第一章流体流动3

1、2022-4-21巨化培训中心1化化 工工 原原 理理主讲人主讲人: : 姜美英姜美英2022-4-21巨化培训中心2 第三节第三节 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力221211221122fppzuHzuHgggg 1、阻力的表示法：、阻力的表示法：(1) :单位质量流体产生的阻力损失单位质量流体产生的阻力损失(J/kg).fh(2) :单位重量流体产生的阻力损失单位重量流体产生的阻力损失(J/N=m).fH(3) :单位体积流体产生的阻力损失单位体积流体产生的阻力损失(J/m3=Pa).fp一、一、流体阻力的来源流体阻力的来源pgppguuzzHf212221212)(2022-4

2、-21巨化培训中心3注意：注意：压力损失压力损失 是流体流动能量损失的一种表是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差示形式，与两截面间的压力差 意义不同，意义不同，只有当管路为水平、管径不变且无外功加入时，二只有当管路为水平、管径不变且无外功加入时，二者才相等者才相等 。fp)(21ppp2022-4-21巨化培训中心42、 流体阻力的表现流体阻力的表现 如图所示实验如图所示实验hh1h2第一步：关闭阀门第一步：关闭阀门现象：现象：h=h1=h21 2 ghp根据：根据：h1=h2 P1=P2根据伯努利方程式根据伯努利方程式pgppguuzzHf212221212)(结论一：静止流

3、体没有阻力结论一：静止流体没有阻力=02022-4-21巨化培训中心52、 流体阻力的表现流体阻力的表现 如图所示实验如图所示实验hh1h2第二步：打开阀门第二步：打开阀门现象：现象：hh1h21 2 ghp根据：根据：h1h2 P1P2根据伯努利方程式根据伯努利方程式pgppguuzzHf212221212)(结论二：只要流动就有阻力结论二：只要流动就有阻力02022-4-21巨化培训中心62、 流体阻力的表现流体阻力的表现 如图所示实验如图所示实验hh1h2第三步：开大阀门，流速增大第三步：开大阀门，流速增大1 2 现象：现象：h1-h2 根据伯努利方程式根据伯努利方程式pgppHf21结

4、论三：流速越大，阻力越大结论三：流速越大，阻力越大 流体的流动阻力表现为静压能的减少；流体的流动阻力表现为静压能的减少； 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 说明说明 P1-P22022-4-21巨化培训中心73、 流体阻力的来源流体阻力的来源 液体对固体壁液体对固体壁面有附着力面有附着力液体之间有吸液体之间有吸引力引力液 体 分液 体 分层运动层运动层 与 层 之层 与 层 之间 的 作 用间 的 作 用力 称 内 摩力 称 内 摩擦力擦力1）内摩擦力：）内摩擦力：2）产生阻力的原因？）产生阻力的原因？1、内摩擦力是产生阻力的根本

5、原因。也称第一位原因（内因）、内摩擦力是产生阻力的根本原因。也称第一位原因（内因）2、流动状态是产生流动阻力的第二位原因。、流动状态是产生流动阻力的第二位原因。3、管路情况对阻力大小也有影响、管路情况对阻力大小也有影响.(外因外因)2022-4-21巨化培训中心8二、流体的粘度二、流体的粘度 （动力粘度）（动力粘度） 1.1.粘性：流体具有内摩擦力的性质称粘性粘性：流体具有内摩擦力的性质称粘性. . 2 2、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符号、粘度：衡量粘性大小的物理量。用符号 表示。表示。 越大，表明流体的流动性越差，在相同的流动越大，表明流体的流动性越差，在相同的流动情况下，流动阻力越大情

6、况下，流动阻力越大3. 3. 粘度的单位粘度的单位SISI制：制：PaPas s 或或 kg/(mkg/(ms)s)物理制：物理制：CP(CP(厘泊）厘泊）换算关系换算关系1cP1cP1010-3-3 Pa Pas s2022-4-21巨化培训中心94.4.运动粘度运动粘度 粘度粘度与密度与密度之比。之比。 m2/s5、影响粘度的因素：温度和压强、影响粘度的因素：温度和压强(极小极小,一般可忽略一般可忽略)液体液体 :)(Tf T 气体气体 : 一般一般)(Tf T 超高压超高压),(Tpf p 2022-4-21巨化培训中心10三、流体流动类型与雷诺准数三、流体流动类型与雷诺准数 1、流体、

7、流体 的流动类型（两种）的流动类型（两种）雷诺实验雷诺实验2022-4-21巨化培训中心11A图：流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直图：流速小时，有色流体在管内沿轴线方向成一条直线。表明，水的线。表明，水的质点在管内都是沿着与管轴平行的方向质点在管内都是沿着与管轴平行的方向作直线运动作直线运动，各层之间没有质点的迁移。，各层之间没有质点的迁移。B图：当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时，有图：当开大阀门使水流速逐渐增大到一定数值时，有色细流便出现波动而成波浪形细线，并且不规则地波色细流便出现波动而成波浪形细线，并且不规则地波动；动； C图：速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水图

8、：速度再增，细线的波动加剧，整个玻璃管中的水呈现均匀的颜色。显然，此时流体的流动状况已发生了呈现均匀的颜色。显然，此时流体的流动状况已发生了显著地变化。显著地变化。 2022-4-21巨化培训中心12 层流（或滞流）：层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合； 湍流（或紊流）湍流（或紊流） ：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，：流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互

