流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算總

1、會(huì)計(jì)學(xué)1流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算總流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算總1 2 速度分布有兩個(gè)區(qū)域：速度分布有兩個(gè)區(qū)域： 中心中心(較平坦較平坦); 近管壁近管壁(速度梯度很大速度梯度很大); u壁壁=0.3 近管壁有層流底層近管壁有層流底層；4 中間為湍流區(qū)；中間為湍流區(qū)；5 v越大，層流底層越??；越大，層流底層越薄； 特點(diǎn)：特點(diǎn)：湍流湍流滯流滯流由于質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)烈碰撞與混合，由于質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)烈碰撞與混合，湍流時(shí)速度分布至今尚未能夠湍流時(shí)速度分布至今尚未能夠以理論導(dǎo)出，通常將其表示成經(jīng)驗(yàn)公式或圖的形式。以理論導(dǎo)出，通常將其表示成經(jīng)驗(yàn)公式或圖的形式。 1 1、邊界層的概念、邊界層的概念 粘性對(duì)流動(dòng)的影響僅

2、限于緊貼物體壁面的薄層中，而在這粘性對(duì)流動(dòng)的影響僅限于緊貼物體壁面的薄層中，而在這一薄層外粘性影響很小，這一薄層稱為邊界層。一薄層外粘性影響很小，這一薄層稱為邊界層。通常將流通常將流體速度低于未受壁面影響的流速的體速度低于未受壁面影響的流速的99%的區(qū)域稱為邊界層。的區(qū)域稱為邊界層。 五、邊界層五、邊界層v0vv0v層流內(nèi)層層流內(nèi)層湍流邊界層湍流邊界層x層流邊界層層流邊界層y邊界層界線邊界層界線v0主流區(qū)主流區(qū)湍流時(shí)的滯流內(nèi)層和緩沖層湍流時(shí)的滯流內(nèi)層和緩沖層滯流內(nèi)層或滯流底層滯流內(nèi)層或滯流底層 緩沖層或過(guò)渡層緩沖層或過(guò)渡層 湍流主體湍流主體邊界層的基本特征邊界層的基本特征（2） 邊界層內(nèi)沿厚度

3、方向，存在很大的速度梯度。邊界層內(nèi)沿厚度方向，存在很大的速度梯度。（3） 邊界層厚度沿流體流動(dòng)方向是增加的。邊界層厚度沿流體流動(dòng)方向是增加的。 （1） 與物體的特征長(zhǎng)度相比，邊界層的厚度很小與物體的特征長(zhǎng)度相比，邊界層的厚度很小, .x（4） 邊界層內(nèi)的流態(tài)，也有層流和紊流兩種流態(tài)。在邊界層內(nèi)的流態(tài)，也有層流和紊流兩種流態(tài)。在湍流邊界層里，靠近壁面處仍有一薄層滯流內(nèi)層。湍流邊界層里，靠近壁面處仍有一薄層滯流內(nèi)層。 （5）滯流內(nèi)層的厚度雖不大，但成為傳熱傳質(zhì)的主要阻）滯流內(nèi)層的厚度雖不大，但成為傳熱傳質(zhì)的主要阻力。把流動(dòng)流體分成兩個(gè)區(qū)域這樣一種流動(dòng)模型，將粘力。把流動(dòng)流體分成兩個(gè)區(qū)域這樣一種流動(dòng)

4、模型，將粘性的影響限制在邊界層內(nèi)，可使實(shí)際流體的流動(dòng)問(wèn)題大性的影響限制在邊界層內(nèi)，可使實(shí)際流體的流動(dòng)問(wèn)題大為簡(jiǎn)化，并且可以用理想的方法加以解決。為簡(jiǎn)化，并且可以用理想的方法加以解決。 實(shí)驗(yàn)證明，層流速度的拋物線分布規(guī)律要流過(guò)一段距離后才能充分發(fā)展成拋物線的形狀。 當(dāng)液體深入到一定距離之后，管中心的速度等于平均速度當(dāng)液體深入到一定距離之后，管中心的速度等于平均速度的兩倍時(shí)，層流速度分布的拋物線規(guī)律才算完全形成。尚未形的兩倍時(shí)，層流速度分布的拋物線規(guī)律才算完全形成。尚未形成層流拋物線規(guī)律的這一段，成層流拋物線規(guī)律的這一段，稱為稱為層流起始段層流起始段。光滑管穩(wěn)定段長(zhǎng)度：光滑管穩(wěn)定段長(zhǎng)度：l l（0

