流動(dòng)阻力及管路特性曲線課件

流動(dòng)阻力及管路特性曲線Copyright@制冷與冷藏技術(shù)順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院《制冷流體機(jī)械》精品課程流動(dòng)阻力及管路特性曲線Copyright@制冷與冷藏技術(shù)順第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.1雷諾實(shí)驗(yàn)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.1雷諾實(shí)驗(yàn)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.2流態(tài)及流態(tài)的判定1.層流與紊流>當(dāng)管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，流體只作軸向運(yùn)動(dòng)，而無橫向運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上此時(shí)流體在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是一種分層運(yùn)動(dòng)，各層間互不干擾，也互不相混。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。>管中流體速度增大到一定程度時(shí)，流體在管中的橫向運(yùn)動(dòng)十分劇烈，流體間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的混合。流體的層狀運(yùn)動(dòng)被徹底打破，流體在向前流動(dòng)時(shí)處于無規(guī)則的混亂狀態(tài)。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.2流態(tài)及流態(tài)的判定1.層流與紊流>當(dāng)管第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.流動(dòng)狀態(tài)的判定(1)雷諾數(shù)Re=

–平均流速，m/s;-圓管內(nèi)徑，m;-流體運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。當(dāng)和一定時(shí)，雷諾數(shù)只隨而變化，所以在最初的實(shí)驗(yàn)中只反映出速度的影響。第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.流動(dòng)狀態(tài)的判定(1)雷諾數(shù)Re=第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)(2)臨界雷諾數(shù)Re<2000屬層流運(yùn)動(dòng)Re>4000屬紊流運(yùn)動(dòng)2000<Re<4000屬過渡流運(yùn)動(dòng)在實(shí)際工程計(jì)算中，可以簡(jiǎn)化為：Recr＝2000

Re>2000為紊流Re≤2000為層流第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)(2)臨界雷諾數(shù)Re<2000屬層流運(yùn)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)（3）非圓管內(nèi)流態(tài)的判定>臨界雷諾數(shù)仍為2000，雷諾數(shù)低于2000為層流流動(dòng)，雷諾數(shù)高于2000則為紊流流動(dòng)。然而，雷諾數(shù)計(jì)算公式中的直徑d必須用當(dāng)量直徑代替。所謂當(dāng)量直徑是指與非圓形截面管道具有相同流動(dòng)阻力的圓管內(nèi)徑。式中的稱為水力半徑。邊長(zhǎng)為a和b的矩形管寬為a、高為b、水流濕潤(rùn)到整個(gè)高度的明渠第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)（3）非圓管內(nèi)流態(tài)的判定>臨界雷諾數(shù)仍為2第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.3邊界層基本概念及圓管中的速度分布1.平板邊界層流場(chǎng)中出現(xiàn)了兩個(gè)性質(zhì)不同的流動(dòng)區(qū)域：緊貼固體壁面的薄層，流體受粘性力的影響極大，速度變化極大，稱為邊界層第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.3邊界層基本概念及圓管中的速度分布1第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.曲面邊界層及其分離觀象取同一水平線上流道截面積逐漸擴(kuò)大的漸擴(kuò)流道，如圖下圖所示,列出上下游斷面間能量方程。為簡(jiǎn)化分析，假定由于則有：但二斷面中壓力能與動(dòng)能之和相等，必然就有:第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.曲面邊界層及其分離觀象取同一水平線上流第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)3.管道內(nèi)流動(dòng)邊界層>邊界層匯合前的階段，即邊界層發(fā)展的階段稱為流體進(jìn)口段

