管道內(nèi)壓力損失的計(jì)算稻谷書(shū)苑

1、 管道內(nèi)壓力損失的計(jì)算一、液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體在直管中流動(dòng)時(shí)的壓力損失是由液體流動(dòng)時(shí)的摩擦引起的，稱之為沿程壓力損失，它主要取決于管路的長(zhǎng)度、內(nèi)徑、液體的流速和粘度等。液體的流態(tài)不同，沿程壓力損失也不同。液體在圓管中層流流動(dòng)在液壓傳動(dòng)中最為常見(jiàn)，因此，在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，常希望管道中的液流保持層流流動(dòng)的狀態(tài)。1.層流時(shí)的壓力損失在液壓傳動(dòng)中，液體的流動(dòng)狀態(tài)多數(shù)是層流流動(dòng)，在這種狀態(tài)下液體流經(jīng)直管的壓力損失可以通過(guò)理論計(jì)算求得。圓管中的層流 (1)液體在流通截面上的速度分布規(guī)律。如圖所示，液體在直徑d的圓管中作層流運(yùn)動(dòng)，圓管水平放置，在管內(nèi)取一段與管軸線重合的小圓柱體，設(shè)其半徑為r，長(zhǎng)

2、度為l。在這一小圓柱體上沿管軸方向的作用力有：左端壓力p1，右端壓力p2，圓柱面上的摩擦力為ff，則其受力平衡方程式為： (由式(2-6)可知： 式中：為動(dòng)力粘度。因?yàn)樗俣仍隽縟u與半徑增量dr符號(hào)相反，則在式中加一負(fù)號(hào)。另外，pp1- p2把p、式(2-45)代入式(2-44)，則得: 對(duì)式積分得： 當(dāng)rr時(shí)，u0，代入(2-47)式得：則 由式可知管內(nèi)流速u沿半徑方向按拋物線規(guī)律分布，最大流速在軸線上，其值為： (1) (1) 管路中的流量。圖(b)所示拋物體體積，是液體單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)通流截面的體積即流量。為計(jì)算其體積，可在半徑為r處取一層厚度為dr的微小圓環(huán)面積，通過(guò)此環(huán)形面積的流量為：

3、 對(duì)式積分，即可得流量q： (2) (2) 平均流速。設(shè)管內(nèi)平均流速為， 對(duì)比可得平均流速與最大流速的關(guān)系：= (4)沿程壓力損失。層流狀態(tài)時(shí)，液體流經(jīng)直管的沿程壓力損失可從式求得： 由式可看出，層流狀態(tài)時(shí)，液體流經(jīng)直管的壓力損失與動(dòng)力粘度、管長(zhǎng)、流速成正比，與管徑平方成反比。在實(shí)際計(jì)算壓力損失時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，得=d/re，并把=d/re代入，且分子分母同乘以2g得: 式中：為沿程阻力系數(shù)。它的理論值為64/re，而實(shí)際由于各種因素的影響，對(duì)光滑金屬管取75/re，對(duì)橡膠管取80/re。2.紊流時(shí)的壓力損失層流流動(dòng)中各質(zhì)點(diǎn)有沿軸向的規(guī)則運(yùn)動(dòng)。而無(wú)橫向運(yùn)動(dòng)。紊流的重要特性之一是液體各質(zhì)點(diǎn)不再是

4、有規(guī)則的軸向運(yùn)動(dòng)，而是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中互相滲混和脈動(dòng)。這種極不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，引起質(zhì)點(diǎn)間的碰撞，并形成旋渦，使紊流能量損失比層流大得多。由于紊流流動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)雜性，完全用理論方法加以研究至今，尚未獲得令人滿意的成果，故仍用實(shí)驗(yàn)的方法加以研究，再輔以理論解釋，因而紊流狀態(tài)下液體流動(dòng)的壓力損失仍用式來(lái)計(jì)算，式中的值不僅與雷諾數(shù)re有關(guān)，而且與管壁表面粗糙度有關(guān)，具體的值見(jiàn)表2-5。表2-5圓管紊流時(shí)的值2.局部壓力損失局部壓力損失是液體流經(jīng)閥口、彎管、通流截面變化等所引起的壓力損失。液流通過(guò)這些地方時(shí)，由于液流方向和速度均發(fā)生變化，形成旋渦，使液體的質(zhì)點(diǎn)間相互撞擊，從而產(chǎn)生較大的能量損耗。 突然擴(kuò)大處的局部損失局部壓力損失的計(jì)算式可以表達(dá)成如下算式： =2 /2 式中：為局部阻力系數(shù)，其值僅在液流流經(jīng)突然擴(kuò)大的截面時(shí)可以用理論推導(dǎo)方法求得，其他情況均須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定；為液體的平均流速，一般情況下指局部阻力下游處的流速。 管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即： =+