5、.050.050.060.06）dRedRe l滯流邊界層滯流邊界層2、層流邊界層的形成、層流邊界層的形成3 3、曲面邊界層分離現(xiàn)象、曲面邊界層分離現(xiàn)象 當(dāng)不可壓縮粘性流體流過(guò)平板時(shí)，在邊界層外邊界上沿當(dāng)不可壓縮粘性流體流過(guò)平板時(shí)，在邊界層外邊界上沿平板方向的速度是相同的，而且整個(gè)流場(chǎng)和邊界層內(nèi)的壓強(qiáng)平板方向的速度是相同的，而且整個(gè)流場(chǎng)和邊界層內(nèi)的壓強(qiáng)都保持不變。都保持不變。 當(dāng)粘性流體流經(jīng)曲面物體時(shí)，邊界層外邊界上沿曲面方當(dāng)粘性流體流經(jīng)曲面物體時(shí)，邊界層外邊界上沿曲面方向的速度是改變的，所以曲面邊界層內(nèi)的壓強(qiáng)也將同樣發(fā)生向的速度是改變的，所以曲面邊界層內(nèi)的壓強(qiáng)也將同樣發(fā)生變化，對(duì)邊界層內(nèi)的流

6、動(dòng)將產(chǎn)生影響，發(fā)生曲面邊界層的分變化，對(duì)邊界層內(nèi)的流動(dòng)將產(chǎn)生影響，發(fā)生曲面邊界層的分離現(xiàn)象。離現(xiàn)象。 在實(shí)際工程中，物體的邊界往往是曲面（流線型或非流線在實(shí)際工程中，物體的邊界往往是曲面（流線型或非流線型物體）。當(dāng)流體繞流非流線型物體時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)下列現(xiàn)型物體）。當(dāng)流體繞流非流線型物體時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)下列現(xiàn)象：物面上的邊界層在某個(gè)位置開(kāi)始脫離物面，象：物面上的邊界層在某個(gè)位置開(kāi)始脫離物面， 并在物面附并在物面附近出現(xiàn)與主流方向相反的回流，流體力學(xué)中稱這種現(xiàn)象為近出現(xiàn)與主流方向相反的回流，流體力學(xué)中稱這種現(xiàn)象為邊邊界層分離現(xiàn)象。界層分離現(xiàn)象。（1 1）當(dāng)流速較小時(shí)）當(dāng)流速較小時(shí)流體繞固體表面的流動(dòng)

7、：流體繞固體表面的流動(dòng)： 流體貼著固體壁緩慢流過(guò)，（流體貼著固體壁緩慢流過(guò)，（爬流爬流）xAvmin=0，pmax；停滯點(diǎn)，駐點(diǎn)停滯點(diǎn)，駐點(diǎn)BvmaxpminCvmin=0，pmax；新停滯點(diǎn)，分離點(diǎn)新停滯點(diǎn)，分離點(diǎn)分離面分離面空白區(qū)，渦流區(qū)空白區(qū)，渦流區(qū)AB加速減壓加速減壓BC減速加壓減速加壓旋渦旋渦 流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行著強(qiáng)烈的碰撞與混合而消耗能量，這流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行著強(qiáng)烈的碰撞與混合而消耗能量，這部分能量損耗是由于固體表面形狀而造成邊界層分部分能量損耗是由于固體表面形狀而造成邊界層分離而引起的，稱為離而引起的，稱為形體阻力形體阻力。 邊界層分離邊界層分離大量旋渦大量旋渦消耗能量消耗能量增大阻力增大阻

8、力 在流體輸送中應(yīng)設(shè)法避免或減輕邊界層分離，在流體輸送中應(yīng)設(shè)法避免或減輕邊界層分離，措施：選擇措施：選擇適宜的流速，改變固體的形體。適宜的流速，改變固體的形體。由于邊界層分離造成的能量損失，稱為由于邊界層分離造成的能量損失，稱為形體阻力損失形體阻力損失如汽車、飛機(jī)、橋墩都是流線型如汽車、飛機(jī)、橋墩都是流線型在傳熱、傳質(zhì)混合中應(yīng)加以利用。在傳熱、傳質(zhì)混合中應(yīng)加以利用。（a）流線形物體；（b）非流線形物體邊界層外部流動(dòng)外部流動(dòng)尾跡外部流動(dòng)外部流動(dòng)尾跡邊界層第四節(jié)第四節(jié) 流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力計(jì)算 本節(jié)是在上節(jié)討論管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象基本節(jié)是在上節(jié)討論管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象基礎(chǔ)上

9、，進(jìn)一步討論柏努利方程式中能量損失礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論柏努利方程式中能量損失的計(jì)算方法。的計(jì)算方法。 流體具有流體具有粘性粘性，流動(dòng)時(shí)存在著，流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦，它是流動(dòng)阻力產(chǎn)生的，它是流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源根源；固定的；固定的管壁管壁或其他形狀或其他形狀固體固體壁面壁面促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生生提供提供了了條件條件。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)。流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因與影響因素流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因與影響因素可以歸納為：可以歸

