合工大化工原理1.4管内流动阻力计算(精品).ppt

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1、 1.4 管内流动的阻力损失管内流动的阻力损失流体流动阻力包括：流体流动阻力包括：1、直管阻力损失（也称沿程阻力损失）、直管阻力损失（也称沿程阻力损失）2、局部阻力损失（管件、阀门等的阻力损失）、局部阻力损失（管件、阀门等的阻力损失）1/10/202311.4.1 直管阻力损失直管阻力损失1、直管阻力损失的直观表现直管阻力损失的直观表现说明：若管路直径不等或不水平，则上下游截面间的压力变化除因阻说明：若管路直径不等或不水平，则上下游截面间的压力变化除因阻力损失外，还包括位能或动能变化所引起的部分。即：力损失外，还包括位能或动能变化所引起的部分。即：p1-p2pf压力降压力降阻力损失的直观表现阻

2、力损失的直观表现1p12p2R1/10/20232阻力损失的形式：阻力损失的形式：hf-J/kg Hf-m pf -Pa直管阻力损失的计算直管阻力损失的计算1/10/202332、范宁公式范宁公式上三式为计算直管阻力损失的范宁上三式为计算直管阻力损失的范宁(Fanning)公式，适用于层流和湍流。公式，适用于层流和湍流。称为摩擦系数或摩擦因数称为摩擦系数或摩擦因数1/10/202341.4.2 层流时的摩擦损失层流时的摩擦损失由由层流时哈根泊谡叶公式可得：层流时哈根泊谡叶公式可得：代入范宁公式代入范宁公式层流时，直管阻力损失与速度一次方和管长一次方成正比、与管层流时，直管阻力损失与速度一次方和

3、管长一次方成正比、与管径的两次方成反比。径的两次方成反比。该式适用于稳定层流流动的牛顿流体。该式适用于稳定层流流动的牛顿流体。1/10/202351.4.3 湍流流动的阻力损失湍流流动的阻力损失1 1、因次分析法、因次分析法 因次论的依据：因次论的依据：（1）物理量方程的因次一致）物理量方程的因次一致 （2）定理：任何因次一致的物理量方程都可表示为准数关联式；定理：任何因次一致的物理量方程都可表示为准数关联式；准数个数为准数个数为 i=n-m式中：式中：n为物理量个数，为物理量个数，m为用于表示所有物理量的基本因次数目为用于表示所有物理量的基本因次数目因次因次就是量纲就是量纲，如质量，如质量M

4、、长度长度L、时间时间1/10/20236 影响直管阻力压力损失的因数有三个：影响直管阻力压力损失的因数有三个：（1）物性因数）物性因数:和和;（2）设备因数设备因数:L、d和管壁粗糙度和管壁粗糙度;（3）流动因数流动因数:u。以上因素可以函数形式表示为：以上因素可以函数形式表示为：因此，流动阻力损失若按每个变量做五个点，则实验量为因此，流动阻力损失若按每个变量做五个点，则实验量为56次。次。采用因次分析法步骤：找出影响因数采用因次分析法步骤：找出影响因数得准数得准数实验得准数关联式实验得准数关联式减少了工作量。减少了工作量。1/10/20237式中七个物理量的因次为式中七个物理量的因次为：p

5、=M 2 L-1 u =L-1 d=L ML3 =ML-1-1 =L将各物理量的因次代入，整理得：将各物理量的因次代入，整理得：根据因次一致性原则得：根据因次一致性原则得：将将b、q、k表示为表示为a、c、j 的的函数，整理得函数，整理得 j+k=1ab+c-3j-k+q=-1c+k=2j1ka=-b-k-qc=2-k带入带入p的幂的幂函数中：函数中：1/10/20238一般一般 b=1与范宁公式比较得摩擦系数与范宁公式比较得摩擦系数上式可进一步转化为：上式可进一步转化为：1/10/202392、湍流时的摩擦损失、湍流时的摩擦损失即即湍流时的湍流时的不仅与不仅与Re有关，还与管壁的粗糙度有关，

