化工原理課件第一章第四節(jié)

1、1.4 流體流動(dòng)阻力流體流動(dòng)阻力 1.4.2 局部阻力局部阻力 1.4.3 流體在管路中的總阻力流體在管路中的總阻力1.4.1 流體在直管中的流動(dòng)阻力流體在直管中的流動(dòng)阻力 直管阻力與局部阻力的計(jì)算，摩擦系數(shù)直管阻力與局部阻力的計(jì)算，摩擦系數(shù)的影響因素。的影響因素。用因次分析法解決工程實(shí)際問(wèn)題。用因次分析法解決工程實(shí)際問(wèn)題。本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)難點(diǎn)：本節(jié)難點(diǎn)：1.4 1.4 流體流動(dòng)阻力流體流動(dòng)阻力 流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)?；す苈废到y(tǒng)主要由兩部分組成化工管路系統(tǒng)主要由兩部分組成

2、:一部分是直管一部分是直管;另一部分是管件、閥門(mén)等。另一部分是管件、閥門(mén)等。局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門(mén)等局部地方局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門(mén)等局部地方 由于流速大小及方向的改變而引由于流速大小及方向的改變而引 起的阻力。起的阻力。直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于 內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力；內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力； 相應(yīng)地流體流動(dòng)阻力也分為兩種：相應(yīng)地流體流動(dòng)阻力也分為兩種： 1.4.1 直管阻力直管阻力 一、阻力的表現(xiàn)形式一、阻力的表現(xiàn)形式 如圖如圖1-31所示，流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。所示，流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。圖圖1-31 直管阻力直管

3、阻力 在在1-1和和2-2截面間列柏努利方程：截面間列柏努利方程：fWpugzpugz222212112121因是直徑相同的水平管，因是直徑相同的水平管， 21uu 21zz 21ppWf（1-40）若管道為傾斜管，則若管道為傾斜管，則 )()(2211gzpgzpWf（1-40a） 由此可見(jiàn)，無(wú)論是水平安裝，還是傾斜安由此可見(jiàn)，無(wú)論是水平安裝，還是傾斜安裝，流體的流動(dòng)阻力均表現(xiàn)為靜壓能的減少。裝，流體的流動(dòng)阻力均表現(xiàn)為靜壓能的減少。 僅當(dāng)水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截僅當(dāng)水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。面的靜壓能之差。二、二、直管阻力的通式直管阻力的通式 在圖在圖1-31中

4、，對(duì)中，對(duì)1-1和和2-2截面間流體進(jìn)截面間流體進(jìn)行受力分析：行受力分析：由壓力差而產(chǎn)生的推動(dòng)力為：由壓力差而產(chǎn)生的推動(dòng)力為： 4221dpp與流體流動(dòng)方向相同；與流體流動(dòng)方向相同；與流體流動(dòng)方向相反。與流體流動(dòng)方向相反。流體的摩擦力為：流體的摩擦力為：dlAFdldpp4)(221dlWf4 流體在管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)，在流動(dòng)方向上所受流體在管內(nèi)作定態(tài)流動(dòng)，在流動(dòng)方向上所受合力必定為零。合力必定為零。整理得整理得 dlpp421（1-41）將式將式(1-41)代入式（代入式（1-40）中，得）中，得（1-42）222242822fluluWduud28u令令 將式（將式（1-42）變形，把能量損失

5、）變形，把能量損失Wf 表示為表示為動(dòng)能動(dòng)能u2/2的某一倍數(shù)。的某一倍數(shù)。22udlWf則則 （1-43） 式（式（1-43）為流體在直管內(nèi)流動(dòng)阻力的通）為流體在直管內(nèi)流動(dòng)阻力的通式，稱為范寧（式，稱為范寧（Fanning）公式。）公式。 為無(wú)因次系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)或摩擦因?yàn)闊o(wú)因次系數(shù)，稱為摩擦系數(shù)或摩擦因數(shù)，與流體流動(dòng)的數(shù)，與流體流動(dòng)的Re及管壁狀況有關(guān)。及管壁狀況有關(guān)。根據(jù)柏努利方程的其它形式，也可寫(xiě)出相應(yīng)根據(jù)柏努利方程的其它形式，也可寫(xiě)出相應(yīng)的范寧公式表示式：的范寧公式表示式：壓頭損失壓頭損失 gudlhf22壓力損失壓力損失 22udlpf（1-43a） （1-43b） 能量損失能量