>邊界層匯合后的階段稱為流動(dòng)充分發(fā)展階段

第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)3.管道內(nèi)流動(dòng)邊界層>邊界層匯合前的階段，第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)4.圓管中的速度分布層流、紊流，管軸心處的速度均為最大速度，記為；管壁處的速度為零。>對(duì)于圓管內(nèi)層流流動(dòng)>對(duì)于圓管內(nèi)紊流流動(dòng)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)4.圓管中的速度分布層流、紊流，管軸心處的第二節(jié)能量損失2.1能量損失1.沿程損失與局部損失第二節(jié)能量損失2.1能量損失1.沿程損失與局部損失第二節(jié)能量損失沿程損失與管道內(nèi)徑成反比，與管段的長(zhǎng)度、速度水頭成正比。在同一管徑的管段中，沿程損失沿管段均勻分布，即—沿程阻力系數(shù)，無因次數(shù)；—管段長(zhǎng)度，m；—管道內(nèi)徑，m；—流體平均流速，m/s。第二節(jié)能量損失沿程損失與管道內(nèi)徑成反比，與管段的長(zhǎng)度、速度第二節(jié)能量損失2.2能量損失>整個(gè)管路的能量損失為各管段的沿程損失與各處的局部損失之和>用壓力形式表示的沿程損失和局部損失分別為

第二節(jié)能量損失2.2能量損失>整個(gè)管路的能量損失為各管段第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.1沿程阻力系數(shù)的影響因素層流流動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)較小，粘性力起著主導(dǎo)作用。層流的阻力也就是粘性阻力，僅僅取決于Re，而與管壁粗糙度無關(guān)。粘性阻力仍然取決于雷諾數(shù)，而慣性阻力受壁面粗糙度的影響較大。粗糙度對(duì)沿程損失的影響不完全取決于管壁表面粗糙突起的絕對(duì)高度K，而是取決于它的相對(duì)高度，即粗糙突起的絕對(duì)高度K與管徑d的比值，K/d，稱為相對(duì)粗糙度。其倒數(shù)d/K稱為相對(duì)光滑度。

因此，對(duì)于層流：對(duì)于紊流：第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.1沿程阻力系數(shù)的影響因素層流流動(dòng)時(shí)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.2尼古拉茲曲線第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.2尼古拉茲曲線第三節(jié)沿程阻力系數(shù)>五個(gè)阻力區(qū)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)>五個(gè)阻力區(qū)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.3工業(yè)管道紊流沿程阻力系數(shù)計(jì)算1.莫迪圖與當(dāng)量糙粒高度第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.3工業(yè)管道紊流沿程阻力系數(shù)計(jì)算1.第三節(jié)沿程阻力系數(shù)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)2.紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式(1)臨界區(qū)Re=2000~4000的臨界過渡區(qū)內(nèi)，可采用扎依琴柯的計(jì)算式：(2)紊流光滑區(qū)尼古拉茲光滑區(qū)公式：對(duì)于的光滑管流，布勞修斯提出經(jīng)驗(yàn)公式：第三節(jié)沿程阻力系數(shù)2.紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式(1第三節(jié)沿程阻力系數(shù)(3)紊流粗糙區(qū)尼古拉茲粗糙區(qū)公式:(4)紊流過渡區(qū)柯列勃洛克根據(jù)大量的工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)資料，提出過渡區(qū)計(jì)算公式，簡(jiǎn)稱柯氏公式：第三節(jié)沿程阻力系數(shù)(3)紊流粗糙區(qū)尼古拉茲粗糙區(qū)公式:(4第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.洛巴耶夫判別式斷面平均流速流體運(yùn)動(dòng)粘度第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.洛巴耶夫判別式斷面平均流速流體運(yùn)動(dòng)粘第四節(jié)局部損失計(jì)算1.管徑突然擴(kuò)大管徑突然擴(kuò)大時(shí)會(huì)形成局部的渦旋，造成局部損失。

4.1局部阻力系數(shù)計(jì)算

第四節(jié)局部損失計(jì)算1.管徑突然擴(kuò)大管徑突然擴(kuò)大時(shí)會(huì)形成局第四節(jié)局部損失計(jì)算2.管徑逐漸擴(kuò)大

