化工原理第1章第5节讲稿.ppt

1、一、流体在直管中的流动阻力 二、管路上的局部阻力 三、管路系统中的总能量损失,2020/8/3,第 五 节 流体在管内的流动阻力,2020/8/3,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.,流动阻力产生的条件,固定的管壁或其他形状的固体壁面,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。,2020/8/3,单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。,单位重量流体流动时所损失的机械能 ，m。,单位体积的流体流动时所损失的机械能 ，Pa 。,是流动阻力引起的压

2、强降。,2020/8/3,表示的不是增量，而P中的表示增量；,2、一般情况下，P与Pf在数值上不相等；,注意：,3、只有当流体在一段既无外功加入、直径又相同的水平管 内 流动时， P与压强降Pf在绝对数值上才相等。,2020/8/3,一、流体在直管中的流动阻力,1、计算圆形直管阻力的通式,2020/8/3,垂直作用于截面1-1上的压力 ：,垂直作用于截面2-2上的压力 ：,平行作用于流体表面上的摩擦力为 ：,2020/8/3,圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式,2、公式的变换,2020/8/3, 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。,（ 对于滞流或湍流都适用）,为无因次的系数，称为

3、摩擦因数 。,2020/8/3,3、管壁粗糙度对摩擦系数的影响,化工管路,光滑管,粗糙管,玻璃管、黄铜管、塑料管,钢管、铸铁管,管壁粗糙度,绝对粗糙度,相对粗糙度,壁面凸出部分的平均高度， 以表示 。,绝对粗糙度与管道直径的比值 即 /d 。,2020/8/3,2020/8/3,4. 滞流时的摩擦损失,哈根-泊谡叶公式,滞流流动时与Re的关系,2020/8/3,思考：滞流流动时，当体积流量为Vs的流体通过直径不同的管路时；Pf与管径d的关系如何？,可见：,2020/8/3,5、湍流时的摩擦系数与因次分析法,求 Pf,实验研究建立经验关系式的方法,基本步骤：,通过初步的实验结果和较系统的分析，找

4、出影响过程的主要因素，也就是找出影响过程的各种变量。 利用因次分析，将过程的影响因素组合成几个无因次数群，以期减少实验工作中需要变化的变量数目。,2020/8/3,建立过程的无因次数群，一般常采用幂函数形式，通过大量实验，回归求取关联式中的待定系数。 因次分析法 特点：通过因次分析法得到数目较少的无因次变量，按无因 次变量组织实验，从而大大减少了实验次数，使实验简便易行。 依据：因次一致性原则和白金汉(Buckinghan)所提出的定理。,2020/8/3,因次一致原则 ：,凡是根据基本的物理规律导出的物理量方程 式中各项的因次必然相同，也就是说，物理 量方程式左边的因次应与右边的因次相同。,

5、定理：,i=n-m,湍流时影响阻力损失的主要因素有： 管径 d 管长 l 平均速度 u 流体密度 粘度 管壁粗糙度,湍流摩擦系数的无因次数群：,2020/8/3,用幂函数表示为：,以基本因次质量（M）、长度(L)、 时间(T) 表示各物理量：,代入（1）式，得：,2020/8/3,以b，k，q表示a，c，j，则有：,代入（1）式，得：,2020/8/3,整理，得：,因此：,式中：,数群（4）=变量（7）-基本因次（3）,管子的长径比；,雷诺数Re；,欧拉准数，以Eu表示 。,2020/8/3,6. 直管内湍流流动的阻力损失,湍流流动，取l/d的指数b=1 。,2020/8/3,1）摩擦因数图,

6、a)层流区：Re2000，与Re成直线关系，=64/Re。 b)过渡区：2000Re4000，管内流动随外界条件的影响而 出现不同的流型，摩擦系数也因之出现波动。,c)湍流区：Re4000且在图中虚线以下处时，值随Re数的 增大而减小。 d)完全湍流区： 图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随Re的变化而变化，值近似为常数。 根据范宁公式，若l/d一定，则阻力损失与流速的平方成正比，称作阻力平方区 。,2020/8/3,2020/8/3,2) 值的经验关系式,柏拉修斯(Blasius)光滑管公式,适用范围为Re=31031105 7. 非圆形管内的摩擦损失 对于圆形管道，流体流径的管道截面为:

7、,流体润湿的周边长度为: d de=4流道截面积/润湿周边长度,2020/8/3,对于长宽分别为a与b的矩形管道：,对于一外径为d1的内管和一内径为d2的外管构成的环形通道,2020/8/3,二、局部阻力损失,1、局部阻力损失的计算 1）阻力系数法,为阻力系数 ，由实验测定 。,突然扩大与突然缩小,u：取小管的流速 可根据小管与大管的截面积之比查图。,管出口,b) 管出口和管入口 管出口相当于突然扩大,流体自容器进入管内，相当于突然缩小 A2/A10， 管进口阻力系数，c=0.5。,2020/8/3,2020/8/3,2）当量长度法,le为管件的当量长度。,管件与阀门 不同管件与阀门的局部阻力

8、系数可从手册中查取。,管件与阀门的当量长度由试验测定，湍流时，可查共线图。,三、管路中的总能量损失,管路系统中总能量损失=直管阻力+局部祖力,对直径相同的管段：,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,2020/8/3,例：用泵把20的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300 l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用894mm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

9、阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm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%。,2020/8/3,分析：,求泵的轴功率,柏努利方程,管径不同,范宁公式,l、d已知,摩擦因数图,2020/8/3,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,2020/8/3,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 c=0.5,2020/8/3,苯的密度为880kg/m3，粘度为6.510-4Pas,取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037， 查得=0.029,2020/8/3,（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 1.63=4.8 m,2020/8/3,出口阻力系数 e=1,仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006， 查得=0.0313