6、損失 22udlWf（1-43c） J/m3J/kgJ/N=m 值得注意的是，壓力損失值得注意的是，壓力損失Pf 是流體流動(dòng)是流體流動(dòng)能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力能量損失的一種表示形式，與兩截面間的壓力差差P=（P1P2）意義不同，只有當(dāng)管路為水意義不同，只有當(dāng)管路為水平時(shí)，二者才相等。平時(shí)，二者才相等。 應(yīng)當(dāng)指出，范寧公式對(duì)層流與湍流均適應(yīng)當(dāng)指出，范寧公式對(duì)層流與湍流均適用，只是兩種情況下摩擦系數(shù)用，只是兩種情況下摩擦系數(shù)不同。以下對(duì)不同。以下對(duì)層流與湍流時(shí)摩擦系數(shù)層流與湍流時(shí)摩擦系數(shù)分別討論。分別討論。三、三、層流時(shí)的摩擦系數(shù)層流時(shí)的摩擦系數(shù) 流體在直管中作層流流動(dòng)時(shí)，管中心最

7、大速流體在直管中作層流流動(dòng)時(shí)，管中心最大速度為度為:max21uu 2dR 將將代入代入(1-36）中，可得：）中，可得：22132)(dlupp232dlupf（1-44） 該方程是流體在直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)壓力損該方程是流體在直管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)壓力損失的計(jì)算式。失的計(jì)算式。哈根哈根-泊謖葉（泊謖葉（Hagen-Poiseuille）方程）方程232dluWf 結(jié)合式（結(jié)合式（1-40），流體在直管內(nèi)層流流動(dòng)），流體在直管內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)能量損失或阻力的計(jì)算式為時(shí)能量損失或阻力的計(jì)算式為表明層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比。表明層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比。（1-45）式（式（1-45）也可改寫(xiě)為

8、）也可改寫(xiě)為2Re6426432222udludluddluWf（1-45a） 將式（將式（1-45a）與式（）與式（1-43）比較，可得層）比較，可得層流時(shí)摩擦系數(shù)的計(jì)算式流時(shí)摩擦系數(shù)的計(jì)算式Re64（1-46） 即層流時(shí)摩擦系數(shù)即層流時(shí)摩擦系數(shù)是雷諾數(shù)是雷諾數(shù)Re的函數(shù)。的函數(shù)。四、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)四、湍流時(shí)的摩擦系數(shù) 層流時(shí)阻力的計(jì)算式是根據(jù)理論推導(dǎo)所得，層流時(shí)阻力的計(jì)算式是根據(jù)理論推導(dǎo)所得，湍流時(shí)由于情況要復(fù)雜得多，目前尚不能得到理湍流時(shí)由于情況要復(fù)雜得多，目前尚不能得到理論計(jì)算式。論計(jì)算式。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，可獲得經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，這種通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，可獲得經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，這種實(shí)驗(yàn)研究方法是化工中

9、常用的方法。實(shí)驗(yàn)研究方法是化工中常用的方法。 若采用化工中常用的工程研究方法若采用化工中常用的工程研究方法因因次分析法，可將幾個(gè)變量組合成一個(gè)無(wú)因次次分析法，可將幾個(gè)變量組合成一個(gè)無(wú)因次數(shù)群（如雷諾數(shù)數(shù)群（如雷諾數(shù)Re即是由即是由d、u、四個(gè)變四個(gè)變量組成的無(wú)因次數(shù)群），用無(wú)因次數(shù)群代替量組成的無(wú)因次數(shù)群），用無(wú)因次數(shù)群代替?zhèn)€別的變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。個(gè)別的變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 在實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次只能改變一個(gè)變量，而將在實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次只能改變一個(gè)變量，而將其它變量固定，如過(guò)程涉及的變量很多，工作其它變量固定，如過(guò)程涉及的變量很多，工作量必然很大，而且將實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)成形式簡(jiǎn)單量必然很大，而且將實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)成形式簡(jiǎn)單

