流体在管内的流动阻力精选文档.ppt

流体在管内的流动阻流体在管内的流动阻力力本讲稿第一页，共二十一页一、概述：一、概述：1、阻力产生的原因、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：、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。总阻力总阻力=直管阻力直管阻力+局部阻力局部阻力本讲稿第二页，共二十一页一、概述：一、概述：3、阻力的表示法：、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。本讲稿第三页，共二十一页二、阻力的计算：二、阻力的计算：1、圆形直管内阻力计算公式：、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，受力平衡本讲稿第四页，共二十一页二、阻力的计算：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，称为范宁公式范宁公式。式中为无因次系数，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：本讲稿第五页，共二十一页二、阻力的计算：二、阻力的计算：2、管壁粗糙度对的影响：1）粗糙度(绝对粗糙度)：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：无影响无影响有影响有影响层流时，无影响。湍流时本讲稿第六页，共二十一页二、阻力的计算：二、阻力的计算：3、层流时的摩擦系数：将R=d/2代入可得：哈根哈根-泊谡叶公泊谡叶公式式与范宁公式比较可得：层流时摩擦系数是雷诺数Re的函数。本讲稿第七页，共二十一页二、阻力的计算：二、阻力的计算：4、湍流时的摩擦系数：湍流时既与 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在本讲稿第八页，共二十一页二、阻力的计算：二、阻力的计算：5、摩擦系数图（莫狄（Moody）图）层流区Re4000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2000Re4000可按层流区也可按湍流区查本讲稿第九页，共二十一页二、阻力的计算：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本讲稿第十页，共二十一页二、阻力的计算：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 ：本讲稿第十一页，共二十一页局部阻力损失计算局部阻力损失计算 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本讲稿第十二页，共二十一页说明：变径时，以细管内流速计算局部阻力；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：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：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：局部阻力系数本讲稿第十三页，共二十一页二、阻力的计算二、阻力的计算8、管路系统中的总能量损失本讲稿第十四页，共二十一页例：分别计算下列情况下，流体流过763mm、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2.2 m/s。本讲稿第十五页，共二十一页解：（1）油品：所以能量损失 压头损失 压力损失 本讲稿第十六页，共二十一页（2）20水的物性：取钢管的绝对粗糙度为0.2mm，则 查得所以能量损失 压头损失 压力损失 本讲稿第十七页，共二十一页如附图所示，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452.5mm的无缝钢管，直管长为10m。管路中装有180回弯头一个，90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本讲稿第十八页，共二十一页解：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;u10;p1=0(表压);Z2=0;p2=20kPa(表压)；管路总阻力 本讲稿第十九页，共二十一页取管壁绝对粗糙度 则查得摩擦系数各管件的局部阻力系数：进口突然缩小 180回弯头 90标准弯头 标准截止阀（全开）本讲稿第二十页，共二十一页小小 结结1、阻力分类2、范宁公式3、层流、湍流时的摩擦阻力系数4、局部阻力的计算本讲稿第二十一页，共二十一页