10、納為：流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力有兩種：流體在管路中流動(dòng)時(shí)的阻力有兩種： 2、局部阻力局部阻力粘性流體繞過(guò)固體表面的阻力為摩粘性流體繞過(guò)固體表面的阻力為摩擦阻力與形體阻力之和。流體流徑管路中的管件、閥門及擦阻力與形體阻力之和。流體流徑管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所產(chǎn)生的阻力。管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所產(chǎn)生的阻力。 1、直管阻力直管阻力流體流徑一定管徑的直管時(shí)，因流流體流徑一定管徑的直管時(shí)，因流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。表皮阻力表皮阻力或或摩擦阻力摩擦阻力。vp2p1Frrwl1122 rlrprp22221P1=p1A1=p1r2因?yàn)榱黧w在等徑水

11、平管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)，所以因?yàn)榱黧w在等徑水平管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)，所以Fx=0，即：，即：外表面上的剪應(yīng)力外表面上的剪應(yīng)力(摩擦力摩擦力)： P2=p2A2=p2r2 rlF2流體在半徑為流體在半徑為R R 的水平管中作穩(wěn)定流動(dòng)。在流體中取一段長(zhǎng)的水平管中作穩(wěn)定流動(dòng)。在流體中取一段長(zhǎng)為為l l，半徑為，半徑為r r的流體圓柱體。在水平方向作用于此圓柱體的的流體圓柱體。在水平方向作用于此圓柱體的力有兩端的總壓力力有兩端的總壓力( (P P1 1-P-P2 2) )及圓柱體周圍表面上的內(nèi)摩擦力及圓柱體周圍表面上的內(nèi)摩擦力F F。一、滯流時(shí)的摩擦阻力一、滯流時(shí)的摩擦阻力rdvdr 221222dvprprrl

12、rldr0rr Rv積分積分00rrvvRvdvlrdrP00020222lvRP/322PadlvP泊肅葉公式泊肅葉公式vP1dFFP21122l則能量損失：則能量損失：22223264264Re22()( )()dvplvlvfgdgdglvlvdgdgH式中：式中： 摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)， =64/Re=64/Re例例: 某油在一圓形導(dǎo)管中作滯流穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，現(xiàn)管徑和管長(zhǎng)都某油在一圓形導(dǎo)管中作滯流穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，現(xiàn)管徑和管長(zhǎng)都增加一倍，問(wèn)在流量不變時(shí)，直管阻力為原來(lái)的多少？增加一倍，問(wèn)在流量不變時(shí)，直管阻力為原來(lái)的多少？解：22421 2 8vfqlHgd 221111111121111112421

13、1132642Re2128324fvvlvlvl vHdgdggdqqllg dgdd422144112211128ffHl dHl d例：某油礦用例：某油礦用30015mm的鋼管輸送原油，管長(zhǎng)為的鋼管輸送原油，管長(zhǎng)為160km，送油，送油量為量為300000kg/h，油管耐壓，油管耐壓60kgf/cm2（表壓），油在（表壓），油在50oC下輸送，下輸送，粘度為粘度為0.197Pas，密度為，密度為890kg/m3，問(wèn)中途應(yīng)設(shè)幾個(gè)加壓站？，問(wèn)中途應(yīng)設(shè)幾個(gè)加壓站？解：2227300000/8903002 152700.27 ,1.635/36000.2740.27 1.635 890Re2000

14、0.19764/Re0.03051600001.6350.03052465.120.272 9.81890 9.81 2465.12.19 1060 10000 9ffffdmmm vm sdvl vHmdgpgHPap 3.674.81梵高梵高星空星空 根據(jù)多方面實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行適當(dāng)數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)多方面實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行適當(dāng)數(shù)據(jù)處理后，湍流運(yùn)動(dòng)湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)流體的直管阻力為：時(shí)流體的直管阻力為：22lvfdgH 為阻力系數(shù)，為阻力系數(shù)， ,()eedReR64層流時(shí)：層流時(shí)：湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力hf在形式上與層流相同。在形式上與層流相同。范寧公式范寧公式22vldp 二、湍流時(shí)的摩擦阻力二、湍流時(shí)的

15、摩擦阻力 1082 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8103104105106107雷諾數(shù)Redv 0.09 0.10 0.08 0.07 0.060.050.04 0.030.0250.02 0.015 0.01 0.0090.008 0.050.040.030.0150.0080.0060.004ed0.0020.00060.00040.00020.00010.000050.000010.0000050.0000010.001 0.00080.01 0.02Re64層流層流區(qū)區(qū)過(guò)渡過(guò)渡區(qū)區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)光滑管光滑管Re, 完全湍流區(qū)完全湍流區(qū)阻力平方區(qū)