由于管徑突然擴(kuò)大的能量損失較大，一般均采用漸擴(kuò)管。漸擴(kuò)管較長(zhǎng)，能量損失包括沿程損失和局部損失兩部分，相對(duì)于的阻力系數(shù)公式為：第四節(jié)局部損失計(jì)算2.管徑逐漸擴(kuò)大由于管徑突然擴(kuò)大的能量第四節(jié)局部損失計(jì)算3.管徑突然收縮4.管徑逐漸縮小第四節(jié)局部損失計(jì)算3.管徑突然收縮4.管徑逐漸縮小第四節(jié)局部損失計(jì)算5.管道進(jìn)口6.閥門第四節(jié)局部損失計(jì)算5.管道進(jìn)口6.閥門第四節(jié)局部損失計(jì)算7.過濾網(wǎng)格第四節(jié)局部損失計(jì)算7.過濾網(wǎng)格第四節(jié)局部損失計(jì)算8.彎管在的情況下

第四節(jié)局部損失計(jì)算8.彎管在的第四節(jié)局部損失計(jì)算9.三通第四節(jié)局部損失計(jì)算9.三通第四節(jié)局部損失計(jì)算4.2減少阻力的措施(1)減少管壁粗糙度，或用柔性軟管代替剛性管。(2)改善造成局部阻力的管件流道形狀。(3)采用漸變的、平順的管道進(jìn)口，有利于減少阻力，如圖3-14。(4)采用擴(kuò)散角較小的漸擴(kuò)管有利于減阻，圖3-23所示兩種形式均可減少阻力。第四節(jié)局部損失計(jì)算4.2減少阻力的措施(1)減少管壁粗糙第五節(jié)管路特性曲線

5.1管路系統(tǒng)的分類(1)按管道中流體能量損失的大小分類>長(zhǎng)管>短管(2)按結(jié)構(gòu)形式分類>簡(jiǎn)單管路>復(fù)雜管路>串聯(lián)管路>并聯(lián)管路>枝狀管路>環(huán)狀管路第五節(jié)管路特性曲線5.1管路系統(tǒng)的分類(1)按管道中流第五節(jié)管路特性曲線

5.2管路阻抗1.短管的阻抗短管的計(jì)算包括了沿程損失、局部損失和出口速度水頭。

舉例以圖示0-0為基準(zhǔn)面，對(duì)自由液面1-1和出口截面2-2列出能量方程第五節(jié)管路特性曲線5.2管路阻抗1.短管的阻抗短管的計(jì)第五節(jié)管路特性曲線

5.3串聯(lián)與并聯(lián)管路特點(diǎn)

1.串聯(lián)管路>串聯(lián)管路由不同管徑的簡(jiǎn)單管路串接而成

>串聯(lián)管路的流動(dòng)特點(diǎn)為：各管段流量相等，損失迭加，全管段總阻抗為各管段阻抗之和。第五節(jié)管路特性曲線5.3串聯(lián)與并聯(lián)管路特點(diǎn)1.串聯(lián)管路第五節(jié)管路特性曲線

2.并聯(lián)管路并聯(lián)管路由若干有共同起點(diǎn)、共同終點(diǎn)的管段并接而成，類似于并聯(lián)電路，如圖3-32所示。并聯(lián)管路的流動(dòng)特點(diǎn)為：第五節(jié)管路特性曲線2.并聯(lián)管路并聯(lián)管路由若干有共同起點(diǎn)、第五節(jié)管路特性曲線

5.4管路特性曲線

第五節(jié)管路特性曲線5.4管路特性曲線流動(dòng)阻力及管路特性曲線Copyright@制冷與冷藏技術(shù)順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院《制冷流體機(jī)械》精品課程流動(dòng)阻力及管路特性曲線Copyright@制冷與冷藏技術(shù)順第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.1雷諾實(shí)驗(yàn)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.1雷諾實(shí)驗(yàn)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.2流態(tài)及流態(tài)的判定1.層流與紊流>當(dāng)管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，流體只作軸向運(yùn)動(dòng)，而無橫向運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上此時(shí)流體在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是一種分層運(yùn)動(dòng)，各層間互不干擾，也互不相混。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。>管中流體速度增大到一定程度時(shí)，流體在管中的橫向運(yùn)動(dòng)十分劇烈，流體間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的混合。流體的層狀運(yùn)動(dòng)被徹底打破，流體在向前流動(dòng)時(shí)處于無規(guī)則的混亂狀態(tài)。這種流動(dòng)狀態(tài)稱為紊流。第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.2流態(tài)及流態(tài)的判定1.層流與紊流>當(dāng)管第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.流動(dòng)狀態(tài)的判定(1)雷諾數(shù)Re=

