第四节 流体管内阻力

1、化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节第四节第四节 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力截止阀截止阀化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节第四节第四节 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力化工中的管子按照管材的性质和加工情况分为光滑化工中的管子按照管材的性质和加工情况分为光滑管和粗糙管。玻璃管、铜管、铅管及塑料管称为光管和粗糙管。玻璃管、铜管、铅管及塑料管称为光滑管；旧钢管和铸铁管称为粗糙管。滑管；旧钢管和铸铁管称为粗糙管。一、化工管路构成一、化工管路构成化工管路光滑管 粗糙管 玻璃管、黄铜管、塑料管 钢管、铸铁管 1.1.化工用管化

2、工用管化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节2、常用管件、常用管件弯头、三通、活接头弯头、三通、活接头等等化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节3 3、常用阀门、常用阀门闸阀、截止阀、止回阀等闸阀、截止阀、止回阀等化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节第四节第四节 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力截止阀截止阀化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节球阀球阀化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节4 4、流体阻力产生原因、流体阻力产生原因 流动阻力产生的根源流动阻

3、力产生的根源 流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力. 流动阻力流动阻力产生的条件产生的条件固定的管壁或其他形状的固体壁面化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节流体阻力产生原因流体阻力产生原因管路中的阻力直管阻力 ：局部阻力： 流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦而产生的阻力 流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力fhfhfh化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节二、流体在直管中的流动阻力fhpugZpugZ2222121122021 ZZ21uu fhPP211、计算圆形直管阻力的通式 化工原理化工原理电子

4、教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节垂直作用于截面1-1上的压力 ：111ApP 垂直作用于截面2-2上的压力 ：222ApP 平行作用于流体表面上的摩擦力为 ：SF021FPP0442221dldpdp214dp224dpdldldpp2214dlpp421化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节dlhwf42822udluw 28uw 令令22udlhf长径比无量纲动能摩擦系数无量纲-沿程损失计算通式fhPP21dlpp421dlhf4范宁公式范宁公式化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节22udlhPff22udlhf 为无因次的

5、系数，称为摩擦因数 。)/(Re,df阻力压降阻力压降gudlHf22压头损失压头损失化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 22max1Rr28uw Rrwdrd 2 2、层流的摩擦系数、层流的摩擦系数第三节已推得速度分布：第三节已推得速度分布：uRvRw 42max uduR 6432 Re64 由牛顿粘性定律可知由牛顿粘性定律可知 max21 u及及22udlhf通式-层流摩擦系数例题：例题：1-19化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节3、湍流的摩擦系数、湍流的摩擦系数 主要依靠实验主要依靠实验建立经验关系式。实验应在建立经验关系式。

6、实验应在因次分析法因次分析法指导下进行。指导下进行。，uldfhf（1）通过实验找到所有影响因素：）通过实验找到所有影响因素：因次分析法因次分析法：可大大减少变可大大减少变量个数量个数 只是一种数学只是一种数学分析方法，不能分析方法，不能代替实验。代替实验。 d u 糙度糙度 请点击看下表请点击看下表 物理量总数物理量总数n722udlhf通式化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节返回上页返回上页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节，uldfhf（2 2）找出各物理量量纲中所涉及的基本量纲）找出各物理量量纲中所涉及的基本量纲 基本量纲个数基

7、本量纲个数 r3 （3）选择）选择r3个物理量作为基本物理量个物理量作为基本物理量如选如选d、u及及 （4）将其余）将其余n- r734个物理量逐一与基本物理量组个物理量逐一与基本物理量组成特征数成特征数 d = l = = m =L u =m s-1= L T-1 = kg m-3= M L-3 = Pa s= M L-1 T -1 wf= J kg-1= (kg m2 s-2) kg-1 =L2 T -2（不这样选（不这样选也可以，但将得到不同的结果。）也可以，但将得到不同的结果。）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 1111cbaudl 2222cbaud

8、3333cbaud 4444cbafudw （5 5）根据）根据量纲一致性原则量纲一致性原则确定上述待定指数确定上述待定指数 方程的各项必需具有相同的量纲 无因次无因次 2222222c1b3ca1 -c3b1aMTLLMTLLTML 11122b 如如 010103122222cbcba111222 cba 111112Re duud化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节d 324uwf 类似可得类似可得 dl 1 -相对粗糙度相对粗糙度 -欧拉（欧拉（Euler）数）数 ，uldfwf dldFuwf,Re,2 :22对照，得与udlhf d Re, 三者函数关系