16、阻力平方區(qū)思考思考：由圖可見(jiàn)，：由圖可見(jiàn)，Re， ，這與阻力損失隨，這與阻力損失隨 Re增大而增大是否矛盾？增大而增大是否矛盾？22fl vhdgMoody圖圖 例如：例如：Re=40000，=0.002=0.002，= =？上圖可以分成上圖可以分成4個(gè)不同區(qū)域。個(gè)不同區(qū)域。層流區(qū)：層流區(qū)： Re 2000， =64/Re ，與，與 無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。過(guò)渡區(qū)：過(guò)渡區(qū)：2000 Re e層流運(yùn)動(dòng)層流運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)速度較慢流體運(yùn)動(dòng)速度較慢, 與管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系數(shù)與與管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系數(shù)與 無(wú)關(guān)，無(wú)關(guān)， 只與只與Re有關(guān)。層流時(shí)，有關(guān)。層流時(shí)， 在粗糙管的流動(dòng)與在在粗糙管的流動(dòng)與在

17、光滑管的流動(dòng)相同。光滑管的流動(dòng)相同。粗糙度對(duì)流體流動(dòng)類型的影響粗糙度對(duì)流體流動(dòng)類型的影響湍流運(yùn)動(dòng)湍流運(yùn)動(dòng) ，阻力與層流相似，此時(shí)稱為水力光滑管。，阻力與層流相似，此時(shí)稱為水力光滑管。 ，Re b 質(zhì)點(diǎn)通過(guò)凸起部分時(shí)產(chǎn)生漩渦質(zhì)點(diǎn)通過(guò)凸起部分時(shí)產(chǎn)生漩渦 能能耗耗 。b b eeebeedbv 流體流經(jīng)管件時(shí)，其速度的大小、方向等發(fā)生變化流體流經(jīng)管件時(shí)，其速度的大小、方向等發(fā)生變化，出現(xiàn)漩渦，內(nèi)摩擦力增大，形成局部阻力。，出現(xiàn)漩渦，內(nèi)摩擦力增大，形成局部阻力。 局部阻力以湍流為主，層流很少見(jiàn)，因?yàn)閷恿髁黧w局部阻力以湍流為主，層流很少見(jiàn)，因?yàn)閷恿髁黧w受阻后一般不能保持原有的流動(dòng)狀態(tài)。受阻后一般不能保持

18、原有的流動(dòng)狀態(tài)。常見(jiàn)的局部阻力有：常見(jiàn)的局部阻力有：突擴(kuò)突擴(kuò)突縮突縮彎頭彎頭三通三通三、局部阻力三、局部阻力組成組成：由：由管、管件、閥門管、管件、閥門以及以及輸送機(jī)械輸送機(jī)械等組成的。等組成的。作用作用：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來(lái)，擔(dān)負(fù)輸送任務(wù)。：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來(lái)，擔(dān)負(fù)輸送任務(wù)。 當(dāng)流體流經(jīng)管和管件、閥門時(shí)，為克服流動(dòng)阻力當(dāng)流體流經(jīng)管和管件、閥門時(shí)，為克服流動(dòng)阻力而消耗能量。因此，在討論流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力時(shí)而消耗能量。因此，在討論流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力時(shí)，必需對(duì)管、管件以及閥門有所了解。，必需對(duì)管、管件以及閥門有所了解。分類分類：按材料：鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬、塑料管及橡膠管等；按材料：

19、鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬、塑料管及橡膠管等；按加工方法按加工方法：鋼管又有有縫與無(wú)縫之分；鋼管又有有縫與無(wú)縫之分；按顏色：按顏色：有色金屬管又可分為紫鋼管、黃銅管、鉛管及鋁管等。有色金屬管又可分為紫鋼管、黃銅管、鉛管及鋁管等。表示方法表示方法：AAB B，其中，其中A A指管外徑，指管外徑，B B指管壁厚度指管壁厚度，如，如1081084 4即管外徑為即管外徑為108mm108mm，管壁厚為，管壁厚為4mm4mm。作用作用：改變管道方向改變管道方向(彎頭彎頭); 連接支管連接支管(三通三通);改變管徑改變管徑(變形管變形管);堵塞管道堵塞管道(管堵管堵)。螺旋接頭螺旋接頭卡箍接頭卡箍接

20、頭彎頭彎頭三通三通變形管變形管管件管件：管與管的連接部件。管與管的連接部件。v 截止閥截止閥 (globe valve) v 閘閥閘閥 (gate valve)(gate valve)v止逆閥止逆閥(check valve): (check valve): 單向閥單向閥裝于管道中用以裝于管道中用以開(kāi)關(guān)管路開(kāi)關(guān)管路或或調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量。v截止閥截止閥 (globe valve)(globe valve) 特點(diǎn)特點(diǎn)：構(gòu)造較復(fù)雜構(gòu)造較復(fù)雜。在閥體部分液。在閥體部分液體流動(dòng)方向經(jīng)數(shù)次改變，體流動(dòng)方向經(jīng)數(shù)次改變，流動(dòng)阻力較流動(dòng)阻力較大大。但這種閥門。但這種閥門嚴(yán)密可靠嚴(yán)密可靠，而且，而且可較可較精確地調(diào)