10、便于應(yīng)用的公式也很困難。便于應(yīng)用的公式也很困難。目的目的：（1）由于數(shù)群的數(shù)目總是比變量的數(shù)）由于數(shù)群的數(shù)目總是比變量的數(shù)目少，就可以大大減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，關(guān)目少，就可以大大減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的工作也會(huì)有所簡(jiǎn)化，聯(lián)數(shù)據(jù)的工作也會(huì)有所簡(jiǎn)化，減少實(shí)驗(yàn)減少實(shí)驗(yàn)工作量；工作量；（2）可將在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小設(shè)備中用某）可將在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小設(shè)備中用某種物料實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果，應(yīng)用到其它物種物料實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果，應(yīng)用到其它物料及實(shí)際的化工設(shè)備中去。其料及實(shí)際的化工設(shè)備中去。其結(jié)果具有結(jié)果具有普遍性，便于推廣。普遍性，便于推廣。1. 因次分析法因次分析法 基礎(chǔ)：基礎(chǔ)： 因次一致性原則，即每一個(gè)物理方程式因次一致性

11、原則，即每一個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，而且每一項(xiàng)都應(yīng)的兩邊不僅數(shù)值相等，而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的因次。具有相同的因次?；径ɡ恚夯径ɡ恚?白金漢（白金漢（BuckinghanBuckinghan）定理定理 設(shè)影響某一物理現(xiàn)象的獨(dú)立變量數(shù)為設(shè)影響某一物理現(xiàn)象的獨(dú)立變量數(shù)為n個(gè)，個(gè)，這些變量的基本因次數(shù)為這些變量的基本因次數(shù)為m個(gè)，則該物理現(xiàn)個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用象可用 N（ n m）個(gè)獨(dú)立的無(wú)因次數(shù)群）個(gè)獨(dú)立的無(wú)因次數(shù)群表示。表示。 根據(jù)對(duì)摩擦阻力性質(zhì)的理解和實(shí)驗(yàn)研究的綜根據(jù)對(duì)摩擦阻力性質(zhì)的理解和實(shí)驗(yàn)研究的綜合分析，認(rèn)為流體在湍流流動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)摩擦力合分析，認(rèn)為流體在湍流流動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)摩擦

12、力而產(chǎn)生的壓力損失而產(chǎn)生的壓力損失Pf 與流體的密度與流體的密度、粘度、粘度、平均速度平均速度u 、管徑、管徑d 、管長(zhǎng)、管長(zhǎng)l 及管壁的粗糙度及管壁的粗糙度有有關(guān)，即關(guān)，即,ldufpf （1-47）7個(gè)變量的因次分別為：個(gè)變量的因次分別為： P =M-2L-1 u =M- 1 d =L l =L= L= M-1L -1=ML-3基本因次有基本因次有3個(gè)。個(gè)。根據(jù)根據(jù)定理，無(wú)因次數(shù)群的數(shù)目定理，無(wú)因次數(shù)群的數(shù)目N=n-m=7-3=4個(gè)個(gè)將式（將式（1-47）寫(xiě)成冪函數(shù)的形式：）寫(xiě)成冪函數(shù)的形式：fedcbafulkdp因次關(guān)系因次關(guān)系式式：211311() () ()abcdefMLkL L

13、 LMLMLL根據(jù)因次一致性根據(jù)因次一致性原則原則：對(duì)于對(duì)于M： 對(duì)于對(duì)于L： 對(duì)于對(duì)于： 1= d + e-1= a + b + c - 3d e + f -2 = - c - e設(shè)設(shè)b，e，f 已知，解得：已知，解得：edecfeba12feeebfebfulkdp12febfduddlkup2即即 ddludupf,2（1-48）式中：式中：歐拉（歐拉（Euler）準(zhǔn)數(shù)，也）準(zhǔn)數(shù)，也 是無(wú)因次數(shù)群。是無(wú)因次數(shù)群。 2fpEuu雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re， d ul /d 管道的幾何尺寸對(duì)流動(dòng)阻力的影響管道的幾何尺寸對(duì)流動(dòng)阻力的影響 / d 相對(duì)粗糙度，反映了管壁粗糙度對(duì)相對(duì)粗糙度，反映了管壁粗