–平均流速，m/s;-圓管內(nèi)徑，m;-流體運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。當(dāng)和一定時(shí)，雷諾數(shù)只隨而變化，所以在最初的實(shí)驗(yàn)中只反映出速度的影響。第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.流動(dòng)狀態(tài)的判定(1)雷諾數(shù)Re=第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)(2)臨界雷諾數(shù)Re<2000屬層流運(yùn)動(dòng)Re>4000屬紊流運(yùn)動(dòng)2000<Re<4000屬過渡流運(yùn)動(dòng)在實(shí)際工程計(jì)算中，可以簡(jiǎn)化為：Recr＝2000

Re>2000為紊流Re≤2000為層流第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)(2)臨界雷諾數(shù)Re<2000屬層流運(yùn)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)（3）非圓管內(nèi)流態(tài)的判定>臨界雷諾數(shù)仍為2000，雷諾數(shù)低于2000為層流流動(dòng)，雷諾數(shù)高于2000則為紊流流動(dòng)。然而，雷諾數(shù)計(jì)算公式中的直徑d必須用當(dāng)量直徑代替。所謂當(dāng)量直徑是指與非圓形截面管道具有相同流動(dòng)阻力的圓管內(nèi)徑。式中的稱為水力半徑。邊長(zhǎng)為a和b的矩形管寬為a、高為b、水流濕潤(rùn)到整個(gè)高度的明渠第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)（3）非圓管內(nèi)流態(tài)的判定>臨界雷諾數(shù)仍為2第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.3邊界層基本概念及圓管中的速度分布1.平板邊界層流場(chǎng)中出現(xiàn)了兩個(gè)性質(zhì)不同的流動(dòng)區(qū)域：緊貼固體壁面的薄層，流體受粘性力的影響極大，速度變化極大，稱為邊界層第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)1.3邊界層基本概念及圓管中的速度分布1第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.曲面邊界層及其分離觀象取同一水平線上流道截面積逐漸擴(kuò)大的漸擴(kuò)流道，如圖下圖所示,列出上下游斷面間能量方程。為簡(jiǎn)化分析，假定由于則有：但二斷面中壓力能與動(dòng)能之和相等，必然就有:第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)2.曲面邊界層及其分離觀象取同一水平線上流第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)3.管道內(nèi)流動(dòng)邊界層>邊界層匯合前的階段，即邊界層發(fā)展的階段稱為流體進(jìn)口段

>邊界層匯合后的階段稱為流動(dòng)充分發(fā)展階段

第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)3.管道內(nèi)流動(dòng)邊界層>邊界層匯合前的階段，第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)4.圓管中的速度分布層流、紊流，管軸心處的速度均為最大速度，記為；管壁處的速度為零。>對(duì)于圓管內(nèi)層流流動(dòng)>對(duì)于圓管內(nèi)紊流流動(dòng)第一節(jié)圓管內(nèi)流動(dòng)4.圓管中的速度分布層流、紊流，管軸心處的第二節(jié)能量損失2.1能量損失1.沿程損失與局部損失第二節(jié)能量損失2.1能量損失1.沿程損失與局部損失第二節(jié)能量損失沿程損失與管道內(nèi)徑成反比，與管段的長(zhǎng)度、速度水頭成正比。在同一管徑的管段中，沿程損失沿管段均勻分布，即—沿程阻力系數(shù)，無因次數(shù)；—管段長(zhǎng)度，m；—管道內(nèi)徑，m；—流體平均流速，m/s。第二節(jié)能量損失沿程損失與管道內(nèi)徑成反比，與管段的長(zhǎng)度、速度第二節(jié)能量損失2.2能量損失>整個(gè)管路的能量損失為各管段的沿程損失與各處的局部損失之和>用壓力形式表示的沿程損失和局部損失分別為

