流体流动的阻力

第1页，共65页，2023年，2月20日，星期一一、直管阻力损失的计算二、局部阻力损失的计算第2页，共65页，2023年，2月20日，星期一

——流动阻力产生的根源

流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力.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。流动阻力的根源与类别（P46）第3页，共65页，2023年，2月20日，星期一铸铁管第4页，共65页，2023年，2月20日，星期一碳钢管第5页，共65页，2023年，2月20日，星期一合金钢管第6页，共65页，2023年，2月20日，星期一有色金属管第7页，共65页，2023年，2月20日，星期一非金属管第8页，共65页，2023年，2月20日，星期一一直管阻力损失的计算流体在水平等径直管中作定态流动:1阻力的表现形式

第9页，共65页，2023年，2月20日，星期一若管道为倾斜管，则

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。第10页，共65页，2023年，2月20日，星期一2直管阻力的通式由于压力差而产生的推动力：流体的摩擦力：令

定态流动时:第11页，共65页，2023年，2月20日，星期一——直管阻力通式（范宁Fanning公式）

——摩擦系数（摩擦因数）

则J/kg其它形式：压头损失m压力损失Pa

上述公式层流与湍流均适用；注意与的区别。1-44(P48)第12页，共65页，2023年，2月20日，星期一长径比，无因次动能摩擦系数-----直管摩擦损失计算通式（1）层流时的（2）湍流时的主要依靠实验研究范宁因子，，哈根－泊谡叶公式各项的物理意义：1-44(P48)第13页，共65页，2023年，2月20日，星期一3层流时的摩擦系数(P50)速度分布方程又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程

第14页，共65页，2023年，2月20日，星期一能量损失

层流时阻力与速度的一次方成正比。变形：比较得1-46,圆管、层流第15页，共65页，2023年，2月20日，星期一4湍流时的摩擦系数（1）因次分析法（参阅实验教材P7~14）目的：a）减少实验工作量；

b）结果具有普遍性，便于推广。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。第16页，共65页，2023年，2月20日，星期一基本定理：白金汉（Buckinghan)π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＝（n－m）个独立的无因次数群表示。

湍流时压力损失的影响因素：a）流体性质：，b）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）c）流动条件：u第17页，共65页，2023年，2月20日，星期一物理变量n＝7基本因次m＝3无因次数群N＝n－m＝4无因次化处理式中：——欧拉（Euler）准数即该过程可用4个无因次数群表示。第18页，共65页，2023年，2月20日，星期一——相对粗糙度——管道的几何尺寸——雷诺数根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即

或第19页，共65页，2023年，2月20日，星期一莫狄（Moody）摩擦因数图：（P54)9.28第20页，共65页，2023年，2月20日，星期一第21页，共65页，2023年，2月20日，星期一第22页，共65页，2023年，2月20日，星期一a）层流区（Re≤2000）

l与

无关，与Re为直线关系，即

,即

与u的一次方成正比。b）过渡区（2000<Re<4000)

将湍流时的曲线延伸查取l值。c）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域）

d）完全湍流区（虚线以上的区域）

l与Re无关，只与

有关。该区又称为阻力平方区。一定时，第23页，共65页，2023年，2月20日，星期一使用时注意经验式的适用范围几个光滑管内湍流经验公式：第24页，共65页，2023年，2月20日，星期一几个粗糙管内湍流经验公式：此式适用范围为Re

4000，

/d≤0.005第25页，共65页，2023年，2月20日，星期一（2）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

：管道壁面凸出部分的平均高度。

e值见P.49表1-2相对粗糙度

：绝对粗糙度与管内径的比值。

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。4湍流时的摩擦系数第26页，共65页，2023年，2月20日，星期一