14、糙度對(duì) 流動(dòng)阻力的影響流動(dòng)阻力的影響 根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，流體流動(dòng)阻力與管長(zhǎng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，流體流動(dòng)阻力與管長(zhǎng) l 成成正比，正比，該式可改寫(xiě)為：該式可改寫(xiě)為： ddlupfRe,22Re,uddlpWff或或式（式（1-48）具體的函數(shù)關(guān)系通常由實(shí)驗(yàn)確定。）具體的函數(shù)關(guān)系通常由實(shí)驗(yàn)確定。 （1-49）（1-49a）與范寧公式（與范寧公式（1-43）相對(duì)照，可得）相對(duì)照，可得)(Re,d（1-50） 即湍流時(shí)摩擦系數(shù)即湍流時(shí)摩擦系數(shù)是是Re 和相對(duì)粗糙度和相對(duì)粗糙度/d 的函數(shù)，如圖的函數(shù)，如圖1-32所示，稱為莫狄（所示，稱為莫狄（Moody）摩）摩擦系數(shù)圖。擦系數(shù)圖。 莫狄（莫狄（Moody）摩擦

15、因數(shù)圖：）摩擦因數(shù)圖：圖圖1-32 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對(duì)粗糙度及相對(duì)粗糙度 d的關(guān)系根據(jù)根據(jù)Re不同，圖不同，圖1-32可分為四個(gè)區(qū)域；可分為四個(gè)區(qū)域；（1）層流區(qū)（）層流區(qū)（Re 2000） 與與/d 無(wú)關(guān)，與無(wú)關(guān)，與Re為直線關(guān)系，即為直線關(guān)系，即 =64/ Re ,此時(shí)此時(shí)Wf u，即，即Wf 與與u的一次方成正比。的一次方成正比。（2）過(guò)渡區(qū)（）過(guò)渡區(qū)（2000Re時(shí)，如圖時(shí)，如圖1-33（a）所示；）所示； 湍流流動(dòng)時(shí)：湍流流動(dòng)時(shí)： 此時(shí)管壁粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力的影響與層此時(shí)管壁粗糙度對(duì)流動(dòng)阻力的影響與層流時(shí)相近，此為水力光滑管。流時(shí)相近，此為水力光滑管。 圖圖1-

16、33a 流體流過(guò)管壁面的情況流體流過(guò)管壁面的情況 隨隨Re 的增加，層流內(nèi)層的厚度逐漸減薄，的增加，層流內(nèi)層的厚度逐漸減薄，當(dāng)當(dāng)L 時(shí)，如圖時(shí)，如圖1-33（b）所示，壁面凸出部）所示，壁面凸出部分伸入湍流主體區(qū)，與流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，使分伸入湍流主體區(qū)，與流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，使流動(dòng)阻力增加。流動(dòng)阻力增加。 圖圖1-33b 流體流過(guò)管壁面的情況流體流過(guò)管壁面的情況 當(dāng)當(dāng)Re 大到一定程度時(shí)，層流內(nèi)層可薄得大到一定程度時(shí)，層流內(nèi)層可薄得足以使壁面凸出部分都伸到湍流主體中，質(zhì)點(diǎn)足以使壁面凸出部分都伸到湍流主體中，質(zhì)點(diǎn)碰撞加劇，致使粘性力不再起作用，而包括粘碰撞加劇，致使粘性力不再起作用，而包括粘度度在