第二節(jié)能量損失2.2能量損失>整個(gè)管路的能量損失為各管段第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.1沿程阻力系數(shù)的影響因素層流流動(dòng)時(shí)雷諾數(shù)較小，粘性力起著主導(dǎo)作用。層流的阻力也就是粘性阻力，僅僅取決于Re，而與管壁粗糙度無關(guān)。粘性阻力仍然取決于雷諾數(shù)，而慣性阻力受壁面粗糙度的影響較大。粗糙度對(duì)沿程損失的影響不完全取決于管壁表面粗糙突起的絕對(duì)高度K，而是取決于它的相對(duì)高度，即粗糙突起的絕對(duì)高度K與管徑d的比值，K/d，稱為相對(duì)粗糙度。其倒數(shù)d/K稱為相對(duì)光滑度。

因此，對(duì)于層流：對(duì)于紊流：第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.1沿程阻力系數(shù)的影響因素層流流動(dòng)時(shí)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.2尼古拉茲曲線第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.2尼古拉茲曲線第三節(jié)沿程阻力系數(shù)>五個(gè)阻力區(qū)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)>五個(gè)阻力區(qū)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.3工業(yè)管道紊流沿程阻力系數(shù)計(jì)算1.莫迪圖與當(dāng)量糙粒高度第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.3工業(yè)管道紊流沿程阻力系數(shù)計(jì)算1.第三節(jié)沿程阻力系數(shù)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)第三節(jié)沿程阻力系數(shù)2.紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式(1)臨界區(qū)Re=2000~4000的臨界過渡區(qū)內(nèi)，可采用扎依琴柯的計(jì)算式：(2)紊流光滑區(qū)尼古拉茲光滑區(qū)公式：對(duì)于的光滑管流，布勞修斯提出經(jīng)驗(yàn)公式：第三節(jié)沿程阻力系數(shù)2.紊流沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式(1第三節(jié)沿程阻力系數(shù)(3)紊流粗糙區(qū)尼古拉茲粗糙區(qū)公式:(4)紊流過渡區(qū)柯列勃洛克根據(jù)大量的工業(yè)管道實(shí)驗(yàn)資料，提出過渡區(qū)計(jì)算公式，簡(jiǎn)稱柯氏公式：第三節(jié)沿程阻力系數(shù)(3)紊流粗糙區(qū)尼古拉茲粗糙區(qū)公式:(4第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.洛巴耶夫判別式斷面平均流速流體運(yùn)動(dòng)粘度第三節(jié)沿程阻力系數(shù)3.洛巴耶夫判別式斷面平均流速流體運(yùn)動(dòng)粘第四節(jié)局部損失計(jì)算1.管徑突然擴(kuò)大管徑突然擴(kuò)大時(shí)會(huì)形成局部的渦旋，造成局部損失。

4.1局部阻力系數(shù)計(jì)算

第四節(jié)局部損失計(jì)算1.管徑突然擴(kuò)大管徑突然擴(kuò)大時(shí)會(huì)形成局第四節(jié)局部損失計(jì)算2.管徑逐漸擴(kuò)大

由于管徑突然擴(kuò)大的能量損失較大，一般均采用漸擴(kuò)管。漸擴(kuò)管較長(zhǎng)，能量損失包括沿程損失和局部損失兩部分，相對(duì)于的阻力系數(shù)公式為：第四節(jié)局部損失計(jì)算2.管徑逐漸擴(kuò)大由于管徑突然擴(kuò)大的能量第四節(jié)局部損失計(jì)算3.管徑突然收縮4.管徑逐漸縮小第四節(jié)局部損失計(jì)算3.管徑突然收縮4.管徑逐漸縮小第四節(jié)局部損失計(jì)算5.管道進(jìn)口6.閥門第四節(jié)局部損失計(jì)算5.管道進(jìn)口6.閥門第四節(jié)局部損失計(jì)算7.過濾網(wǎng)格第四節(jié)局部損失計(jì)算7.過濾網(wǎng)格第四節(jié)局部損失計(jì)算8.彎管在的情況下

第四節(jié)局部損失計(jì)算8.彎管在的第四節(jié)局部損失計(jì)算9.三通第四節(jié)局部損失計(jì)算9.三通第四節(jié)局