14 管内流体流动的摩擦阻力损失课件

1、1.4.1 两种阻力损失一、流体阻力的类型直管弯头阀门管件与阀门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.产生阻力损失的外部条件局部阻力流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小或方向的改变而引起的阻力。 特点:边界层与固体表面不分离 特点:边界层与固体表面分离 阻力损失产生的根本原因:流体内部及流体与固体壁面间的粘性摩擦作用。 二、阻力损失的表现：流体势能的降低 1. 通常的管路无论直管阻力或局部阻力，也不论是层流或湍流，阻力损失主要表现为流体势能降低。2. 水平均匀管道阻力损失等于静压能的减小。3非水平均匀管道阻力损失表现为流体势能的降低。三、层流时直管的阻力损失 阻力损失 水

2、平直管倾斜直管1.4.2 湍流时直管阻力损失的实验研究方法 一、析因实验：寻找影响过程的主要因素 流动的几何尺寸：d，l，(粗糙度)；流动条件：u；流体性质：， hf=f(d，l，u，) 绝对粗糙度：管壁粗糙面凸出部分的平均高度相对粗糙度:/d 粗糙度管道光滑管粗糙管玻璃管铜管钢管铸铁管按管材性质和加工情况分类二、规划实验：减少实验工作量 因次分析法基础：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。目的：（1）减少实验工作量； （2）结果具有普遍性，便于推广。基本定理：白金汉（Buckinghan）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

3、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。 物理变量 n 7基本因次 m3 即长度、时间、质量无因次数群 Nnm4 假设b、c、f为已知 a=2-b-c-d+3e+f =2-b-c-2+f-3f+f=-b-c-fd=2-fe=-f无因次化处理欧拉准数雷诺准数管道的几何尺寸相对粗糙度因次分析法的优点：(1)克服了一些实验测定时的困难(2)具有物料由此及彼，设备尺寸由小见大的功效问题：考察物性和 对阻力损失的影响改变流体种类改变Re三、数据处理：实验结果的正确表达 据经验:阻力损失与管长l成正比 1.4.3 直管阻力损失的计算 一、统一的表达方式(范宁公式) 二、摩擦系数 1.

4、 层流 2. 湍流J.Nikuradse and L. F. Moody 人工粗糙管 光滑管(水力光滑管)Blasius公式 粗糙管Re很大Haaland关联式Colebrook关联式3. 摩擦因数图 分界线过渡区（2000Re4000) 将湍流时的曲线延伸查取值 。 湍流区（Re4000以及虚线以下的区域） 层流区（Re 2000) 与Re成反比例关系 流体种类、管径、管长一定，hfu阻力一次方区工程设计一般都避免在过渡区操作 。 完全湍流区当/d一定时，为定值 与Re无关管道、管长、管径一定, 阻力平方区三、粗糙度对的影响 层流流动 湍流流动 水力光滑管只与Re有关，与/d无关 完全湍流粗

5、糙管只与/d有关，与Re无关流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与/d无关，只与Re有关。层流底层厚度 管子的绝对粗糙度 例 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、压头损失及压力损失.密度为910 kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s；20的水，流速为2.2 m/s。 能量损失 压头损失 压力损失 解: （1）油品流动为层流流动为湍流取钢管的绝对粗糙度为0.2mm0.027（2）20水的物性能量损失 压头损失 压力损失 四、非圆形管的当量直径阻力损失相等原则当量直径de 边长分别为a、b的矩形管 套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2 从减小能量的

6、角度看，圆形截面最佳。项目正方形长方形圆形流通截面积/m20.480.480.48几何特征边长 0.693m长 1.2m,宽0.4m 内径0.78m润湿周边长度/m2.773.22.45流动当量直径/m0.6930.60.78说明：（2）流速用实际流通面积计算 。（1）Re与hf中的直径用de计算；（3）层流正方形 C=57,等边三角形 C=53,环形C=96 1.4.4 局部阻力损失 一、局部阻力损失的2种近似算法 1. 阻力系数法近似地认为局部阻力服从平方定律 局部阻力系数(p40表1-2管件和阀件的局部阻力系数)J/kgJ/N几种典型情况的局部阻力系数 突然扩大 突然缩小 管出口与管入口

7、 流体自管出口流进容器 流体自容器流进管道2当量长度法 流体湍流流过局部障碍物所产生的局部摩擦损失流体流过某一长度为le的同直径的管道所产生的摩擦损失le当量长度二、管路系统的总阻力损失 1等径管路 注意:对于局部阻力，可用任一种方法计算，但不能用两种方法重复计算 .2. 非等径管路压差送液如附图所示，用压缩空气将密闭密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送至敞口高位槽。输送流量为0.1 m3/min，输送管路为383的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，在压送过程中设为不变。管路总长为20m，设有一个闸阀(全开)，8个标准90o弯头。求压缩空气所需的压强(表压)为多少MPa？ 已知：操作温度

8、下硫酸的物性为=1830kg/m3，=12mPa.s，钢管的粗糙度为0.15mm。 qV=0.1 m3/min管路:383无缝钢管,=0.15mm。Z2-z1=10mL=20m闸阀(全开)1个，标准90o弯头8个硫酸的物性=1830kg/m3=12mPa.s求压缩空气所需的压强(表压)为多少MPa在酸蛋液面与管子出口内侧间列伯努利方程 p1(表)p1p2，z2z110 m，u10，u2u 闸阀(全开) 标准90o弯头 入口处突然缩小 将2104kg/h的某种水溶液用泵从反应器输送到高位槽。在操作条件下的水溶液的平均密度为1073kg/m3，粘度为0.63mPas。反应器液面上方保持26.7kP

9、a的真空度，高位槽液面上方为大气压。泵的进口管道为108mm4mm，长为5m，管路上装有90o标准弯头1个,全开闸阀1个。泵的出口管道为764的钢管，长为45m，取管壁绝对粗糙度为0.3mm，管路上装有全开闸阀1个，孔板流量计1个（局部阻力系数为4），90o标准弯头4个，反应器内液面与管路出口的垂直距离为15m。今在库房里有一台备用的离心泵，其效率为66%，轴功率为3.71kW。试计算该泵的轴功率能否满足要求。出口管道:764，长45m，=0.3mm， 全开闸阀1个，孔板流量计1个（局部阻力系数为4），90o标准弯头4个进口管道:108mm4mm，长5m，90o标准弯头1个,全开闸阀1个。qm=2104kg/h1073kg/m3，粘度为0.63mPasp1=-26.7kPa=66%，Pa=3.71kW试计算该泵的轴功率能否满足要求。解：以反应器液面为1-1截面为位能基准面，在1-1截面与管路出口内侧截面2-2间列列出柏努利方程： z1=0，z2=15m