流體在管內(nèi)流動阻力的計算

1、第四節(jié) 流體在管內(nèi)流動阻力的計算一、 一、      壓力降流動阻力的表現(xiàn) 流動阻力產(chǎn)生的根本原因流體具有粘性，所以流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。如圖111所示，在貯槽下部連接的水平管上開兩個小孔（A、B），分別插入兩個豎直敞口玻璃管，調(diào)節(jié)出口閥開度，觀察現(xiàn)象：1) 1)        當(dāng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時，即流體靜止時，A、B管中液面高度與貯槽液面 平齊（可用靜力學(xué)方程解釋）。2) 2)        當(dāng)打開閥門，流體開

2、始流動后，發(fā)現(xiàn)A管液面低于貯槽液面，而B管液面又低于A管液面。3) 3)        隨著流速繼續(xù)增大，A、B管液面又繼續(xù)降低，但A仍高于B，分析如下：上述現(xiàn)象可用柏努利方程解釋，分別取A、B點(diǎn)為截面，列柏努利方程： +=Z2+說明：（1）流體在無外功加入，直徑不變的水平管內(nèi)流動時，兩截面間的壓差與流動阻力而引起的壓強(qiáng)降數(shù)值相等。（2）若流體流動的管子是垂直或傾斜放置的，則兩截面間的壓差與流動阻力而引起的壓強(qiáng)降數(shù)值不相等。二、 二、      流體在圓型直管中阻力損失的計算

3、通式流體在圓管內(nèi)流動總阻力分為直管阻力（又稱沿程阻力）和局部阻力兩部分。其中直管阻力是流體流經(jīng)一定管徑的直管時，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力，這里討論它的計算。范寧（Fanning）公式是描述各種流型下直管阻力的計算通式。 （130）或 （130a）式中 摩擦系數(shù)，無因次。說明： （1）層流時，； （2）湍流時，。 利用范寧公式計算阻力時，主要問題是的確定。（一） （一）   層流時的求取 利用牛頓粘性定律可推導(dǎo)出推薦精選 （131）則 （132） （132a） 式（132）及（132a）稱為哈根泊謖葉方程，是流體層流時直管阻力的計算式，它是有嚴(yán)格理論依據(jù)的理論公式。（二）

4、 （二）   湍流時的確定由于湍流過程中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動情況復(fù)雜，所以尚無嚴(yán)格理論為依據(jù)，的求取一般采用經(jīng)驗(yàn)式或工程圖，這里介紹查取方便的圖（摩擦因子圖），如圖1-12所示。圖 112 圖該圖中曲線分成四個區(qū)：層流區(qū)、過渡區(qū)、湍流區(qū)和完全湍流區(qū)。1. 1. 層流區(qū)即,在雙數(shù)坐標(biāo)中為一條直線，此時無關(guān)。2. 過渡區(qū)通常將湍流區(qū)的曲線延至此區(qū)伸查取值。3.湍流區(qū)（圖中虛線以下區(qū)域） ，（1） （1）           當(dāng)相對粗糙度一定時， 增大而下降，當(dāng)增至某一數(shù)值后，下降緩慢；（2）

5、 （2）當(dāng)一定時，增大而增大。推薦精選4.完全湍流區(qū)（又稱阻力平方區(qū)）當(dāng)達(dá)到一定范圍時（圖中虛線以上所示范圍），無關(guān)，故，即流動阻力只與速度的平方成正比，故稱此區(qū)為阻力平方區(qū)。（三） （三）   湍流時阻力計算步驟 （1）根據(jù)管材及使用情況選?。唬?）由已知流體查取流體物性數(shù)據(jù)和；（3）依Re在摩擦因子圖上查取值；（4）將值代入中計算。三、 三、      非圓型管內(nèi)的阻力計算 （133）式中 當(dāng)量直徑，m； 摩擦系數(shù)， 。即模仿圓管計算公式，式中非圓形管尺寸用當(dāng)量直徑來描述具體計算舉例：（）圓管：；（）矩形管：；

6、（）環(huán)形管：。式中 矩形的長和寬，m。說明：（） （）   當(dāng)量直徑法用于湍流情況下阻力計算較準(zhǔn)確，對層流計算時誤差較大，應(yīng)對修正：。（） （）   中，取非圓形管中的真實(shí)流速。推薦精選四、 四、      局部阻力計算 流體流經(jīng)管件、閥門時受到的干擾或沖擊而引起的能量損失稱為局部阻力損失。計算局部阻力損失通常有以下兩種方法：（一） （一）   局部阻力系數(shù)法 （134）或 （134a）式中 局部阻力系數(shù)，無因次，一般由實(shí)驗(yàn)測定。常見的兩種情況：（） （）   流體

7、自大容器進(jìn)入管內(nèi)，流通截面突然縮小，稱為進(jìn)口損失，c=0.5；（） （）   流體自管子流入容器或直接排入空間，稱為出口損失，e=1.0；（） （）   其他情況如圖113所示。（二） （二）          當(dāng)量長度法 （135） 式中l(wèi)e稱為管件或閥門的當(dāng)量長度，單位為m。即流體流經(jīng)局部的阻力，看成相當(dāng)于流體流經(jīng)一段同徑直管的直管阻力，由實(shí)驗(yàn)測定，由有關(guān)手冊查取。五、 五、      管路總能量損失計算 (1-36)說明：推薦精選（） （）   為柏努利方程中由截面11至截面22，1Kg質(zhì)量流體的全部能量損失。通常管路由直管和管件組成，所以管路阻力包括直管阻力和局部阻力兩部分。（） （）   計算局部阻力時，可用阻力系數(shù)法，也