第四節(jié) 流體管內阻力課件

1、化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié) 流體在管內的流動阻力流體在管內的流動阻力截止閥截止閥化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié) 流體在管內的流動阻力流體在管內的流動阻力化工中的管子按照管材的性質和加工情況分為光滑化工中的管子按照管材的性質和加工情況分為光滑管和粗糙管。玻璃管、銅管、鉛管及塑料管稱為光管和粗糙管。玻璃管、銅管、鉛管及塑料管稱為光滑管；舊鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管?；?；舊鋼管和鑄鐵管稱為粗糙管。一、化工管路構成一、化工管路構成化工管路光滑管 粗糙管 玻璃管、黃銅管、塑料管 鋼管、鑄鐵管 1.1.化工用管化

2、工用管化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)2、常用管件、常用管件彎頭、三通、活接頭彎頭、三通、活接頭等等化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)3 3、常用閥門、常用閥門閘閥、截止閥、止回閥等閘閥、截止閥、止回閥等化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié) 流體在管內的流動阻力流體在管內的流動阻力截止閥截止閥化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)球閥球閥化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)4 4、流體阻力產生原因、流體阻力產生原因 流動阻力產生的根源流動阻

3、力產生的根源 流體具有粘性，流動時存在內部摩擦力. 流動阻力流動阻力產生的條件產生的條件固定的管壁或其他形狀的固體壁面化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)流體阻力產生原因流體阻力產生原因管路中的阻力直管阻力 ：局部阻力： 流體流經(jīng)一定管徑的直管時由于流體的內摩擦而產生的阻力 流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴大及縮小等局部地方所引起的阻力fhfhfh化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)二、流體在直管中的流動阻力fhpugZpugZ2222121122021 ZZ21uu fhPP211、計算圓形直管阻力的通式 化工原理化工原理電子

4、教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)垂直作用于截面1-1上的壓力 ：111ApP 垂直作用于截面2-2上的壓力 ：222ApP 平行作用于流體表面上的摩擦力為 ：SF021FPP0442221dldpdp214dp224dpdldldpp2214dlpp421化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)dlhwf42822udluw 28uw 令令22udlhf長徑比無量綱動能摩擦系數(shù)無量綱-沿程損失計算通式fhPP21dlpp421dlhf4范寧公式范寧公式化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)22udlhPff22udlhf 為無因次的

5、系數(shù)，稱為摩擦因數(shù) 。)/(Re,df阻力壓降阻力壓降gudlHf22壓頭損失壓頭損失化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) 22max1Rr28uw Rrwdrd 2 2、層流的摩擦系數(shù)、層流的摩擦系數(shù)第三節(jié)已推得速度分布：第三節(jié)已推得速度分布：uRvRw 42max uduR 6432 Re64 由牛頓粘性定律可知由牛頓粘性定律可知 max21 u及及22udlhf通式-層流摩擦系數(shù)例題：例題：1-19化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)3、湍流的摩擦系數(shù)、湍流的摩擦系數(shù) 主要依靠實驗主要依靠實驗建立經(jīng)驗關系式。實驗應在建立經(jīng)驗關系式。

6、實驗應在因次分析法因次分析法指導下進行。指導下進行。，uldfhf（1）通過實驗找到所有影響因素：）通過實驗找到所有影響因素：因次分析法因次分析法：可大大減少變可大大減少變量個數(shù)量個數(shù) 只是一種數(shù)學只是一種數(shù)學分析方法，不能分析方法，不能代替實驗。代替實驗。 d u 糙度糙度 請點擊看下表請點擊看下表 物理量總數(shù)物理量總數(shù)n722udlhf通式化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)返回上頁返回上頁化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)，uldfhf（2 2）找出各物理量量綱中所涉及的基本量綱）找出各物理量量綱中所涉及的基本量綱 基本量綱個數(shù)基

7、本量綱個數(shù) r3 （3）選擇）選擇r3個物理量作為基本物理量個物理量作為基本物理量如選如選d、u及及 （4）將其余）將其余n- r734個物理量逐一與基本物理量組個物理量逐一與基本物理量組成特征數(shù)成特征數(shù) d = l = = m =L u =m s-1= L T-1 = kg m-3= M L-3 = Pa s= M L-1 T -1 wf= J kg-1= (kg m2 s-2) kg-1 =L2 T -2（不這樣選（不這樣選也可以，但將得到不同的結果。）也可以，但將得到不同的結果。）化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) 1111cbaudl 2222cbaud

8、3333cbaud 4444cbafudw （5 5）根據(jù)）根據(jù)量綱一致性原則量綱一致性原則確定上述待定指數(shù)確定上述待定指數(shù) 方程的各項必需具有相同的量綱 無因次無因次 2222222c1b3ca1 -c3b1aMTLLMTLLTML 11122b 如如 010103122222cbcba111222 cba 111112Re duud化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)d 324uwf 類似可得類似可得 dl 1 -相對粗糙度相對粗糙度 -歐拉（歐拉（Euler）數(shù)）數(shù) ，uldfwf dldFuwf,Re,2 :22對照，得與udlhf d Re, 三者函數(shù)關系

9、的實驗結果標繪在雙對數(shù)坐標圖上，三者函數(shù)關系的實驗結果標繪在雙對數(shù)坐標圖上，稱為稱為莫狄（莫狄（MoodyMoody）摩擦系數(shù)圖）摩擦系數(shù)圖 改寫為：改寫為：-湍流摩擦系數(shù)化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001

