流体在管内的流动阻力.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,化 学 工 程 基 础,流体在圆管内流动时的阻力,本章的难点，包括阻力计算的通式及层流和湍流的摩擦阻力系数的计算。,一、概述：,1,、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：,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,=,直管阻力,+,局部阻力,一、概述：,3,、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/m,3,=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。,二、阻力的计算：,1,、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,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,。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：,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,有影响,层流时，无影响。,湍流时,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,-,泊谡叶公式,与范宁公式比较可得：,层流时摩擦系数,是雷诺数,Re,的函数。,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,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,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？,a,b,d,2,d,1,二、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 ：,局部阻力损失计算,100,mm,的闸阀 1/2 关,l,e,=,22m,100,mm,的标准三通,l,e,=,2.2m,100,mm,的闸阀全开,l,e,=,0.75m,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：,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,二、阻力的计算,8,、管路系统中的总能量损失,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/m,3,、粘度为,72cP,的油品，,流速为,1.1m/s,；,（,2,）,20,的水，流速为,2.2,m/s,。,解：（,1,）油品：,所以能量损失,压头损失,压力损失,（,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,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,30,kPa,(,表压,),，输送管路为,452.5,mm,的无,缝钢管，直管长为,10,m,。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,5,m,3,/,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,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：,Z,1,=,h,;,u,1,0;,p,1,=0(,表压,);,Z,2,=0;,p,2,=20,kPa,(,表压,),；,管路总阻力,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）,小 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,