化工原理(少学时)课件和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案1.4-2流体流动阻力

1、1.41.4.2 .2 流体流动阻力流体流动阻力 直管阻力：直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而 产生的阻力； 局部阻力：局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速 大小及方向的改变而引起的阻力。 流体在水平等径直管中作定态流动。 f h p ugz p ugz 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1 一、直管阻力的表现形式一、直管阻力的表现形式 21 uu 21 zz 21 pp hf 若管道为倾斜管，则 )()( 2 2 1 1 gz p gz p hf 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 二、直管阻力的通式二、直管阻力的通式 由于压力差而产生的推动力： 4

2、 2 21 d pp 流体的摩擦力： dlAF dl d pp 4 )( 2 21 d l hf 4 2 8 2 2 u d l u hf 令 2 8 u 定态流动时 直管阻力通式（范宁Fanning公式） 其它形式： 摩擦系数（摩擦因数） 则 2 2 u d l h f J/kg 压头损失 g u d l H f 2 2 m 流体摩擦阻力损失计算式对层流、湍流均适用，流体摩擦阻力损失计算式对层流、湍流均适用， 只是摩擦系数计算式不同。只是摩擦系数计算式不同。 三、层流时的摩擦系数三、层流时的摩擦系数 max 2 1 uu 221 max 4 )( R l pp u 速度分布方程 2 d R

3、2 21 32 )( d lu pp 2 32 d lu p 又 哈根哈根- -泊谡叶泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程方程 2 32 d lup h f 能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 。 2Re 64 2 6432 22 2 u d lu d l udd lu h f Re 64 变形： 比较得 四、湍流时的摩擦系数四、湍流时的摩擦系数 1. 1. 因次分析法因次分析法 目的目的：（1）减少实验工作量； （2）结果具有普遍性，便于推广。 基础基础：因次一致性 即每一个物理方程式的两边不仅数值相等， 而且每一项都应具有相同的因次。 基本定理基本定理：白金汉（Bucki

4、nghan）定理定理 设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变 量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N（nm） 个独立的无因次数群表示。 湍流时压力损失的影响因素： （1）流体性质：， （2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度） （3）流动条件：u ,ldufp f 物理变量 n 7 基本因次 m3（M/T/L) 无因次数群 Nnm4 dd lud u p , 2 无因次化处理 式中： 2 u p Eu 欧拉（Euler）准数 即该过程可用4个无因次数群表示。 d相对粗糙度 dl管道的几何尺寸 ud Re雷诺数 根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即 dd l u p Re, 2

5、2 Re,u dd lp hf 或 )(Re, d 莫狄（Moody）摩擦因数图： （1）层流区（Re 2000） 与 无关，与Re为直线关系，即 ,即 与u的一次方成正比。 d Re 64 uh f f h （2）过渡区（2000Re4000) 将湍流时的曲线延伸查取值 。 （3）湍流区（Re4000以及虚线以下的区域） )(Re,df （4）完全湍流区 （虚线以上的区域） 与Re无关，只与 有关 。 d 该区又称为阻力平方区。 2 uh f d一定时， 经验公式 ： （1）柏拉修斯（Blasius）式： 25. 0 Re 3164. 0 适用光滑管 Re5103105 （2）考莱布鲁克（C

6、olebrook）式 Re 7 .182 log274. 1 1 d 2.2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响管壁粗糙度对摩擦系数的影响 光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等； 粗糙管：钢管、铸铁管等。 绝对粗糙度绝对粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。 相对粗糙度相对粗糙度 ： 绝对粗糙度与管内径的比值。 d 层流流动时： 流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与 无关， 只与Re有关。 d 湍流流动时： 光滑管流动 只与Re有关，与 无关。 d 完全湍流粗糙管 只与 有关，与Re无关。d d 例例1-1-11 11 分别计算下列情况下，流体流过763mm、长 10m的水平钢管的能量损失、压头损失, 已知

7、 （1）密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s； （2）20的水，流速为2.2 m/s,。 m001. 0 五、五、 非圆形管内的流动阻力非圆形管内的流动阻力 当量直径：当量直径： A d e 44 润湿周边 流通截面积 套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2 : 12 12 2 1 2 2 4 4dd dd dd d e 边长分别为a、b的矩形管 : ba ab ba ab d e 2 )(2 4 说明： （1）Re与hf中的直径用de计算； （2）层流时： Re C 正方形 C57 套管环隙 C96 （3）流速用实际流通面积计算 。 2 785. 0 e v

8、 d q u 1.4.1.4.6 6 局部阻力局部阻力 一、阻力系数法一、阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。 2 2 u h f 或 g u H f 2 2 局部阻力系数局部阻力系数 J/kg J/N=m 小管中的大速度 1 2 1 2 2 1 u 2 10)1 ( u h A A f 1. 突然扩大 小管中的大速度 2 2 2 2 0 2 2 5 . 00) 1( u u h A A f 2.突然缩小 3. 管进口及出口 进口：流体自容器进入管内。 进口 进口 = 0.5 = 0.5 进口阻力系数进口阻力系数 出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 出口 出口 = 1 = 1 出口阻力系数出口阻力系数 4 . 管件与阀门 蝶阀蝶阀 g u d l H u d l h e f e f 22 22 或 二、当量长度法二、当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、 长度为Le的直管所产生的阻力 。 Le 管件或阀门的当量长度，m。 总阻力： 2 )( 2 22 u d lu d ll h e f 减少流动阻力的途径： 管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯； 尽量不安装不必要的管件和阀门等； 管径适当大些。 例例1-1-12 12 如图所示，料液由常压高位槽流 入精馏塔中。进料处塔中的压力为0.2at （