流体流动-(层流时机械能损失).ppt

(1)(1)选取截面选取截面连续流体连续流体；两截面均应与流动方向相垂直两截面均应与流动方向相垂直。用柏努利方程式解题时的注意事项：用柏努利方程式解题时的注意事项：(2)确定基准面确定基准面 基准面是用以衡量位能大小的基准。基准面是用以衡量位能大小的基准。强调强调：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。：只要在连续稳定的范围内，任意两个截面均可选用。不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的相不过，为了计算方便，截面常取在输送系统的起点和终点的相应截面。应截面。(3)压力压力 柏努利方程式中的压力柏努利方程式中的压力p p1 1与与p p2 2只能同时使用表压或绝对压只能同时使用表压或绝对压力，不能混合使用。力，不能混合使用。(4)外加能量外加能量 外加能量外加能量W W在上游截面一侧，能量损失在下游截面一侧在上游截面一侧，能量损失在下游截面一侧。外加能量外加能量W W是对每是对每kgkg流体而言的，若要计算的轴功率，需将流体而言的，若要计算的轴功率，需将W W乘以质量流量，再除以效率。乘以质量流量，再除以效率。例例 用泵将贮槽用泵将贮槽(通大气通大气)中的稀碱液送到蒸发器中进行中的稀碱液送到蒸发器中进行浓缩，如附图浓缩，如附图 所示。泵的进口管为所示。泵的进口管为893.5mm的钢的钢管，碱液在进口管的流速为管，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为泵的出口管为76 2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失为碱液经管路系统的能量损失为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在蒸发器内碱液蒸发压力保持在 0.2kgf/cm2（表压），碱液的密度为表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需的试计算所需的外加能量。外加能量。基准基准式中，式中，z1=0，z2=7；p1=0(表压表压)，p2=0.2kgf/cm29.8104=19600Pa，u1 0,u2=u1(d2/d1)2=1.5(89-23.5)/(76-22.5)2=2.0m/s代入上式，代入上式，得得W=128.41J/kg解：解：解题要求规范化解题要求规范化流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动过程要解决的重要问题之一：流体流动的阻力流体流动的阻力流体流动的阻力流体流动的阻力管道内流体流动的阻力与能量损失管道内流体流动的阻力与能量损失本节核心内容：本节核心内容：本节核心内容：本节核心内容：分析流阻因素、计算流阻分析流阻因素、计算流阻分析流阻因素、计算流阻分析流阻因素、计算流阻1 1 1 1、流体阻力产生的原因、流体阻力产生的原因、流体阻力产生的原因、流体阻力产生的原因l l流体粘性产生摩擦阻力的内因流体粘性产生摩擦阻力的内因流体粘性产生摩擦阻力的内因流体粘性产生摩擦阻力的内因l l湍流应力产生摩擦阻力的外因湍流应力产生摩擦阻力的外因湍流应力产生摩擦阻力的外因湍流应力产生摩擦阻力的外因一、流体流动阻力与范宁公式一、流体流动阻力与范宁公式2 2 2 2、流体阻力的分类、流体阻力的分类、流体阻力的分类、流体阻力的分类n n直管阻力损失（沿程阻力损失）直管阻力损失（沿程阻力损失）流体流经流体流经流体流经流体流经直管直管直管直管产生的机械能损失产生的机械能损失产生的机械能损失产生的机械能损失n n局部阻力损失局部阻力损失 流体流经流体流经流体流经流体流经管件、阀门管件、阀门管件、阀门管件、阀门产生的机械能损失产生的机械能损失产生的机械能损失产生的机械能损失分类：分类：按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡胶管等；按加工方法：钢管又有有缝与无缝之分；按颜色：有色金属管又可分为紫铜管、黄铜管、铅管及铝管等。管子管子(pipe)作用作用：改变管道方向改变管道方向(弯头弯头);连接支管连接支管(三通三通);改变管径改变管径(变形管变形管);堵塞管道堵塞管道(管堵管堵)。螺旋接头螺旋接头卡箍接头卡箍接头弯头弯头三通三通变形管变形管管件管件：管与管的连接部件。管与管的连接部件。管件管件 (pipe fitting)(pipe fitting)v截止阀截止阀 (globe valve)(globe valve)v闸阀闸阀 (gate valve)(gate valve)v止逆阀止逆阀(check valve):(check valve):单向阀单向阀装于管道中用以装于管道中用以开关管路开关管路或或调节流量调节流量。