6、还与管壁的粗糙度有关有关1/10/202310湍流摩擦损失湍流摩擦损失对对光滑直管内光滑直管内的湍流流动，有经验式的湍流流动，有经验式Blasius公式：公式：适用范围：适用范围：Re=51033106。针对不同流型范围，也可采用其他经验公式计算。针对不同流型范围，也可采用其他经验公式计算。对对粗糙直管内粗糙直管内的湍流流动，可采用各种经验公式求解的湍流流动，可采用各种经验公式求解（1）顾毓珍公式；）顾毓珍公式；（2）科尔布鲁克公式；）科尔布鲁克公式；（3）其他经验式；等等）其他经验式；等等1/10/202311湍流摩擦损失湍流摩擦损失摩擦因数法：采用摩擦因数法：采用Moody摩擦因数图解法。

7、摩擦因数图解法。因此，流体在粗糙管内做湍流流动时，需考虑管内管壁粗糙度因此，流体在粗糙管内做湍流流动时，需考虑管内管壁粗糙度对阻力损对阻力损失的影响。一般以绝对粗糙度与管径之比的相对粗糙度失的影响。一般以绝对粗糙度与管径之比的相对粗糙度/d 表示。表示。1/10/202312即即:层流流动时层流流动时hf u，湍流流动时湍流流动时hf u1.752.0Moody摩擦因数图的三个区域：摩擦因数图的三个区域：当当Re很大时很大时:与与Re无关，无关，hf与与u2成正比，故称为阻力平方区成正比，故称为阻力平方区.（1）Re较小，流体呈层流时，较小，流体呈层流时，与与Re为线性关系，与为线性关系，与/

8、d无关；无关；（2）流体呈过渡）流体呈过渡状态状态时，流动型态不稳定，一般按湍流处理；时，流动型态不稳定，一般按湍流处理；（3）Re较大，流体呈湍流时，较大，流体呈湍流时，与与Re和和/d有关，分光滑管、粗糙管不有关，分光滑管、粗糙管不同处理；同处理；（4）Re很大，流体呈完全湍流时，很大，流体呈完全湍流时，与与/d有关有关，可以视为与，可以视为与Re无关。无关。1/10/2023131.4.4 非圆形管内的摩擦损失非圆形管内的摩擦损失方法是用当量直径方法是用当量直径de代替圆管中的代替圆管中的d。当量直径定义为当量直径定义为注意这里注意这里de仅用于阻力损失和雷诺数的计算中仅用于阻力损失和雷

9、诺数的计算中而而速度速度u为实际平均速度，即为实际平均速度，即非非圆圆管层流时管层流时式中管截面形状：正方形式中管截面形状：正方形 c57，环形环形 c=96,等边三角形等边三角形 c=531/10/2023141.4.5 局部阻力损失局部阻力损失 流体流经流体流经管件管件、阀门阀门处由于流道变化大，多发生处由于流道变化大，多发生边界层脱离边界层脱离，产生大量旋涡，消耗了产生大量旋涡，消耗了机械能机械能。1、阻力系数法、阻力系数法-阻力系数阻力系数 le-当量长度当量长度 实测的实测的和和le见表见表3、常见局部阻力常见局部阻力1突然扩大突然扩大 u1A1A2u23管出口与管入口管出口与管入口2突然缩小突然缩小 u1A1A2u22、当量长度法、当量长度法hf=ledu221/10/2023151.4.6 流体管内流动总阻力损失计算流体管内流动总阻力损失计算 对包含有直管阻力损失和局部阻力损失的管路系统来说，流对包含有直管阻力损失和局部阻力损失的管路系统来说，流体管内流动的总阻力损失应为直管阻力和局部阻力之和，即：体管内流动的总阻力损失应为直管阻力和局部阻力之和，即：1/10/20231617例1/10/202317