浙江大學(xué)化工原理

1、浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)1/181.3.4 總能量衡算和機(jī)械能衡算方程總能量衡算和機(jī)械能衡算方程 二、關(guān)于摩擦損失的計(jì)算二、關(guān)于摩擦損失的計(jì)算1、直管摩擦損失計(jì)算通式、直管摩擦損失計(jì)算通式2、非圓管摩擦損失計(jì)算式、非圓管摩擦損失計(jì)算式3、局部摩擦損失計(jì)算式、局部摩擦損失計(jì)算式幻燈片4目錄浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)2/18fswpugzwpugz 2222121122 管件或閥門管件或閥門等徑直管等徑直管管路輸送系統(tǒng)管路輸送系統(tǒng)直管摩擦損失 2 2 氣氣體體 洗洗滌滌塔塔 5m泵泵氣氣體體 3 3 1m1 1m 1 4 4 0.2m河河水水 廢廢水水池池

2、局部摩擦損失 二、關(guān)于摩擦損失二、關(guān)于摩擦損失 wf 的計(jì)算的計(jì)算機(jī)械能衡算方程機(jī)械能衡算方程 wf 的計(jì)算目前主要靠經(jīng)驗(yàn)式的計(jì)算目前主要靠經(jīng)驗(yàn)式 wf 分為兩類：分為兩類：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)3/18 2 p21 w p1 w h 2 1 lRlghpw 2 - -dlwwf 4 1、直管摩擦損失計(jì)算通式、直管摩擦損失計(jì)算通式 ghpzzgppwf 2121由機(jī)械能衡算得： sin222glRRlpRw 由受力的平衡得：22ufw 引入阻力系數(shù)：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)4/18242udlfwf 22udl （1）層層流流時(shí)時(shí)的的 （2）湍流時(shí)

3、的）湍流時(shí)的 Re64 /Redu 主要依靠實(shí)驗(yàn)研究長(zhǎng)徑比，無(wú)因次動(dòng)能摩擦因數(shù)-直管摩擦損失計(jì)算通式浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)5/18 ，uldfwf 因次分析過(guò)程：因次分析過(guò)程：（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到所有影響因素：管壁絕對(duì)粗糙度 d u 通過(guò)因次分析法，可得到某一物理過(guò)程的無(wú)因次數(shù)通過(guò)因次分析法，可得到某一物理過(guò)程的無(wú)因次數(shù)群的個(gè)數(shù)及形式。群的個(gè)數(shù)及形式。 只是一種數(shù)學(xué)分析方法，它不能代替實(shí)驗(yàn)。只是一種數(shù)學(xué)分析方法，它不能代替實(shí)驗(yàn)。因次分析法因次分析法：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)6/18表表 1某某些些工工業(yè)業(yè)管管材材的的絕絕對(duì)對(duì)粗粗糙糙度度約約值值 管

4、道 類 別 絕對(duì)粗糙度，mm 管 道 類 別 絕對(duì)粗糙度，mm 無(wú)縫黃銅管、鋼管、鉛管 0.010.05 干凈玻璃管 0.00150.01 新的無(wú)縫鋼管、鍍鋅鐵管 0.10.2 橡皮軟管 0.010.03 新的鑄鐵管 0.3 木管道 0.251.25 具有輕度腐蝕的無(wú)縫鋼管 0.20.3 陶土排水管 0.456.0 具有顯著腐蝕的無(wú)縫鋼管 0.5 以上 很好整平的水泥管 0.33 金 屬 管 舊的鑄鐵管 0.85 以上 非 金 屬 管 石棉水泥管 0.030.8浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)7/18所所涉涉及及到到的的基基本本因因次次數(shù)數(shù)變變量量個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)無(wú)無(wú)因因次次數(shù)數(shù)群群的的

5、個(gè)個(gè)數(shù)數(shù) mskgmsPakgmmsumldsmkgJwf 113122/437 定理：fedcbafulKdw 考慮到因次，有-（A）（2）根據(jù)定理找到無(wú)因次數(shù)群個(gè)數(shù)。 ，uldfwf 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)8/18 edecfedcbafedcbakgsmmskgmkgmmsmmsm 3113122 0223edecfedcba edecfeba2因次一致性原則： 物理量方程的等號(hào)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。fedcbafulKdw 將a、c、d代入式A得：-（A）浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)9/18fedcbafulKdw f