9、的实验结果标绘在双对数坐标图上，三者函数关系的实验结果标绘在双对数坐标图上，称为称为莫狄（莫狄（MoodyMoody）摩擦系数图）摩擦系数图 改写为：改写为：-湍流摩擦系数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001

10、 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re莫莫狄狄（Moody）图图层层流流区区Re64 过渡区湍湍流流区区 d Re,阻力平方区 d Re 22udlhf水力光滑管水力光滑管化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002

11、 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷诺数 du Re如何使用摩迪图？如何使用摩迪图？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节湍流时湍流时 的经验式的经验式 使用时注意经验式的适用范围25. 0Re3164. 0 32. 0Re500. 00056. 0 8 . 0Relog

12、0 . 21 柏拉修斯（柏拉修斯（Blasius）式：）式： 顾毓珍等公式：顾毓珍等公式：（2100Re105 注：教材上有误注：教材上有误）（3000Re3 106）普兰特式（普兰特式（Prandtl）：）：（注：教材上有误）（注：教材上有误）（ 2300ReA1，阻力系数，阻力系数 o=125 . 02uhf入口 u u 管入口：管入口： A2A1，阻力系数，阻力系数 i=0.5化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节2-2面取在出口外侧时，wf中应包括出口阻力损失（其大小为 ），但2-2面的动能为零。 五、管内流动总阻力损失的计算五、管内流动总阻力损失的计算总阻力

13、损失总阻力损失管出口弯管阀门管入口fshpugzwpugz2222121122机械能衡算方程：机械能衡算方程：2222udludllwef 2-2面取在出口内侧时，wf中应不包括出口阻力损失，但出口截面处的动能222u22u2特别注意：特别注意：管出口截面的选取位置不同，管出口截面的选取位置不同，总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算总阻力损失大小略有不同，但机械能衡算方程结果相同。见下图：方程结果相同。见下图：请思考：请思考：如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？如下图所示的管路系统，其总阻力损失应计入哪几项？试分别列出来。试分别列出来。0222 u22u2化工原理化工原理电子教案电

14、子教案/ /第一章第一章 第四节第四节例题例题1 12222；1 12323化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 pa pB z？ B A 【例例】 总阻力损失的计算总阻力损失的计算如图所示，将敞口高位槽如图所示，将敞口高位槽A中密度中密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s的溶液自的溶液自流送入设备流送入设备B中。中。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道分别为，阀门前、后的输送管道分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，

15、管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以4 m3 h-1的的流量流入设备流量流入设备B中，问中，问 z 为多少米？为多少米？解：解：1 11 12 22 2在面在面1-11-1与与2-22-2间列机械能衡算式：间列机械能衡算式： 阀阀后后阀阀前前ffwwpugzpugz 2222121122注：注：面面2-22-2取在取在管出口内侧、外管出口内侧、外测均可，这里取测均可，这里取在内侧。在内侧。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s

16、。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。流弯头、一个标准阀（全开）。流量量4 m3 h-11 11 12 22 222870101022222113221udludlugz 30. 14033. 03600442211 dVus431111067. 4108 . 087030. 1033. 0Re ud4000 m s-1查表查表1-1取管壁绝对糙度取管壁

17、绝对糙度 =0.2 mm /d1=0.00606查图查图1-27 1=0.0322230. 1033. 010032. 02222udl 阀阀前前化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道，阀门前、后的输送管道分别为分别为 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为总长分别为10 m和和8 m，管路上有一个，管路上有一个90 弯头、一个标准阀（全开）。弯头、一个标准阀（全开

18、）。流量流量4 m3 h-11 11 12 22 24000 m s-1 /d2=0.2/27=0.0074查图查图1-27 2=0.033突然缩小突然缩小 1=0.5，查表查表1-2知知 90 弯头弯头 2=0.75 94. 14027. 03600442222 dVus432221070. 5108 . 087094. 1027. 0Re ud22870101022222113221udludlugz 2230. 1033. 010032. 02222udl 阀阀前前+0.5+0.75294. 1027. 08033. 02 阀阀后后 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第一章第一章 第四节第四节294. 1027. 08033. 02 阀阀后后 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8