管內(nèi)流動(dòng)阻力計(jì)算課件

1、1 1.4 管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失流體流動(dòng)阻力包括：流體流動(dòng)阻力包括： 1、直管阻力損失（沿程阻力損失）、直管阻力損失（沿程阻力損失） 2、局部阻力損失（管件、閥門等的阻力損失）、局部阻力損失（管件、閥門等的阻力損失）流體沿壁面流過時(shí)的阻力表皮阻力（或摩擦阻力）流體的流道發(fā)生彎曲、突然擴(kuò)大或縮小、繞過物體流動(dòng)，引起邊界層分離形體阻力。21.4.1 直管阻力損失fhugzpugzp22222221111、 直管阻力損失的直觀表現(xiàn)直管阻力損失的直觀表現(xiàn)ffppph21說明：若管路直徑不等或不水平，則上下游截面間的壓力變化除因阻力損失外，還包括位能或動(dòng)能變化所引起的部分。即：p1-p2

2、pf壓力降壓力降 阻力損失的直觀表現(xiàn)阻力損失的直觀表現(xiàn)1p12p2Ru3ffffhhpHgggfffgHhp阻力損失有三種表達(dá)形式： hf-J/kg （單位質(zhì)量） Hf-m （單位重量） pf -Pa （單位體積）直管阻力損失的計(jì)算直管阻力損失的計(jì)算常用的形式常用的形式2211221222fupupzzHgggg2212112222fuugzpgzphfhugzpugzp2222222111ffhgHffppph2142、 范寧公式范寧公式2282wfuldup28uw令22udlpf上三式為計(jì)算圓形直管阻力損失的范寧公式，適用于層流和湍流。2p1pWWr22udlhfgudlHf222212

3、2Wprprrl124Wfpplpdl51.4.2 層流時(shí)的摩擦損失2max24fpuRul由層流時(shí)的最大速度與壓力降的關(guān)系可得：（參見（參見1.3.3 層流平均速度）層流平均速度） 與范寧公式Re6464du此式稱為哈根泊謖葉（Hagen-Poiseyulle)公式。232dlupf 由哈根泊謖葉公式得，層流時(shí)阻力損失與速度的一次方成正比速度的一次方成正比、與管長的一次方成正比管長的一次方成正比、與管徑的兩次方成反比管徑的兩次方成反比。注意該式適用于層流、牛頓流體22238822fffppdpudlRll22udlpf比較：61.4.3 湍流流動(dòng)的阻力損失湍流流動(dòng)的阻力損失（1）因次分析法）

4、因次分析法 因次論的依據(jù)： （1）物理量方程的因次一致 （2）定理：任何因次一致的物理量方程都可以表示為準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式； 準(zhǔn)數(shù)個(gè)數(shù)為 i=n-m式中：n 為物理量個(gè)數(shù)， m 為用于表示所有物理量的基本因次數(shù)目因次就是量綱 ，如質(zhì)量M、長度L、時(shí)間dydue,Re,.e渦流粘度 它表征脈動(dòng)的強(qiáng)弱 隨及所處的位置而變不同于粘度難于測定7因次分析法解決問題的思路：復(fù)雜問題實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求每次只改變一個(gè)變量，將其它變量固定 ;若變量很多工作量大，并且將實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)成便于應(yīng)用的公式也很困難 ；因次分解法將變量組合成無因次的群，代替方程式中的單個(gè)變量;數(shù)群的數(shù)目比變量的數(shù)目少實(shí)驗(yàn)與關(guān)聯(lián)工作簡化工程上實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式

5、；8 影響直管阻力壓力損失的因數(shù)有三個(gè)：（1）流體物性因數(shù)流體物性因數(shù): 和（2）設(shè)備因數(shù)設(shè)備因數(shù): L 、d和管壁粗糙度 （3）流動(dòng)因數(shù)流動(dòng)因數(shù): u以上因素可以函數(shù)形式表示為：, uldpf因此，流動(dòng)阻力損失若按每個(gè)變量做5個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)，則實(shí)驗(yàn)量驚人（56次次）。采用因次分析法步驟： 找出影響因數(shù)得準(zhǔn)數(shù)實(shí)驗(yàn)得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式減少了工作量。具體研究方法采用Rayleigh（瑞利）法。9qkjcbafulKdp式中七個(gè)物理量的因次 為： p =M T 2 L-1 u =L T-1 d =L M L3 =M L-1 T-1 =L將各物理量的因次代入，整理得：123j ka b cj k qc kM L T

6、MLT 根據(jù)因次一致性原則得：將b、q、k表示為a、c、j的函數(shù)，整理得 j+k=1ab+c-3j-k+q=-1c+k=2j1ka=-b-k-qc=2-k帶入p的冪函數(shù)中：qkkkbqkbulKdp12Rayleigh法：法：10qkbfddudlKup2qkkkbqkbulKdp12根據(jù)實(shí)驗(yàn)：Re,d2fEupu表示壓力與歐慣性力之稱為拉準(zhǔn)數(shù)比，d管壁的相對粗糙度2qfkekqlduplKRudKddd范寧公式：22udlpf1fplb 212fplud（1）（2）（1）與（2）比較，得摩擦系數(shù)：11（2）湍流時(shí)的摩擦損失）湍流時(shí)的摩擦損失Re,d即湍流時(shí)的不僅與Re有關(guān)，還與管壁的粗糙度有

7、關(guān)12對光滑管內(nèi)的湍流，有柏拉修斯（Blasius公式）：25. 0Re3164. 0當(dāng)Re很大時(shí)：與Re無關(guān), hf與u2成正比，故稱為阻力平方區(qū)即層流時(shí)層流時(shí)hf u，湍流時(shí)，湍流時(shí)hf u1.752.0Re6464du根據(jù)范寧公式，代入層流的，hf - u； 湍流時(shí)， 為常數(shù)，hf - u222udlhf131.4.4 非圓形管內(nèi)的摩擦損失非圓形管內(nèi)的摩擦損失方法是用當(dāng)量直徑de代替圓管中的d。當(dāng)量直徑定義為注意這里de 僅用于阻力損失和雷諾數(shù)的計(jì)算中22udlhef而速度u為實(shí)際平均速度，即24evdqu非園管層流時(shí)式中管截面形狀：正方形 c57，環(huán)形 c=96, 等邊三角形 c=53

8、Ade44潤濕周邊管道截面積udeReReC141.4.5 局部阻力損失局部阻力損失流體流經(jīng)管件、閥門處由于流道變化大，多發(fā)生邊界層脫離，產(chǎn)生大量旋渦，消耗了機(jī)械能。1、阻力系數(shù)法22uhf2、當(dāng)量長度法22efl uhd-阻力系數(shù) le -當(dāng)量長度 實(shí)測的和le見 P30 表1-2221)1 (AA3、 常見局部阻力1突然擴(kuò)大 u1A1A2u21215 . 0AA01,0.5i3管出口與管入口2突然縮小 u1A1A2u215例116例2、1122+0.5+0.52.1617總結(jié)根據(jù)范寧公式22fl uhd （求解阻力系數(shù)）層流：6464ReRedudu（光滑，粗糙管均可）, 湍流：光滑管：粗糙管：0.250.3164Re伯拉修斯經(jīng)驗(yàn)方程，不是唯一的經(jīng)驗(yàn)方程ReRe,ReR