21、節(jié)流量精確地調(diào)節(jié)流量。應(yīng)用應(yīng)用：常用于蒸汽、壓縮空氣及液體輸常用于蒸汽、壓縮空氣及液體輸送管道。若流體中含有懸浮顆粒時(shí)應(yīng)避免使送管道。若流體中含有懸浮顆粒時(shí)應(yīng)避免使用。用。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：依靠閥盤的上升或下降，依靠閥盤的上升或下降，改變閥盤與閥座的距離，以達(dá)到調(diào)改變閥盤與閥座的距離，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。節(jié)流量的目的。v 閘閥閘閥 (gate valve)(gate valve)：閘板閥閘板閥特點(diǎn)特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，液體阻力小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，液體阻力小，且不易為懸浮物所堵塞，故常用于且不易為懸浮物所堵塞，故常用于大直徑管道。其缺點(diǎn)是閘閥閥體高大直徑管道。其缺點(diǎn)是閘閥閥體高；制造、檢修比較困難。；制造、檢修比

22、較困難。應(yīng)用應(yīng)用：較大直徑管道的開(kāi)關(guān)較大直徑管道的開(kāi)關(guān)。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：閘閥是利用閘板的上升或下降，以調(diào)節(jié)管路中流體的閘閥是利用閘板的上升或下降，以調(diào)節(jié)管路中流體的流量。流量。v止逆閥止逆閥(check valve):(check valve): 單向閥單向閥特點(diǎn)特點(diǎn)：只允許流體單方向流動(dòng)。只允許流體單方向流動(dòng)。應(yīng)用應(yīng)用：只能在單向開(kāi)關(guān)的特殊情只能在單向開(kāi)關(guān)的特殊情況下使用。況下使用。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：如圖所示。當(dāng)流體自左向右流動(dòng)時(shí)，閥自動(dòng)開(kāi)啟；如如圖所示。當(dāng)流體自左向右流動(dòng)時(shí)，閥自動(dòng)開(kāi)啟；如遇到有反向流動(dòng)時(shí)，閥自動(dòng)關(guān)閉。遇到有反向流動(dòng)時(shí)，閥自動(dòng)關(guān)閉。2、局部阻力的計(jì)算方法、局部阻力的計(jì)算方法 由局部阻力

23、引起的能耗損失的計(jì)算方法有兩由局部阻力引起的能耗損失的計(jì)算方法有兩種：種：阻力系數(shù)法阻力系數(shù)法和和當(dāng)量長(zhǎng)度法當(dāng)量長(zhǎng)度法。22vfgH 為局部阻力系數(shù)。由實(shí)驗(yàn)得出，可查表或圖。為局部阻力系數(shù)。由實(shí)驗(yàn)得出，可查表或圖。22elvfdgH l le e為當(dāng)量長(zhǎng)度。為當(dāng)量長(zhǎng)度。 將流體流經(jīng)管件時(shí)，所產(chǎn)生的局部阻力折將流體流經(jīng)管件時(shí)，所產(chǎn)生的局部阻力折合成相當(dāng)于流經(jīng)長(zhǎng)度為合成相當(dāng)于流經(jīng)長(zhǎng)度為l le e的直管所產(chǎn)生的阻力。的直管所產(chǎn)生的阻力。l le e由實(shí)驗(yàn)確定，可查表。由實(shí)驗(yàn)確定，可查表。fffHHH局直 注意：注意：在計(jì)算局部阻力損失時(shí)，公式中的流速在計(jì)算局部阻力損失時(shí)，公式中的流速v v均均為為

24、截面積較小管中的平均流速截面積較小管中的平均流速。當(dāng)量長(zhǎng)度法：當(dāng)量長(zhǎng)度法：Hf（lle） d（v22g）阻力系數(shù)法：阻力系數(shù)法：Hf =（l/dv2/2g+v2/2g） =（l/d+）v2/2g四、管路計(jì)算四、管路計(jì)算 1、分類、分類 簡(jiǎn)單管路：串聯(lián)管路簡(jiǎn)單管路：串聯(lián)管路 管徑不變管徑不變 (按管路有無(wú)分支分類按管路有無(wú)分支分類) ；管徑不同；管徑不同 復(fù)雜管路復(fù)雜管路 并聯(lián)管路；分支管路并聯(lián)管路；分支管路ABABC并聯(lián)管路并聯(lián)管路分支管路分支管路3、管路計(jì)算中的幾種情況管路計(jì)算中的幾種情況 已知已知d, l, qv, 求求He已知已知d, l, He, 求求v, qv已知已知l, qv, H

