流體流動(dòng)的阻力

第1頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月一、直管阻力損失的計(jì)算二、局部阻力損失的計(jì)算第2頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

——流動(dòng)阻力產(chǎn)生的根源

流體具有粘性，流動(dòng)時(shí)存在內(nèi)部摩擦力.管路中的阻力直管阻力：局部阻力：

流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大及縮小等局部地方所引起的阻力。流動(dòng)阻力的根源與類別（P46）第3頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄鐵管第4頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月碳鋼管第5頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月合金鋼管第6頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月有色金屬管第7頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月非金屬管第8頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月一直管阻力損失的計(jì)算流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng):1阻力的表現(xiàn)形式

第9頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月若管道為傾斜管，則

流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為靜壓能的減少；水平安裝時(shí)，流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。第10頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2直管阻力的通式由于壓力差而產(chǎn)生的推動(dòng)力：流體的摩擦力：令

定態(tài)流動(dòng)時(shí):第11頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月——直管阻力通式（范寧Fanning公式）

——摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）

則J/kg其它形式：壓頭損失m壓力損失Pa

上述公式層流與湍流均適用；注意與的區(qū)別。1-44(P48)第12頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月長徑比，無因次動(dòng)能摩擦系數(shù)-----直管摩擦損失計(jì)算通式（1）層流時(shí)的（2）湍流時(shí)的主要依靠實(shí)驗(yàn)研究范寧因子，，哈根－泊謖葉公式各項(xiàng)的物理意義：1-44(P48)第13頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月3層流時(shí)的摩擦系數(shù)(P50)速度分布方程又——哈根-泊謖葉（Hagen-Poiseuille）方程

第14頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月能量損失

層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比。變形：比較得1-46,圓管、層流第15頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月4湍流時(shí)的摩擦系數(shù)（1）因次分析法（參閱實(shí)驗(yàn)教材P7~14）目的：a）減少實(shí)驗(yàn)工作量；

b）結(jié)果具有普遍性，便于推廣?；A(chǔ)：因次一致性即每一個(gè)物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，而且每一項(xiàng)都應(yīng)具有相同的因次。第16頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月基本定理：白金漢（Buckinghan)π定理

設(shè)影響某一物理現(xiàn)象的獨(dú)立變量數(shù)為n個(gè)，這些變量的基本因次數(shù)為m個(gè)，則該物理現(xiàn)象可用N＝（n－m）個(gè)獨(dú)立的無因次數(shù)群表示。

湍流時(shí)壓力損失的影響因素：a）流體性質(zhì)：，b）流動(dòng)的幾何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）c）流動(dòng)條件：u第17頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月物理變量n＝7基本因次m＝3無因次數(shù)群N＝n－m＝4無因次化處理式中：——?dú)W拉（Euler）準(zhǔn)數(shù)即該過程可用4個(gè)無因次數(shù)群表示。第18頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月——相對(duì)粗糙度——管道的幾何尺寸——雷諾數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，流體流動(dòng)阻力與管長成正比，即

或第19頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月莫狄（Moody）摩擦因數(shù)圖：（P54)9.28第20頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月a）層流區(qū)（Re≤2000）

l與

無關(guān)，與Re為直線關(guān)系，即

,即

與u的一次方成正比。b）過渡區(qū)（2000<Re<4000)

將湍流時(shí)的曲線延伸查取l值。c）湍流區(qū)（Re≥4000以及虛線以下的區(qū)域）

d）完全湍流區(qū)（虛線以上的區(qū)域）

l與Re無關(guān)，只與

有關(guān)。該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。一定時(shí)，第23頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月使用時(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：第24頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)粗糙管內(nèi)湍流經(jīng)驗(yàn)公式：此式適用范圍為Re

4000，

/d≤0.005第25頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

光滑管：玻璃管、銅管、鉛管及塑料管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。絕對(duì)粗糙度

：管道壁面凸出部分的平均高度。

e值見P.49表1-2相對(duì)粗糙度

：絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值。

層流流動(dòng)時(shí)：

流速較慢，與管壁無碰撞，阻力與

無關(guān)，只與Re有關(guān)。4湍流時(shí)的摩擦系數(shù)第26頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

湍流流動(dòng)時(shí)：觀看動(dòng)畫：層流到湍流的轉(zhuǎn)變過程.swf

粗糙管壁流動(dòng).swf

完全湍流粗糙管(dLe)只與

有關(guān)，與Re無關(guān)。

水力光滑管(dLe)只與Re有關(guān)，與無關(guān)。第27頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月5非圓形管內(nèi)的流動(dòng)阻力(P53、55)當(dāng)量直徑：