17、內(nèi)的在內(nèi)的Re 不再影響摩擦系數(shù)的大小，流動(dòng)不再影響摩擦系數(shù)的大小，流動(dòng)進(jìn)入了完全湍流區(qū)，此為完全湍流粗糙管。進(jìn)入了完全湍流區(qū)，此為完全湍流粗糙管。例 ：例 ： 分 別 計(jì) 算 下 列 情 況 下 ， 流 體 流 過(guò)分 別 計(jì) 算 下 列 情 況 下 ， 流 體 流 過(guò)76763 3mm、長(zhǎng)長(zhǎng)10m的水平鋼管的能量損失、壓的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。頭損失及壓力損失。（1）密度為）密度為910kg/m3、粘度為、粘度為72cP的油品，流的油品，流速為速為1.1m/s；（2）20的水，流速為的水，流速為2.22.2 m/s。解：解： （1）油品：）油品： 200097310721

18、. 191007. 0Re3ud流動(dòng)為層流。摩擦系數(shù)可從圖流動(dòng)為層流。摩擦系數(shù)可從圖1-32上查取，也上查取，也可用式（可用式（1-46）計(jì)算：）計(jì)算：0658. 097364Re64所以能量損失所以能量損失 J/kg69. 521 . 107. 0100658. 0222udlWf壓頭損失壓頭損失 m58. 081. 969. 5gWhff壓力損失壓力損失 Pa517869. 5910ffWp（2）20水的物性：水的物性： 3kg/m2 .99831.005 10 Pa s531053. 110005. 12 . 22 .99807. 0udRe 流動(dòng)為湍流。求摩擦系數(shù)尚需知道相對(duì)粗流動(dòng)為湍

19、流。求摩擦系數(shù)尚需知道相對(duì)粗糙度糙度/d ，查表，查表1-2，取鋼管的絕對(duì)粗糙度，取鋼管的絕對(duì)粗糙度為為0.2mm，則，則 00286. 0702 . 0d根據(jù)根據(jù)Re=1.53105及及/d0.00286查圖查圖1-32，得得0.027所以能量損失所以能量損失 J/kg33. 922 . 207. 010027. 0222udlWf壓頭損失壓頭損失 m95. 081. 933. 9gWhffPa931333. 92 .998ffWp壓力損失壓力損失 五、五、 非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力 對(duì)于非圓形管內(nèi)的湍流流動(dòng)，仍可用在圓對(duì)于非圓形管內(nèi)的湍流流動(dòng)，仍可用在圓形管內(nèi)流動(dòng)阻力的計(jì)算

20、式，但需用非圓形管道形管內(nèi)流動(dòng)阻力的計(jì)算式，但需用非圓形管道的當(dāng)量直徑代替圓管直徑。當(dāng)量直徑定義為的當(dāng)量直徑代替圓管直徑。當(dāng)量直徑定義為Ade44潤(rùn)濕周邊流通截面積(1-52)1212212244ddddddde邊長(zhǎng)分別為邊長(zhǎng)分別為a、b的矩形管的矩形管 ，其當(dāng)量直徑為，其當(dāng)量直徑為baabbaabde2)(24 對(duì)于套管環(huán)隙，當(dāng)內(nèi)管的外徑為對(duì)于套管環(huán)隙，當(dāng)內(nèi)管的外徑為d1，外管的，外管的內(nèi)徑為內(nèi)徑為d2時(shí)，其當(dāng)量直徑為時(shí)，其當(dāng)量直徑為 在層流情況下，當(dāng)采用當(dāng)量直徑計(jì)算阻力在層流情況下，當(dāng)采用當(dāng)量直徑計(jì)算阻力時(shí)，還應(yīng)對(duì)式（時(shí)，還應(yīng)對(duì)式（1-46）進(jìn)行修正，改寫(xiě)為）進(jìn)行修正，改寫(xiě)為ReC(1-5

21、3)式中：式中：C為無(wú)因次常數(shù)。為無(wú)因次常數(shù)。一些非圓形管的一些非圓形管的C值見(jiàn)教材。值見(jiàn)教材。當(dāng)量直徑只用于非圓形管道流動(dòng)阻力的計(jì)當(dāng)量直徑只用于非圓形管道流動(dòng)阻力的計(jì)算，而不能用于流通面積及流速的計(jì)算。算，而不能用于流通面積及流速的計(jì)算。注意：注意：說(shuō)明說(shuō)明:ReC正方形正方形 C57套管環(huán)隙套管環(huán)隙 C96 （3）流速用實(shí)際流通面積計(jì)算流速用實(shí)際流通面積計(jì)算 。2785. 0esdVu （1）Re 與與Wf 中的直徑用中的直徑用de 計(jì)算；計(jì)算；（2）層流時(shí)：）層流時(shí)：1.4.2 局部阻力局部阻力 局部阻力有兩種計(jì)算方法：阻力系數(shù)法和當(dāng)局部阻力有兩種計(jì)算方法：阻力系數(shù)法和當(dāng) 量長(zhǎng)度法。量長(zhǎng)

22、度法。一、阻力系數(shù)法一、阻力系數(shù)法 克服局部阻力所消耗的機(jī)械能，可以表克服局部阻力所消耗的機(jī)械能，可以表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)，即示為動(dòng)能的某一倍數(shù)，即22uWfJ/kg(1-54)guhf22J/N=m或或 (1-54a)式中式中稱為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。稱為局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常用管件及閥門(mén)的局部阻力系數(shù)見(jiàn)教材。常用管件及閥門(mén)的局部阻力系數(shù)見(jiàn)教材。 注意：表中當(dāng)管截面突然擴(kuò)大和突然縮小時(shí)，注意：表中當(dāng)管截面突然擴(kuò)大和突然縮小時(shí)， 式（式（1-54）及（）及（1-54a）中的速度）中的速度u均以均以 小管中的速度計(jì)。小管中的速度計(jì)。 1. 突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大 小管中的大速度121

23、221u210)1 (uWAAf圖圖1-34 突然擴(kuò)大突然擴(kuò)大 2.突然縮小突然縮小 小管中的大速度22220225 . 00) 1(uuWAAf圖圖1-35 突然縮小突然縮小 當(dāng)流體自容器進(jìn)入管內(nèi)：當(dāng)流體自容器進(jìn)入管內(nèi)：5 . 0進(jìn)口稱為進(jìn)口阻力系數(shù)；稱為進(jìn)口阻力系數(shù)； 當(dāng)流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管當(dāng)流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外空間：外空間：1出口稱為出口阻力系數(shù)。稱為出口阻力系數(shù)。 當(dāng)流體從管子直接排放到管外空間時(shí)，當(dāng)流體從管子直接排放到管外空間時(shí)，管出口內(nèi)側(cè)截面上的壓強(qiáng)可取為與管外空間管出口內(nèi)側(cè)截面上的壓強(qiáng)可取為與管外空間相同，但出口截面上的動(dòng)能及出口阻力應(yīng)與相同，但出口

24、截面上的動(dòng)能及出口阻力應(yīng)與截面選取相匹配。截面選取相匹配。 若截面取管出口內(nèi)側(cè)，則表示流體并未離若截面取管出口內(nèi)側(cè)，則表示流體并未離開(kāi)管路；開(kāi)管路； 此時(shí)截面上仍有動(dòng)能，系統(tǒng)的總能量損失此時(shí)截面上仍有動(dòng)能，系統(tǒng)的總能量損失不包含出口阻力；不包含出口阻力；由于出口阻力系數(shù)由于出口阻力系數(shù)1出口兩種選取截面方法計(jì)算結(jié)果相同。兩種選取截面方法計(jì)算結(jié)果相同。 若截面取管出口外側(cè)，則表示流體已經(jīng)若截面取管出口外側(cè)，則表示流體已經(jīng)離開(kāi)管路，離開(kāi)管路， 此時(shí)截面上動(dòng)能為零，而系統(tǒng)的總能量此時(shí)截面上動(dòng)能為零，而系統(tǒng)的總能量損失中應(yīng)包含出口阻力。損失中應(yīng)包含出口阻力。3.管件與閥門(mén)管件與閥門(mén)蝶閥蝶閥二、當(dāng)量長(zhǎng)度