25、e, 求求d第一種情況比較簡(jiǎn)單，方便；第一種情況比較簡(jiǎn)單，方便； 后兩種情況存在著共同的問(wèn)題后兩種情況存在著共同的問(wèn)題，即流速，即流速v或管徑或管徑d為未知，因此不能計(jì)算為未知，因此不能計(jì)算Re，則無(wú)法判斷流，則無(wú)法判斷流體的流型，故不能確定摩擦系數(shù)體的流型，故不能確定摩擦系數(shù)。在工程計(jì)算中常采用試差。在工程計(jì)算中常采用試差法或其它方法來(lái)求解。法或其它方法來(lái)求解。2 2、計(jì)算依據(jù)、計(jì)算依據(jù) 連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式 ，柏努利方程式，柏努利方程式，能量損失計(jì)算能量損失計(jì)算 V=V1+V2VAB1222122AABBpvpvABfggggzzH22222AABBpvpvABfggggzzH2222

26、AABBpvpvABfABggggzzH12fABffHHH證明證明HfAB= Hf1 =Hf2 （各支管總阻力相等）（各支管總阻力相等） 注意：在計(jì)算并聯(lián)管路的能量損失時(shí)，只需計(jì)算一根支管注意：在計(jì)算并聯(lián)管路的能量損失時(shí)，只需計(jì)算一根支管的能量損失即可，絕不能將并聯(lián)的各管段的阻力全部加在一起的能量損失即可，絕不能將并聯(lián)的各管段的阻力全部加在一起作為并聯(lián)管路的能量損失。作為并聯(lián)管路的能量損失。2221 112 223 33252525123888vvvfil ql ql qhddd222582vflqlvhdgd g各支管的流量比各支管的流量比335322521151321:ldldldVVV

27、分支處總機(jī)械能為定值分支處總機(jī)械能為定值22001101122pvpvfggggzzH22002202222pvpvfggggzzH221122112222pvpvffggggzhzh0-10-2P1P2012VV1V2流體在支管終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和必相等。流體在支管終了時(shí)的總機(jī)械能與能量損失之和必相等。 V=V1+V2證明：證明：比較上兩式，得比較上兩式，得舉例：舉例： （1）求輸送流體的）求輸送流體的He 例例: 用直徑用直徑1084mm的管道從低于地面的管道從低于地面4m的水井中抽水的水井中抽水，把水打到一個(gè)敞口的大蓄水池中，蓄水池水面高于地面，把水打到一個(gè)敞口的大蓄水池中，蓄

28、水池水面高于地面30m，已知管中水的流速為，已知管中水的流速為2m/s，管子長(zhǎng)度與管路全部局部，管子長(zhǎng)度與管路全部局部阻力損失的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為阻力損失的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為100m，摩擦阻力系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)=0.02，求求離心泵的揚(yáng)程。離心泵的揚(yáng)程。解：以地面為基準(zhǔn)水平面，以大氣壓強(qiáng)為壓強(qiáng)的基準(zhǔn)，則解：以地面為基準(zhǔn)水平面，以大氣壓強(qiáng)為壓強(qiáng)的基準(zhǔn)，則H1=-4, v=0, p1=0, H2=30, v2=0, p2=0,2100230( 4)0.0238.080.129.81m 21fH eHHH 例例: 用內(nèi)徑為用內(nèi)徑為100mm的鋼管把江水送入敞口蓄水池中，池的水的鋼管把江水送入敞口蓄水池中，池

29、的水面高出江面面高出江面30m，管長(zhǎng)（包括當(dāng)量長(zhǎng)度）為，管長(zhǎng)（包括當(dāng)量長(zhǎng)度）為60m，水在管內(nèi)的，水在管內(nèi)的流速為流速為1.5m/s，摩擦阻力系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)=0.0035,現(xiàn)庫(kù)存有四臺(tái)水泵（離現(xiàn)庫(kù)存有四臺(tái)水泵（離心泵），問(wèn)能否從中選用一臺(tái)？心泵），問(wèn)能否從中選用一臺(tái)？ IIIIIIIVqv 升/秒17161512He 米42383532解解: 以江面為基準(zhǔn)水平面，以大氣壓強(qiáng)為壓強(qiáng)基準(zhǔn)，則以江面為基準(zhǔn)水平面，以大氣壓強(qiáng)為壓強(qiáng)基準(zhǔn)，則H1=0， p1=0, v1=0, H2=30, p2=0, v2=0,2601.5300.03530.240.1 29.81eHm所以，選所以，選IV號(hào)離心泵號(hào)