阀门阀门(Valve)(Valve)3 3 3 3、阻力损失计算通式、阻力损失计算通式、阻力损失计算通式、阻力损失计算通式 -范宁公式范宁公式分析流体在直径为分析流体在直径为分析流体在直径为分析流体在直径为d d d d，长度为长度为长度为长度为l l l l的水平管内的水平受力的水平管内的水平受力的水平管内的水平受力的水平管内的水平受力圆直管中的圆直管中的圆直管中的圆直管中的范宁公式推导范宁公式推导范宁公式推导范宁公式推导FF u p12ld1 21 2对匀速运动，合力为零，即：对匀速运动，合力为零，即：对匀速运动，合力为零，即：对匀速运动，合力为零，即：已知不可压缩流体在已知不可压缩流体在已知不可压缩流体在已知不可压缩流体在水平等径管水平等径管水平等径管水平等径管内作稳定流动时，柏内作稳定流动时，柏内作稳定流动时，柏内作稳定流动时，柏努利方程为：努利方程为：努利方程为：努利方程为：上式为流体在圆形直管流动时，上式为流体在圆形直管流动时，阻力损失阻力损失与与摩摩擦应力擦应力之间的一般关系式。之间的一般关系式。阻力损失与流速有关，将阻力损失与流速有关，将阻力损失与流速有关，将阻力损失与流速有关，将W W W Wf f f f表示为表示为表示为表示为动能的函数动能的函数动能的函数动能的函数，即：，即：，即：，即：范宁（范宁（范宁（范宁（Fanning)Fanning)Fanning)Fanning)公式公式公式公式，为摩擦系数为摩擦系数为摩擦系数为摩擦系数。或：或：令：令：4 4、阻力能量损失的各种表示法、阻力能量损失的各种表示法单位质量流体流动阻力能量损失，单位质量流体流动阻力能量损失，单位质量流体流动阻力能量损失，单位质量流体流动阻力能量损失，J/kgJ/kgJ/kgJ/kg单位重量流体流动阻力能量损失，单位重量流体流动阻力能量损失，单位重量流体流动阻力能量损失，单位重量流体流动阻力能量损失，J/N=mJ/N=mJ/N=mJ/N=m，也称，也称，也称，也称阻力压头阻力压头阻力压头阻力压头。单位体积流体流动阻力能量损失，单位体积流体流动阻力能量损失，单位体积流体流动阻力能量损失，单位体积流体流动阻力能量损失，J/mJ/mJ/mJ/m3 3 3 3=Pa=Pa=Pa=Pa，也称为，也称为，也称为，也称为压力降或压力损失压力降或压力损失压力降或压力损失压力降或压力损失。1 1、管内任取一流体柱分析其受力管内任取一流体柱分析其受力二、层流时的阻力损失计算二、层流时的阻力损失计算阻力：内摩擦力阻力：内摩擦力阻力：内摩擦力阻力：内摩擦力推动力：净压力推动力：净压力推动力：净压力推动力：净压力合力为零，即：合力为零，即：对对水平等径管水平等径管：2 2 2 2、层流的流速分布与最大流速、层流的流速分布与最大流速、层流的流速分布与最大流速、层流的流速分布与最大流速得：得：积分：积分：层流流体在圆直管内的流速分布。层流流体在圆直管内的流速分布。当当r=0r=0时，时，作图：作图：流体在圆管内作稳定层流流动时，管内（流体在圆管内作稳定层流流动时，管内（半径区域半径区域内内）各点的速度分布图）各点的速度分布图 推出：推出：3、平均流速与最大流速的关系平均流速与最大流速的关系积分体积流量：积分体积流量：平均流速平均流速：平均流速为：平均流速为：平均流速为：平均流速为：推出：推出：推出：推出：由：由：由：由：流体在圆管内作层流流动时，管截面上的流体在圆管内作层流流动时，管截面上的平均流速平均流速是是最大流速的二分之一最大流速的二分之一。l平均流速与最大流速的关系平均流速与最大流速的关系哈根泊谡叶公式哈根泊谡叶公式4 4、层流阻力损失计算式、层流阻力损失计算式或者：或者：或者：或者：2 2、降低流体粘度可减少阻力损失。、降低流体粘度可减少阻力损失。1 1、流体在圆管内作层流流动时，压力降（阻力损失）、流体在圆管内作层流流动时，压力降（阻力损失）与流过的距离及流速成正比、与管径平方成反比。与流过的距离及流速成正比、与管径平方成反比。l层流阻力损失计算式的物理意义层流阻力损失计算式的物理意义得：得：得：得：5 5、层流时的摩擦系数计算式、层流时的摩擦系数计算式比较比较哈根泊谡叶公式哈根泊谡叶公式与与范宁公式范宁公式层流时，摩擦系数与层流时，摩擦系数与流速反比流速反比。l l流体在圆直管中的流动阻力计算通式流体在圆直管中的流动阻力计算通式 范宁（范宁（FanningFanning）公式公式本节要点l l层流时的流动阻力计算式层流时的流动阻力计算式 哈根泊谡叶公式哈根泊谡叶公式本节要点本节要点l l层流时的摩擦系数计算公式层流时的摩擦系数计算公式l l层流的流速分布层流的流速分布l l层流时的最大流速层流时的最大流速l l层流时平均流速与最大流速的关系层流时平均流速与最大流速的关系l l例例题题.某某流流体体在在水水平平串串联联的的两两直直管管1 1、2 2中中稳稳定定流流动动，已已知知 ，。今今测测得得该该流流体体流流径径管管道道1 1与与流流径径管管道道2 2的的压压力力降降均为均为0.64m0.64m液柱，试计算管道液柱，试计算管道2 2的长度。的长度。解：解：管管1层流层流管管2层流层流由由哈根泊谡叶公式哈根泊谡叶公式 得：得：代入已知条件，得：代入已知条件，得：相同流量下作层流流动时，若管径加倍，则：同样相同流量下作层流流动时，若管径加倍，则：同样的阻力降，流体在大管流过的距离是小管的的阻力降，流体在大管流过的距离是小管的1616倍。倍。