25、法二、當(dāng)量長(zhǎng)度法 將流體流過(guò)管件或閥門(mén)的局部阻力，將流體流過(guò)管件或閥門(mén)的局部阻力，折合成直徑相同、長(zhǎng)度為折合成直徑相同、長(zhǎng)度為 le 的直管所產(chǎn)生的的直管所產(chǎn)生的阻力即阻力即 22efl uwd(1-55)式中式中 ：le 稱為管件或閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度。稱為管件或閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度。 同樣，管件與閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度也是由實(shí)同樣，管件與閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度也是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，有時(shí)也以管道直徑的倍數(shù)驗(yàn)測(cè)定，有時(shí)也以管道直徑的倍數(shù) le /d 表示。表示。見(jiàn)教材。見(jiàn)教材。 22efl uhdg(1-55a)或或1.4.3 流體在管路中的總阻力流體在管路中的總阻力 前已說(shuō)明，化工管路系統(tǒng)是由直管和管件、前已說(shuō)明，化工管路系

26、統(tǒng)是由直管和管件、閥門(mén)等構(gòu)成，因此流體流經(jīng)管路的總阻力應(yīng)是直閥門(mén)等構(gòu)成，因此流體流經(jīng)管路的總阻力應(yīng)是直管阻力和所有局部阻力之和。管阻力和所有局部阻力之和。 對(duì)同一管件，可用任一種計(jì)算，但不能用對(duì)同一管件，可用任一種計(jì)算，但不能用兩種方法重復(fù)計(jì)算。兩種方法重復(fù)計(jì)算。 計(jì)算局部阻力時(shí)，可用局部阻力系數(shù)法，計(jì)算局部阻力時(shí)，可用局部阻力系數(shù)法，亦可用當(dāng)量長(zhǎng)度法。亦可用當(dāng)量長(zhǎng)度法。當(dāng)管路直徑相同時(shí)，總阻力：當(dāng)管路直徑相同時(shí)，總阻力：2)(222udludllWef(1-56)或或(1-56a)22udllWWWefff 式中式中、 le 分別為管路中所有局部阻力系分別為管路中所有局部阻力系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度之

27、和。數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度之和。減少流動(dòng)阻力的途徑：減少流動(dòng)阻力的途徑：管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；管徑適當(dāng)大些。管徑適當(dāng)大些。盡量不安裝不必要的管件和閥門(mén)等；盡量不安裝不必要的管件和閥門(mén)等； 若管路由若干直徑不同的管段組成時(shí)，各若管路由若干直徑不同的管段組成時(shí)，各段應(yīng)分別計(jì)算，再加和。段應(yīng)分別計(jì)算，再加和。例例 如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔如附圖所示，料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)進(jìn)料處的壓力為中。塔內(nèi)進(jìn)料處的壓力為30kPa（表壓），輸送（表壓），輸送管路為管路為452.5mm的無(wú)縫鋼管，直管長(zhǎng)為的無(wú)縫鋼管，直管長(zhǎng)為10m。管路中裝有管路中裝有1

28、80回彎頭一個(gè)，回彎頭一個(gè)，90標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)彎頭一個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開(kāi)）一個(gè)。若維持進(jìn)料量為標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開(kāi)）一個(gè)。若維持進(jìn)料量為5m3/h ，問(wèn)高位槽中的液面至少高出進(jìn)料口多少，問(wèn)高位槽中的液面至少高出進(jìn)料口多少米？米？操作條件下料液的物性：操作條件下料液的物性： 3kg/m89031.2 10 Pa shpahpa解：解： 如圖取高位槽中液如圖取高位槽中液面為面為1-1面，管出口面，管出口內(nèi)側(cè)為內(nèi)側(cè)為2-2截面，且截面，且以過(guò)以過(guò)2-2截面中心線截面中心線的水平面為基準(zhǔn)面。的水平面為基準(zhǔn)面。 在在1-1與與2-2截面間截面間列柏努利方程：列柏努利方程：1122 2fWpugzpugz222212112121z1=h； u10； p1=0（表壓）；（表壓）； 其中：其中： z2=0； p2=30kPa（表壓）；（表壓）； 2225 3