30、離心泵22330.11.511.810/11.8 /44vqd vmsls例例: 每小時(shí)將每小時(shí)將20000kg氯苯于氯苯于45oC下用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽中下用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽中，反應(yīng)器液面上方保持，反應(yīng)器液面上方保持200mmHg的壓強(qiáng)，高位槽液面上方為大的壓強(qiáng)，高位槽液面上方為大氣壓。管子為氣壓。管子為76 4mm的不銹鋼管，總長(zhǎng)為的不銹鋼管，總長(zhǎng)為26.6m，管線上有，管線上有兩個(gè)全開(kāi)閘閥，一個(gè)孔徑為兩個(gè)全開(kāi)閘閥，一個(gè)孔徑為d0=48 mm的孔板流量計(jì)（局部阻力的孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為系數(shù)為4）和）和5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭，氯苯輸送高度為個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭，氯苯輸送高度為15m，若泵總效率為

31、，若泵總效率為70%，求泵所需的功率。（氯苯密度為，求泵所需的功率。（氯苯密度為1073kg/m3,粘度粘度0.63cP,突然縮?。和蝗豢s?。?0.5，突然放大：，突然放大：=1)V解解: 以反應(yīng)器液面為以反應(yīng)器液面為1-1截面，截面，以高位槽液面為以高位槽液面為2-2截面，以反截面，以反應(yīng)器液面為基準(zhǔn)水平面，以真應(yīng)器液面為基準(zhǔn)水平面，以真空為壓強(qiáng)基準(zhǔn)，則空為壓強(qiáng)基準(zhǔn)，則H1=0, H2=15, v1=0, v2=0, d=76-2 4=68mm, 4122001013252.67 10,101325760pPa pPa42.67100101325015010739.8129.8110739.

32、81efHH 220000 /10731.43/36000.0684vms2211221222efpvpvHHHHgggg 2 2 .4efHH 2()2efllvHdg 530 .0 6 81 .4 31 0 7 3R e1 .6 61 00 .6 31 0d v查表得：查表得：e=0.3mm, =e/d=0.3/68=0.044,查圖得：查圖得：=0.03局部阻力：局部阻力：突然縮?。和蝗豢s?。?0.5，突然放大：突然放大：=1，孔板流量計(jì)：孔板流量計(jì)：=4，閘閥閘閥：le=0.65 2，標(biāo)準(zhǔn)彎頭：標(biāo)準(zhǔn)彎頭：le=3 522.422.42.524.9efHHm 氯 苯 柱泵消耗的功率為：泵

33、消耗的功率為：24.9200009.8119801.9836000.7meq H gNWkW22()226.620.65531.43(0.5140.03)2.50.06829.81efllvHdgm （2）可以計(jì)算管路中流體流速和流量（試差法）可以計(jì)算管路中流體流速和流量（試差法） 例例: 原油在原油在1144mm的鋼管流過(guò)，管路總長(zhǎng)為的鋼管流過(guò)，管路總長(zhǎng)為3km（包括當(dāng)量長(zhǎng)度），若管路中允許壓強(qiáng)降包括當(dāng)量長(zhǎng)度），若管路中允許壓強(qiáng)降3 kgf/cm2，試求，試求管路中原油的流率。原油的密度為管路中原油的流率。原油的密度為850kg/m3，粘度為，粘度為5.1cP。解：原油在管路中流動(dòng)時(shí)因摩擦而

34、產(chǎn)生的壓強(qiáng)降為：解：原油在管路中流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的壓強(qiáng)降為：如壓強(qiáng)降等于或接近如壓強(qiáng)降等于或接近3 kgf/cm2，則就接受計(jì)算結(jié)果。，則就接受計(jì)算結(jié)果。22flvHdg計(jì)算過(guò)程為：先假定一個(gè)流速，計(jì)算雷諾數(shù)，再查出摩擦阻力系計(jì)算過(guò)程為：先假定一個(gè)流速，計(jì)算雷諾數(shù)，再查出摩擦阻力系數(shù)，然后計(jì)算壓強(qiáng)降，如不滿足題意，則重新假定流速，這種方數(shù)，然后計(jì)算壓強(qiáng)降，如不滿足題意，則重新假定流速，這種方法稱為試差法。法稱為試差法。3114241060.1060.106850Re177005.1100.20.002106dmmmdvvve查 表 取 e=0.2mm,=d22727220.75/Re1770