湍流流动时：观看动画：层流到湍流的转变过程.swf

粗糙管壁流动.swf

完全湍流粗糙管(dLe)只与

有关，与Re无关。

水力光滑管(dLe)只与Re有关，与无关。第27页，共65页，2023年，2月20日，星期一5非圆形管内的流动阻力(P53、55)当量直径：

套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2:d2d1

边长分别为a、b的矩形管:ab水力半径第28页，共65页，2023年，2月20日，星期一说明：（1）Re与hf中的直径用de计算；（2）层流时：（3）流速用实际流通面积计算。正方形C＝57套管环隙C＝96其余修正值C见P.55表1-3不能用当量直径来计算流体通过的截面积、流速和流量!?第29页，共65页，2023年，2月20日，星期一二局部阻力损失的计算管路的连接方法：（1）螺纹连接第30页，共65页，2023年，2月20日，星期一各种管件第31页，共65页，2023年，2月20日，星期一弯头异径管三通第32页，共65页，2023年，2月20日，星期一（2）焊接第33页，共65页，2023年，2月20日，星期一（3）法兰连接

第34页，共65页，2023年，2月20日，星期一各种管件变径管第35页，共65页，2023年，2月20日，星期一三通闷头弯头法兰第36页，共65页，2023年，2月20日，星期一截止阀观看《截止阀.swf》观看《球阀.swf》第37页，共65页，2023年，2月20日，星期一闸阀第38页，共65页，2023年，2月20日，星期一旋塞第39页，共65页，2023年，2月20日，星期一隔膜阀第40页，共65页，2023年，2月20日，星期一蝶阀薄膜阀

第41页，共65页，2023年，2月20日，星期一电磁阀

止逆阀第42页，共65页，2023年，2月20日，星期一针形阀第43页，共65页，2023年，2月20日，星期一其它阀门

安全阀疏水器停止吸气阀

第44页，共65页，2023年，2月20日，星期一几种典型的局部阻力

二局部阻力损失的计算第45页，共65页，2023年，2月20日，星期一1阻力系数法

将局部阻力表示为动能的某一倍数。或z——

局部阻力系数

J/kgJ/N=m第46页，共65页，2023年，2月20日，星期一（1）突然扩大（a）小管中的流速—121'f21~0uuhzz==图1-28，P57第47页，共65页，2023年，2月20日，星期一（2）突然缩小（b）小管中的流速-==222'f25.0~0uuhzzu均以小管的流速为准图1-28，P57第48页，共65页，2023年，2月20日，星期一（3）管进口及出口进口：流体自容器进入管内。

z进口

=0.5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。

z出口

=1出口阻力系数第49页，共65页，2023年，2月20日，星期一??选管的内侧与外侧，阻力不同！P56，请记录……

第50页，共65页，2023年，2月20日，星期一常见管件的阻力系数

标准弯头0.75回弯头1.5活接0.4出管口1.0入管口0.5全开闸阀0.17半开闸阀4.5角阀5.0全开截止阀6.4半开截止阀9.5（4）管件与阀门z:

查有关手册第51页，共65页，2023年，2月20日，星期一2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。第52页，共65页，2023年，2月20日，星期一当量阻力线图P58第53页，共65页，2023年，2月20日，星期一总阻力：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。第54页，共65页，2023年，2月20日，星期一作业：习题12、13第55页，共65页，2023年，2月20日，星期一

用泵把20℃的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300l/min.高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用φ57×3.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵的轴功率。设泵的效率为70%。P59,例1-20：第56页，共65页，2023年，2月20日，星期一分析：求泵的轴功率柏努利方程△Z、△u、△P已知求∑hf管径不同吸入管路排出管路范宁公式l、d已知求λ求Re、ε/d摩擦因数图当量长度阻力系数查图第57页，共65页，2023年，2月20日，星期一解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量损失第58页，共65页，2023年，2月20日，星期一式中管件、阀门的当量长度为：

底阀(按旋转式止回阀全开时计）

6.3m

标准弯头

2.7m

进口阻力系数

ξc=0.5第59页，共65页，2023年，2月20日，星期一苯的密度为880kg/m3，粘度为6.5×10-4Pa·s取管壁的绝对粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/81=0.0037，

查得λ=0.029第60页，共65页，2023年，2月20日，星期一（2）排出管路上的能量损失∑hf,b式中:管件、阀门的当量长度分别为：全开的闸阀

0.33m全开的截止阀

17m三个标准弯头

1.6×3=4.8m第61页，共65页，2023年，2月20日，星期一出口阻力系数

ξe=1仍取管壁的绝对粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/50=0.006，查得l=0.0313第62页，共65页，2023年，2月20日，星期一（3）管路系统的总能量损失: