认识管路中的阻力

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流体输送技术化学工业出版社·数字出版中心01任务一认识流体输送管路02任务二计算管路中流体的参数03任务三认识管路中的阻力04任务四选择流体输送方式与相关计算05任务五选用液体输送机械0607任务六选用气体输送机械

任务七测定流体输送过程中的参数09综合案例08总结与归纳303任务三认识管路中的阻力子任务1

认识阻力产生的原因

化工管路中产生的阻力，其原因包括内因与外因。

内因外因主要包括流体的流动状态以及管路的性质等等。主要包括流体在流动过程中产生的内摩擦力，是由于流体本身的特性粘度。403任务三认识管路中的阻力一、流体阻力产生的内因——流体的粘度

流体的典型特征是具有流动性，但不同流体的流动性能不同，这主要是因为流体内部质点间作相对运动时存在不同的内摩擦力。这种表明流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性。粘性是流动性的反面，流体的粘性越大，其流动性越小。流体的粘性是流体产生流动阻力的根源。503任务三认识管路中的阻力平板间液体速度变化对于一定的流体，内摩擦力F与两流体层的速度差du成正比，与两层之间的垂直距离dy成反比，与两层间的接触面积A成正比。

603任务三认识管路中的阻力

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粘度的单位常常用物理单位制下的cP（厘泊）表示，单位之间的换算关系为：1cP＝10-3Pa·s803任务三认识管路中的阻力

粘度的物理意义

流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力。粘度是反映流体粘性大小的物理量。粘度也是流体的物性之一，其值由实验测定。流体的粘度大，在其他条件一定时，在管路中流动的阻力增大。

液体的粘度，随温度的升高而降低，压力对其影响可忽略不计。

气体的粘度，随温度的升高而增大，一般情况下也可忽略压力的影响，但在极高或极低的压力条件下需考虑其影响。903任务三认识管路中的阻力

运动粘度

流体的粘性还可用粘度μ与密度ρ的比值表示，称为运动粘度，以符号ν表示。ν=μ/ρ

法定单位制中运动粘度的单位为m2/s，显然运动粘度也是流体的物理性质。

cgs制中运动粘度的单位为cm2/s，称为斯托克斯，以st（沲）表示。

1st=100cst（厘沲）=1×10-4m2/s。1003任务三认识管路中的阻力混合物的粘度通常可以用实验来测定，也可以采用经验公式来计算。

1103任务三认识管路中的阻力

1203任务三认识管路中的阻力二、流体阻力产生的外因——流体的流动型态雷诺实验

03任务三认识管路中的阻力1403任务三认识管路中的阻力二、流体阻力产生的外因——流体的流动型态雷诺实验

层流：其质点作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。湍流：其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。

流体流动型态示意图1503任务三认识管路中的阻力

（2）流体流动型态的判定

1603任务三认识管路中的阻力②流型判据（1）当Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；（2）当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；（3）当2000<Re<4000时，流动可能是层流，也可能是湍流，与外界干扰有关，该区称为不稳定的过渡区。1703任务三认识管路中的阻力（3）流体在圆管中的速度分布

层流时其速度分布曲线呈抛物线形。管壁处速度为零，管中心处速度最大。

湍流时其速度分布曲线呈不严格抛物线形。管中心附近速度分布较均匀。

1803任务三认识管路中的阻力（4）湍流流体中的层流内层

当管内流体做湍流流动时，管壁处的流速也为零，靠近管壁处的流体薄层速度很低，仍然保持层流流动，这个薄层称为层流内层。层流底层的厚度随雷诺准数Re的增大而减薄，但不会消失。层流底层的存在，对传热与传质过程都有很大的影响。

湍流流动1903任务三认识管路中的阻力层流内层的厚度与雷诺数之间的关系？2003任务三认识管路中的阻力

层流内层的厚度与流体的湍动程度有关，流体的湍动程度越高，即Re越大，层流内层越薄。层流内层的厚度与雷诺数之间的关系？2103任务三认识管路中的阻力（5）边界层（Boundarylayer）的形成

由于边界层的形成，把沿壁面的流动简化成两个区域，即边界层与主流区。在边界层区内，垂直于流动方向上存在着显著的速度梯度，即使粘度较小，摩擦应力仍然相当大，不能忽略。在主流区速度梯度近似为0，摩擦应力可忽略不计，此主流区流体可视为理想流体。2203任务三认识管路中的阻力（6）边界层的分离

边界层要分离必须满足两个条件：

一个是流体有粘性，第二个是流体必须流过物面。

边界层分离的后果：

产生大量旋涡，造成较大的能量损失。2303任务三认识管路中的阻力三、流体阻力产生的外因——管路的性质

管路的性质主要包括管路的组成，直管与弯管，各种管件及阀门，各种辅助装置（过滤器等），管材与管子的新旧程度及管路中截面的变化等