6、eeebfebulKd 22udldudKbfe 1 b ddKfe Re,Re2bfefdldKuw Re2歐拉(Euler)準(zhǔn)數(shù)相對(duì)粗糙度雷諾數(shù)22udlwf 與直管摩擦損失計(jì)算通式 對(duì)照可得：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)10/18 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 0.00

7、9 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莫莫狄狄（Moody）圖圖層層流流區(qū)區(qū)Re64 過(guò)渡區(qū)思考：由圖可見(jiàn)， ，Re，這與阻力損失隨 Re 增大而增大是否矛盾？湍湍流流區(qū)區(qū) d Re,阻力平方區(qū) d 水水力力光光滑滑管管 Re 22udlwf 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)11/18 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04

8、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 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 d u u 層流底層 Re d Re, d 隨隨著著 Re 數(shù)數(shù)的的增增大大， /d 對(duì)對(duì) 的的影影響響越越來(lái)來(lái)越越重重要要，相相反反，Re 數(shù)數(shù)對(duì)對(duì) 的的影影響

9、響卻卻越越來(lái)來(lái)越越弱弱。Why？浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)12/18如何使用摩迪圖？ 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 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

10、 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)13/18柏拉修斯（Blasius）式： 25. 0Re3164. 0 （3000Re105）普蘭特式： 8 . 0Relog0 . 21 (Re3.4106）尼古拉則式： 237. 0Re221. 00032. 0 （Re105）顧毓珍等公式： 32. 0Re500. 00056. 0 （3000Re3106） d u 光滑管：層流底層比厚使用時(shí)注意經(jīng)驗(yàn)式的適用范圍幾個(gè)光滑管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：幾個(gè)光滑管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)14/18 科爾布魯克

11、（Colebrook）式： Re35. 9log214. 11d適用范圍：Re=4103108，/d=510-210-6，從水力學(xué)光滑管至完全粗糙管的各種情形。23. 0Re681 . 0 d 阻力平方區(qū)d log214. 11 阻力平方區(qū)23. 01 . 0 d 幾個(gè)粗糙管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：幾個(gè)粗糙管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)15/18 仍仍可可按按圓圓管管的的公公式式計(jì)計(jì)算算或或用用莫莫狄狄圖圖查查取取，但但需需引引入入當(dāng)當(dāng)量量直直徑徑。 用其本身特定公式計(jì)算用其本身特定公式計(jì)算22udlwef dRRRde 2242 水力半徑水力半徑潤(rùn)濕周邊潤(rùn)濕周邊流通

12、截面積流通截面積 44ed dDdDdDde 4422當(dāng)量直徑Dd? ed2、非圓形管摩擦損失計(jì)算式、非圓形管摩擦損失計(jì)算式 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)16/18 R d A1 A2u （1）局局部部摩摩擦擦損損失失的的兩兩種種近近似似算算法法當(dāng)量長(zhǎng)度法：局部阻力系數(shù)法le-當(dāng)量長(zhǎng)度，可查有關(guān)圖表22,udlwef 局局22,uwf 局局-局部阻力系數(shù)，可查有關(guān)圖表邊界層分離邊界層分離3、局部摩擦損失計(jì)算式、局部摩擦損失計(jì)算式 由于流體的流速或流動(dòng)方向突然發(fā)生變化而產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致形體阻力。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第一章 流體力學(xué)基礎(chǔ)17/18突突然然擴(kuò)擴(kuò)大大和和突突然然縮縮小小 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2 a. 突然擴(kuò)大 b. 突然縮小突突然然擴(kuò)擴(kuò)大大時(shí)時(shí)： 管出口o=122小小uwf 突突然然縮縮小小時(shí)時(shí)：突然縮小的機(jī)械能損失主要還在于突然擴(kuò)大管入口i=0.5 u浙江大學(xué)本科生課程化工原