10、 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re莫莫狄狄（Moody）圖圖層層流流區(qū)區(qū)Re64 過渡區(qū)湍湍流流區(qū)區(qū) d Re,阻力平方區(qū) d Re 22udlhf水力光滑管水力光滑管化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002

11、 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re如何使用摩迪圖？如何使用摩迪圖？化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)湍流時湍流時 的經(jīng)驗式的經(jīng)驗式 使用時注意經(jīng)驗式的適用范圍25. 0Re3164. 0 32. 0Re500. 00056. 0 8 . 0Relog

12、0 . 21 柏拉修斯（柏拉修斯（Blasius）式：）式： 顧毓珍等公式：顧毓珍等公式：（2100Re105 注：教材上有誤注：教材上有誤）（3000Re3 106）普蘭特式（普蘭特式（Prandtl）：）：（注：教材上有誤）（注：教材上有誤）（ 2300ReA1，阻力系數(shù)，阻力系數(shù) o=125 . 02uhf入口 u u 管入口：管入口： A2A1，阻力系數(shù)，阻力系數(shù) i=0.5化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)2-2面取在出口外側時，wf中應包括出口阻力損失（其大小為 ），但2-2面的動能為零。 五、管內流動總阻力損失的計算五、管內流動總阻力損失的計算總阻力

13、損失總阻力損失管出口彎管閥門管入口fshpugzwpugz2222121122機械能衡算方程：機械能衡算方程：2222udludllwef 2-2面取在出口內側時，wf中應不包括出口阻力損失，但出口截面處的動能222u22u2特別注意：特別注意：管出口截面的選取位置不同，管出口截面的選取位置不同，總阻力損失大小略有不同，但機械能衡算總阻力損失大小略有不同，但機械能衡算方程結果相同。見下圖：方程結果相同。見下圖：請思考：請思考：如下圖所示的管路系統(tǒng)，其總阻力損失應計入哪幾項？如下圖所示的管路系統(tǒng)，其總阻力損失應計入哪幾項？試分別列出來。試分別列出來。0222 u22u2化工原理化工原理電子教案電

14、子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)例題例題1 12222；1 12323化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) pa pB z？ B A 【例例】 總阻力損失的計算總阻力損失的計算如圖所示，將敞口高位槽如圖所示，將敞口高位槽A中密度中密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s的溶液自的溶液自流送入設備流送入設備B中。中。pB=10 kPa，閥門前、后的輸送管道分別為，閥門前、后的輸送管道分別為 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的無縫鋼管，閥門前、后直管段部分總長分別為的無縫鋼管，閥門前、后直管段部分總長分別為10 m和和8 m，管路上有一個，

15、管路上有一個90 彎頭、一個標準閥（全開）。為使溶液能以彎頭、一個標準閥（全開）。為使溶液能以4 m3 h-1的的流量流入設備流量流入設備B中，問中，問 z 為多少米？為多少米？解：解：1 11 12 22 2在面在面1-11-1與與2-22-2間列機械能衡算式：間列機械能衡算式： 閥閥后后閥閥前前ffwwpugzpugz 2222121122注：注：面面2-22-2取在取在管出口內側、外管出口內側、外測均可，這里取測均可，這里取在內側。在內側。化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s

16、。pB=10 kPa，閥門前、后的輸送管道，閥門前、后的輸送管道分別為分別為 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的無縫鋼管，閥門前、后直管段部分總的無縫鋼管，閥門前、后直管段部分總長分別為長分別為10 m和和8 m，管路上有一個，管路上有一個90 彎頭、一個標準閥（全開）。流彎頭、一個標準閥（全開）。流量量4 m3 h-11 11 12 22 222870101022222113221udludlugz 30. 14033. 03600442211 dVus431111067. 4108 . 087030. 1033. 0Re ud4000 m s-1查表查表1-1取管壁絕對糙度取管壁

17、絕對糙度 =0.2 mm /d1=0.00606查圖查圖1-27 1=0.0322230. 1033. 010032. 02222udl 閥閥前前化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié) pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8 mPa s。pB=10 kPa，閥門前、后的輸送管道，閥門前、后的輸送管道分別為分別為 38 2.5 mm和和 32 2.5 mm的無縫鋼管，閥門前、后直管段部分的無縫鋼管，閥門前、后直管段部分總長分別為總長分別為10 m和和8 m，管路上有一個，管路上有一個90 彎頭、一個標準閥（全開）。彎頭、一個標準閥（全開

18、）。流量流量4 m3 h-11 11 12 22 24000 m s-1 /d2=0.2/27=0.0074查圖查圖1-27 2=0.033突然縮小突然縮小 1=0.5，查表查表1-2知知 90 彎頭彎頭 2=0.75 94. 14027. 03600442222 dVus432221070. 5108 . 087094. 1027. 0Re ud22870101022222113221udludlugz 2230. 1033. 010032. 02222udl 閥閥前前+0.5+0.75294. 1027. 08033. 02 閥閥后后 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第一章第一章 第四節(jié)第四節(jié)294. 1027. 08033. 02 閥閥后后 pa pB z？ B A 密度密度870 kg m-3、黏度、黏度0.8