9、相碰撞和混合质点互相碰撞和混合。影响流型的因素：影响流型的因素：管径（管径（d) m流速（流速（u) m/s密度密度粘度粘度3/)(mkgspa.)(越大越势于湍流越大越势于湍流越小越势于湍流越小越势于湍流 udRe 2022-4-21巨化培训中心132、雷诺准数雷诺准数 单位为单位为1的数群称准数的数群称准数 这数群称为这数群称为雷诺准数或雷诺雷诺准数或雷诺准数准数用用ReRe表示。表示。 udRe 3、流型判据：、流型判据：Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；时，流动为层流，此区称为层流区；Re4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000 R

10、e 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。区称为不稳定的过渡区。2022-4-21巨化培训中心14Re的的物理意义物理意义 Re反映了流体流动中的湍动程度。反映了流体流动中的湍动程度。ReRe值越大，湍动程值越大，湍动程度越大，流动阻力越大度越大，流动阻力越大 4 4、湍流时的速度分布、湍流时的速度分布 湍流时湍流时u=0.8umax 滞流时滞流时u=0.5umax2022-4-21巨化培训中心155、层流内层、层流内层湍流流动时沿径向分为三层：湍流主体、湍流流动时沿径向分为三层：湍流主体、 过渡层过渡层 、层流内层、层流内层紧

11、靠管壁处作层流紧靠管壁处作层流流动的流体层流动的流体层2022-4-21巨化培训中心16四四 流体流动阻力的计算流体流动阻力的计算直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而 产生的阻力；用产生的阻力；用h h直直表示表示局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速局部阻力：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。用大小及方向的改变而引起的阻力。用h h局局表示表示 1 1、管路中阻力的分类（两类）、管路中阻力的分类（两类）2 2、阻力计算、阻力计算总阻力总阻力=直管阻力直管阻力+局部阻力局部阻力2022-4-21巨

12、化培训中心172 2、阻力计算、阻力计算2.2udlh直1）直管阻力）直管阻力J/kg式中：式中：l管长管长m d管径管径m u流速流速m/s 为阻力系数，为阻力系数， )(, deR 直 管 阻 力 通 式直 管 阻 力 通 式（范宁公式）（范宁公式） P34图图1-202022-4-21巨化培训中心18压头损失压头损失2f2l uHdg m压力损失压力损失22fudlp Pa2022-4-21巨化培训中心19滞流区滞流区光滑管光滑管过渡区过渡区湍流区湍流区完全湍流，完全湍流，粗糙管粗糙管2022-4-21巨化培训中心20上图可以分成上图可以分成4个不同区域。个不同区域。层流区：层流区： R

13、e 2000， =64/Re ，与，与 /d无关。无关。过渡区：过渡区：2000 Re 4000 与与Re 和和 /d有关。有关。湍流区：湍流区：Re 4000, 与与Re 和和 /d有关。有关。与与Re 和和 /d有关。有关。完全湍流区完全湍流区(阻力平方区阻力平方区)： 与与Re 无关，无关， 仅与仅与 /d有关。有关。Re越大越大, 越越 小小2022-4-21巨化培训中心212)局部阻力局部阻力 （1 1）阻力系数法）阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。将局部阻力表示为动能的某一倍数。 2f2uh 或或 2f2uHg 局部阻力系数局部阻力系数 J/kgJ/N=m2022-4-2

14、1巨化培训中心2221221f1(1)0 1u2AAuh 小小管管中中的的大大速速度度1. 突然扩大突然扩大2022-4-21巨化培训中心232122f20.5(1)0 0.52AAuhu 小小管管中中的的大大速速度度2.突然缩小突然缩小2022-4-21巨化培训中心243. 管进口及出口管进口及出口进口：流体自容器进入管内。进口：流体自容器进入管内。 进口进口 = 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出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。空间。 出口出口 = 1 出口阻力系数出口阻力系数4 . 管件与阀门管件与阀门2022-4-21巨化培训中

15、心252022-4-21巨化培训中心262022-4-21巨化培训中心27蝶阀蝶阀2022-4-21巨化培训中心282022-4-21巨化培训中心292022-4-21巨化培训中心3022eeff22lluuhHddg或或（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、长度为径相同、长度为le e的直管所产生的阻力的直管所产生的阻力 。le 管件或阀门的当量长度，管件或阀门的当量长度，m。2022-4-21巨化培训中心313、流体在管路中的总阻力流体在管路中的总阻力22ef()22ll uluhdd 减少流动阻力的途径：减少流动阻力的途径： 管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；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；尽量不安装不必要的管件和阀门等； 管径适当大些。管径适当大些。2022-4-21巨化培训中心32（三）阻力对管内流动的影响（三）阻力对管内流动的影响pApBpaF11 22 AB 阀门阀门F开度减小时：开度减小时：（1）阀关小，阀门局部阻力系数）阀关小，阀门局部阻力系数 hf,A-B 流速流速u 即流量即流量； 2022-4-21巨化培训中心33（2）在）在1-A之间，由于之间，由于流速流速u hf,1-A