套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為d2:d2d1

邊長分別為a、b的矩形管:ab水力半徑第28頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：（1）Re與hf中的直徑用de計(jì)算；（2）層流時(shí)：（3）流速用實(shí)際流通面積計(jì)算。正方形C＝57套管環(huán)隙C＝96其余修正值C見P.55表1-3不能用當(dāng)量直徑來計(jì)算流體通過的截面積、流速和流量!?第29頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月二局部阻力損失的計(jì)算管路的連接方法：（1）螺紋連接第30頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月各種管件第31頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月彎頭異徑管三通第32頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）焊接第33頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）法蘭連接

第34頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月各種管件變徑管第35頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月三通悶頭彎頭法蘭第36頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月截止閥觀看《截止閥.swf》觀看《球閥.swf》第37頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月閘閥第38頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月旋塞第39頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月隔膜閥第40頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月蝶閥薄膜閥

第41頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁閥

止逆閥第42頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月針形閥第43頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月其它閥門

安全閥疏水器停止吸氣閥

第44頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種典型的局部阻力

二局部阻力損失的計(jì)算第45頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1阻力系數(shù)法

將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)?；騴——

局部阻力系數(shù)

J/kgJ/N=m第46頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）突然擴(kuò)大（a）小管中的流速—121'f21~0uuhzz==圖1-28，P57第47頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）突然縮小（b）小管中的流速-==222'f25.0~0uuhzzu均以小管的流速為準(zhǔn)圖1-28，P57第48頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）管進(jìn)口及出口進(jìn)口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。

z進(jìn)口

=0.5進(jìn)口阻力系數(shù)出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外空間。

z出口

=1出口阻力系數(shù)第49頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月??選管的內(nèi)側(cè)與外側(cè)，阻力不同！P56，請(qǐng)記錄……

第50頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月常見管件的阻力系數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)彎頭0.75回彎頭1.5活接0.4出管口1.0入管口0.5全開閘閥0.17半開閘閥4.5角閥5.0全開截止閥6.4半開截止閥9.5（4）管件與閥門z:

查有關(guān)手冊(cè)第51頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2當(dāng)量長度法

將流體流過管件或閥門的局部阻力，折合成直徑相同、長度為Le的直管所產(chǎn)生的阻力。le

——

管件或閥門的當(dāng)量長度，m。第52頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)量阻力線圖P58第53頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月總阻力：減少流動(dòng)阻力的途徑：

管路盡可能短，盡量走直線，少拐彎；盡量不安裝不必要的管件和閥門等；管徑適當(dāng)大些。第54頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：習(xí)題12、13第55頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

用泵把20℃的苯從地下儲(chǔ)罐送到高位槽，流量為300l/min.高位槽液面比儲(chǔ)罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm的無縫鋼管，直管長為15m，管路上裝有一個(gè)底閥（可粗略的按旋啟式止回閥全開時(shí)計(jì)）、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭；泵排出管用φ57×3.5mm的無縫鋼管，直管長度為50m，管路上裝有一個(gè)全開的閘閥、一個(gè)全開的截止閥和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。儲(chǔ)罐及高位槽液面上方均為大氣壓。設(shè)儲(chǔ)罐液面維持恒定。試求泵的軸功率。設(shè)泵的效率為70%。P59,例1-20：第56頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月分析：求泵的軸功率柏努利方程△Z、△u、△P已知求∑hf管徑不同吸入管路排出管路范寧公式l、d已知求λ求Re、ε/d摩擦因數(shù)圖當(dāng)量長度阻力系數(shù)查圖第57頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月解：取儲(chǔ)罐液面為上游截面1-1，高位槽液面為下游截面2-2，并以截面1-1為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量損失第58頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月式中管件、閥門的當(dāng)量長度為：

底閥(按旋轉(zhuǎn)式止回閥全開時(shí)計(jì)）

6.3m

標(biāo)準(zhǔn)彎頭

2.7m

進(jìn)口阻力系數(shù)

ξc=0.5第59頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月苯的密度為880kg/m3，粘度為6.5×10-4Pa·s取管壁的絕對(duì)粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/81=0.0037，

查得λ=0.029第60頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）排出管路上的能量損失∑hf,b式中:管件、閥門的當(dāng)量長度分別為：全開的閘閥

0.33m全開的截止閥

17m三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭

1.6×3=4.8m第61頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月出口阻力系數(shù)

ξe=1仍取管壁的絕對(duì)粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/50=0.006，查得l=0.0313第62頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）管路系統(tǒng)的總能量損失:苯的質(zhì)