡量不安裝不必要的管件和閥門等； 管徑適當大些。,【例】如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)進料處的壓力為30kPa（表壓），輸送管路為452.5mm的無縫鋼管，直管長為10m。管的絕對粗糙度為0.2mm。管路中裝有180回彎頭一個，90標準彎頭一個，標準截止閥（全開）一個。若維持進料量為5m3/h，問高位槽中的液面至少高出進料口多少米？ 操作條件下料液的物性：,解：,查莫狄圖得,取高位槽液面為上游截面11，進料口為下游截面22