35、0132003000 8501.2 10221.2 100.032 0.752.2/vm svlvvvdkgfcmf取查表得 =0.032p偏小。再設(shè)：偏小。再設(shè)：22230.9/ ,Re15900,301003.07/0.89/ ,Re15700,295003/36000.1060.8928.3/4vvm sPakgf cmvm sPakgf cmqmhff取=0.031, p取=0.031, p例例 在風(fēng)機(jī)出口后的輸氣管壁上開(kāi)一測(cè)壓孔，用在風(fēng)機(jī)出口后的輸氣管壁上開(kāi)一測(cè)壓孔，用U型管測(cè)得該型管測(cè)得該處?kù)o壓力為處?kù)o壓力為186mmH2O，測(cè)壓孔以后的管路包括，測(cè)壓孔以后的管路包括80m直管及直

36、管及4個(gè)個(gè)90彎頭。管出口與設(shè)備相通，設(shè)備內(nèi)的表壓為彎頭。管出口與設(shè)備相通，設(shè)備內(nèi)的表壓為120mmH2O。輸氣管為鐵管，內(nèi)徑。輸氣管為鐵管，內(nèi)徑500mm。所輸送的空氣溫度為。所輸送的空氣溫度為25 ，試估計(jì)其體積流量。試估計(jì)其體積流量。解：解： 本題已知風(fēng)機(jī)壓頭求氣體流速，在流速未知時(shí)無(wú)法先計(jì)本題已知風(fēng)機(jī)壓頭求氣體流速，在流速未知時(shí)無(wú)法先計(jì)算算Re以求以求、hf，故采用試差法。故采用試差法?？諝獾钠骄鶋毫諝獾钠骄鶋毫?（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及）及0時(shí)空氣的密度為時(shí)空氣的密度為1.293kg/m3，故，故154mmH2O（表壓）及（表壓）及

37、25時(shí)空氣的密度為：時(shí)空氣的密度為：3/202. 1)25273273)(103301541 (293. 1mkg25時(shí)空氣的粘度：時(shí)空氣的粘度： =0.0184cP=1.8410-5Pas在測(cè)壓口處（截面在測(cè)壓口處（截面1）與管出口處（截面）與管出口處（截面2）列機(jī)械能衡算式：）列機(jī)械能衡算式：式中：式中：H1=H2（輸氣管道中，一般情況下（輸氣管道中，一般情況下H可忽略）可忽略） He=0，v2=0 p1=186mmH2O=1825Pa p2=120mmH2O=1177Pa v1為所求為所求2211221222efpvpvHHHHgggg(a)管路：管路： d=0.5m l=80m le=

38、421=84m(90彎頭彎頭 le=21) 2221118084()()32820.522efllvvvHdggg2200 110()/2/2 (1)fhvgvg突擴(kuò)201()(3281)/2fffHHHvg將已知值代入式（將已知值代入式（a）：）：22111825117700(3281)1.20221.2022vvgggg化簡(jiǎn)得：化簡(jiǎn)得：213 .5 9v設(shè)設(shè)=0.02，代入上式，解出，代入上式，解出v1=13.4m/s。150.5 13.4 1.202Re4380001.84 100.50.001500dved查圖得：查圖得：=0.0205smVs/63. 24 .135 . 0432復(fù)核

39、：復(fù)核： 該值與所設(shè)的該值與所設(shè)的值相差甚微，可認(rèn)為所求得的值相差甚微，可認(rèn)為所求得的v1=13.4m/s已已夠正確，據(jù)此計(jì)算體積流量為夠正確，據(jù)此計(jì)算體積流量為假設(shè)假設(shè)較簡(jiǎn)單，原因較簡(jiǎn)單，原因值變化范圍較小，一般為值變化范圍較小，一般為0.020.03之之間。間。（3）可以計(jì)算管路所需要的管徑（試差法）可以計(jì)算管路所需要的管徑（試差法）例例: 從水塔經(jīng)管道輸送水，塔的水面比出口高從水塔經(jīng)管道輸送水，塔的水面比出口高10m，管長(zhǎng)，管長(zhǎng)500m，局部阻力為沿程阻力的，局部阻力為沿程阻力的50%，水溫為，水溫為20oC，輸水量，輸水量為為10m3/h，求導(dǎo)管的最小直徑。，求導(dǎo)管的最小直徑。解：以大

40、氣壓強(qiáng)為壓強(qiáng)基準(zhǔn)：解：以大氣壓強(qiáng)為壓強(qiáng)基準(zhǔn)：22121225450,()24500(150%)110 /360010()29.81/ 42.08910eevfllllqvppHHdgdddd 3255100010/36003538.5Re1 1040.07,Re50551,0.15,0.002,0.024,/14279.8,0.063,Re56167,0.15,0.0024,0.026,/26000,0.066,Re53615,0.15,0.0023,0.02dvddddemmdddemmdddemm設(shè)取偏大設(shè)取偏小設(shè)取55,/199962,d合理取(Dg70,即 75.5 3.75mm) 1 1、邊界層的概念、邊界層的概念 粘性對(duì)流動(dòng)的影響僅限于緊貼物體壁面的薄層中