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文档简介
流体在管内的流动阻力第1页,课件共21页,创作于2023年2月一、概述:1、阻力产生的原因(1)流体具有粘性,产生粘性阻力;(2)形体阻力:流体流经不规则障碍物,边界层分离,因涡流产生能量损失。2、阻力分类: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;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。总阻力=直管阻力+局部阻力第2页,课件共21页,创作于2023年2月一、概述:3、阻力的表示法:(1):单位质量流体产生的阻力损失(J/kg).(2):单位重量流体产生的阻力损失(J/N=m).(3):单位体积流体产生的阻力损失(J/m3=Pa).注意:压力损失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意义不同,只有当管路为水平、管径不变且无外功加入时,二者才相等。第3页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:1、圆形直管内阻力计算公式:如图所示,对1-1′和2-2′截面间流体进行受力分析:推动力:方向与流动方向相同阻力:方向与流动方向相反定态流动,受力平衡第4页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:令所以上式为流体在直管内流动阻力的通式,称为范宁公式。式中λ为无因次系数,称为摩擦系数或摩擦因数,与流体流动的Re及管壁状况有关。三种形式:
第5页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:2、管壁粗糙度对λ的影响:1)粗糙度(绝对粗糙度)ε:壁面凸出部分的平均高度。2)相对粗糙度:3)粗糙度对的影响:无影响有影响层流时,无影响。湍流时第6页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:3、层流时的摩擦系数:将R=d/2代入可得:哈根-泊谡叶公式与范宁公式比较可得:层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。
第7页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:4、湍流时的摩擦系数:湍流时λ既与
Re有关,又与有关,一般通过因次分析法进行分析,得到一些经验公式,这里只介绍比较常用的柏拉修斯式:适用范围:光滑管,Re在第8页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:5、摩擦系数图(莫狄(Moody)图)层流区Re<2000与u的一次方成正比。
湍流区Re>4000虚线以下与Re和都有关一定时,Re越大,越小完全湍流区:虚线以上部分只与有关,与Re无关与u的平方成正比过渡区2000<Re<4000可按层流区也可按湍流区查第9页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:6、非圆形直管阻力损失的计算:一般以当量直径代替直径进行计算。当量直径de:与非圆形直管等长且阻力损失相等的圆管的直径。非圆形管内流动形态如何确定?abd2d1第10页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算:1)当量长度法:以当量长度代替范宁公式中直管的长度进行计算。当量长度:管件、阀门产生的阻力相当于同直径且阻力损失相同的圆管的长度,以表示。当量长度共线图7、局部阻力:第11页,课件共21页,创作于2023年2月局部阻力损失计算100mm的闸阀1/2关le=
22m100mm的标准三通
le=
2.2m100mm的闸阀全开le=
0.75m第12页,课件共21页,创作于2023年2月说明:①变径时,以细管内流速计算局部阻力;②突然扩大或突然缩小的阻力系数:从管路进入容器:二、阻力的计算:因为阻力损失与成正比,所以可以将局部阻力损失表示为从容器进入管路:③管件、阀门的局部阻力系数:查手册7、局部阻力:2)局部阻力系数法:ζ:局部阻力系数第13页,课件共21页,创作于2023年2月二、阻力的计算8、管路系统中的总能量损失第14页,课件共21页,创作于2023年2月例: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。(1)密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品,流速为1.1m/s;(2)20℃的水,流速为2.2m/s。第15页,课件共21页,创作于2023年2月解:(1)油品:所以能量损失
压头损失
压力损失
第16页,课件共21页,创作于2023年2月(2)20℃水的物性:取钢管的绝对粗糙度ε为0.2mm,则查得所以能量损失
压头损失
压力损失
第17页,课件共21页,创作于2023年2月如附图所示,料液由敞口高位槽流入精馏塔中。塔内进料处的压力为30kPa(表压),输送管路为φ45×2.5mm的无缝钢管,直管长为10m。管路中装有180º回弯头一个,90º标准弯头一个,标准截止阀(全开)一个。若维持进料量为5m3/h,问高位槽中的液面需高出进料口多少米?操作条件下料液的物性:
h第18页,课件共21页,创作于2023年2月解:如图取高位槽中液面为1-1′面,管出口内侧为2-2′截面,且以过2-2′截面中心线的水平面为基准面。在1-1′与2-2′截面间列柏努利方程:其中:Z1=h;u1≈0;p1=0(表压);Z2=0;p2=20kPa(表压);
管路总阻力
第19页,课件共21页,创作于2023年2月取管壁绝对粗糙度
则查得摩擦系数各管件的局部阻力系数:进口突然
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