阻力損失的計(jì)算方法

1、1.5阻力損失1.5.1 兩種阻力損失直管阻力和局部阻力化工管路主要由兩部分組成：一種是直管，另一種是彎頭、三通、閥門等各種管件。直管造成的機(jī)械能損失稱為直管阻力損失(或稱沿程阻力損失)管件造成的機(jī)械能損失稱為局部阻力注意將直管阻力損失與固體表面間的摩擦損失相區(qū)別阻力損失表現(xiàn)為流體勢能的降低由機(jī)械能衡算式(1-42)可知：h_fPl+7/，P2+7-P2“，下zig-,tz2gr(1-71)層流時(shí)直管阻力損失流體在直管中作層流流動時(shí)，因阻力損失造成的勢能差可直接由式(1-68)求出：(1-72)此式稱為泊稷葉(Poiseuille)方程。層流阻力損失遂為:,32TuK=(1-73)1.5.2

2、湍流時(shí)直管阻力損失的實(shí)驗(yàn)研究方法實(shí)驗(yàn)研究的基本步驟如下:(1)析因?qū)嶒?yàn)一尋找影響過程的主要因素對所研究的過程作初步的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的歸納，盡可能的列出影響過程的主要因素。對湍流時(shí)直管阻力損失hf,經(jīng)分析和初步實(shí)驗(yàn)獲知諸影響因素為：流體性質(zhì)：密度P、粘度W;流動的幾何尺寸：管徑d、管長1、管壁粗糙度£（管內(nèi)壁表面高低不平）：流動條件：流速u。于是待求的關(guān)系式為：hf二咐1，：,U,；）（1-74）（2）規(guī)劃實(shí)驗(yàn)減少實(shí)驗(yàn)工作量因次分析法的基礎(chǔ)是：任何物理方程的等式兩邊或方程中的每一項(xiàng)均具有相同的因次，此稱為因次和諧或因次的一致性。以層流時(shí)的阻力損失計(jì)算式為例，式（1-73）可寫成如下形式ud

3、dup式中每一項(xiàng)都為無因次項(xiàng)，稱為無因次數(shù)群。換言之，未作無因次處理前，層流時(shí)阻力的函數(shù)形式為:hf=f(d,1,，：,u)(1-76)作無因次處理后，可寫成%2<u''duPl7,<NdJ(1-77)湍流時(shí)的式（1-74）也可寫成如下的無因次形式hu2(1-78)（3）數(shù)據(jù)處理-實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確表達(dá)獲得無因次數(shù)群之后，各無因次數(shù)群之間的函數(shù)關(guān)系仍需由實(shí)驗(yàn)并經(jīng)分析確定。方法之一是將各無因次數(shù)群（兀1、兀2、兀3）之間的函數(shù)關(guān)系近似的用房函數(shù)的形式表達(dá),a_b41=K&2凄3(1-79)此函數(shù)可線性化為log-1=logKalog二2blog二3(I-8U)對式

4、（1-78）而言，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，阻力損失與管長l成正比，該式可改寫為hf21U(1-81)1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式統(tǒng)一的表達(dá)方式對于直管阻力損失，無論是層流或湍流，均可將式（1-81）改寫成如下的摩擦系數(shù)入對Re<2000的層流直管流動，根據(jù)理論推導(dǎo)，將式(1-73)改寫成(1-82)的形式后可得:64(Re:二2000)Re(1-84)研究表明，湍流時(shí)的摩擦系數(shù)入可用下式計(jì)算1,=1.74-2logJ九2名上18.7+7=<dRe%'九J(1-85)使用簡單的迭代程序不難按已知數(shù)Re和相對粗糙度e/d求出入值,工程上為避免試差迭代，也為了使入與Re、£/d的關(guān)

5、系形象化，將式（1-84）、式（1-85）制成圖線見圖1-34,lu2hf=(1-82)d2形式（范寧公式），以便于工程計(jì)算。式（182）中摩擦系數(shù)入為Re數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即(1-83)，d該圖為雙對數(shù)坐標(biāo)。Re<2000為層流，10g入隨logRe直線下降，由式（1-84）可知其斜率為-1。此時(shí)阻力損失與流速的一次方成正比。在Re=20004000的過渡區(qū)內(nèi)，管內(nèi)流型因環(huán)境而異，摩擦系數(shù)波動。當(dāng)Re>4000,流動進(jìn)入湍流區(qū)，摩擦系數(shù)入隨雷諾系數(shù)Re的增大而減小。此時(shí)式（1-85）右方括號中第二項(xiàng)可以略去，即1.74一210g9(1-86)粗糙度對的人影響實(shí)際管的當(dāng)量粗糙度非圓形管的當(dāng)量直徑實(shí)驗(yàn)證明，對于非圓形管內(nèi)的湍流流動，如采用下面定義的當(dāng)量直徑或代替圓管直徑，其阻力損失仍可按式（1-82）和圖1-34進(jìn)行計(jì)算de4M管道截面積4A浸潤周邊一二(1-87)1.5.4局部阻力損失突然擴(kuò)大與突然縮小突然擴(kuò)大時(shí)產(chǎn)生阻力損失的原因在于邊界層脫體。流道突然擴(kuò)大，下游壓強(qiáng)上升，流體在逆壓強(qiáng)梯度下流動，極易發(fā)生邊界層分離而產(chǎn)生旋渦，如圖1-35a。流道突然縮小時(shí)，見圖1-35b。局部阻力損失的計(jì)算一局部