阻力损失(张宏丽)

1.4阻力损失1.4.1流体的黏度1.4.2流体流动的类型1.4.3圆管内流体的速度分布1.4.4流体阻力的计算1.4.1流体的黏度一、流体阻力的表现二.内摩擦力流体流动时，流体内部相邻两层之间阻碍流体层相对运动时的剪应力。流动快的流体层流动慢的流体层牵引力阻碍力三.黏性①含义：当流体流动时，流体内部流层之间产生内摩擦力的特性称为黏性。②黏度：衡量黏性大小的物理量，称为黏性系数或动力黏度,简称黏度③单位1Pa.s=10P=1000cP1cP=1mPa.s④影响因素流体种类温度压力气体T↑,μ↑p<4MPa时可忽略液体T↑,μ↓可忽略10℃20℃30℃空气(μPa.s)17.718.118.6水(mPa.s)1.3051.0040.801空气与水在不同温度下的粘度⑤混合流体的黏度b.常压下混合气体的黏度c.分子不缔合的混合液黏度a.查阅相关手册1.4.2流体流动的类型一、两种流动型态——层流和湍流1.雷诺实验(1883年，英国)2.两种流型①层流(滞流)：流体质点沿流动方向作直线运动，各质点互不碰撞，互不混合。②湍流(紊流)：流体质点作不规则的杂乱运动，并互相碰撞、混合，产生旋涡，介于层流与湍流之间的情况称为过渡流，处于不稳定状态。③层流与湍流的本质区别：层流无径向脉动，湍流有径向脉动。二、流动型态判据

1.影响流动型态的因素设备因素：管径d操作因素：流速u物性因素：流体的密度ρ及粘度μ。无因次数群或准数2000<Re<4000时，流动可能是层流，也可能是湍流，不稳定的过渡区。Re≤2000时，流动为层流，层流区；Re≥4000时，一般出现湍流，湍流区；2.判断流型1.4.3圆管内流体的速度分布层流湍流1.4.4流体阻力的计算一、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、直管阻力通式其它形式：——摩擦系数（摩擦因数）

J/kg压头损失m压力损失Pa该公式层流与湍流均适用；注意与的区别。1.层流时的λ

J.NikuradseandL.F.Moody

人工粗糙管①光滑管(水力光滑管)——Blasius公式②粗糙管Re很大2.湍流时的λ3.摩擦因数图分界线②过渡区（2000<Re<4000)将湍流时的曲线延伸查取λ值。③湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域）

①层流区（Re≤2000)

λ与Re成反比例关系流体种类、管径、管长一定，hf∝u阻力一次方区工程设计一般都避免在过渡区操作。④完全湍流区当ε/d一定时，λ为定值λ与Re无关管道、管长、管径一定,阻力平方区例分别计算下列情况下，流体流过φ76×3mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失.密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s；20℃的水，流速为2.2m/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0.2mmλ＝0.027（2）20℃水的物性能量损失压头损失压力损失4.非圆形管的直管阻力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d2⑤从减小能量的角度看，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/m0.6930.60.78五、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(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

①突然扩大②突然缩小③管出口与管入口

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——当量长度管件和阀件的当量长度图(p33)当量长度管子内径截止阀全开小管的ule—当量长度—局部阻力系数注意：以上两种方法均为近似估算。两种计算方法所得结果不完全一致

3、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）.非等径管路将2×104kg/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0.63mPa·s。反应器液面上方保持26.7kPa的真空度，高位槽液面上方为大气压。泵的进口管道为φ108mm×4mm，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φ76×4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。进口管道:φ108mm×4mm，长5m，90o标准弯头1个,全开闸阀1个。出口管道:φ76×4，长45m，管壁绝对粗糙度为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，u1≈0，u2≈u出，p1表=-2.67×104Pa，p2表=0，ρ=1073kg/m3

入口管段：90o标准弯头1个：进口损失：λ=0.027闸阀（全开）1个：0.17出口管段：

闸阀（全开）1个：0.17标准弯头4个：0.75×4=3孔板流量计1个：4λ=0.03库存的泵轴功率能满足要求。如本题附图所示，水从贮水箱A经异径水平管B及C流至大气中。已知水箱内液面与管子中心线间的垂直距离为5.5m，保持恒定，管段B的直径为管段C的两倍。水流经B、C段的摩擦阻力分别为，。由水箱至管段B及由管段B至管段C的突然缩小损失可以忽略，而管段C至外界的出口损失不能忽略。试求：(1)水在管路C中的流速；（2）水在管路B中的流速；（3）管段B末端内侧的压强。

解：（1）水在管路C中的流速在水箱1-1面及管C出口内侧面2-2’间列柏努利方程，以水平管中心线为基准面：z1=5.5m，p1=0(表压)，u1≈0，z2=0，p2=0，u2=uC取水的密度为1000kg/m3解得uC=4.232m/s(2)水在管路B中的流速据连续性方程

(3)管段B末端内侧的压强在水箱1-1面及管B出口内侧面3-3间列柏努利方程u3=uB=1.058m/s管B出口表压强如附图所示，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0.1m3/min，输送管路为φ38×3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