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文檔簡介
1.4
流體流動(dòng)阻力1.4.1直管阻力----直管1.4.2局部阻力
---管件和閥門2024/1/3012024/1/3022024/1/303蝶閥2024/1/3042024/1/3052024/1/3061.4流體流動(dòng)阻力直管阻力:流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力;局部阻力:流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。
1.4.1直管阻力一、阻力的表現(xiàn)形式
2024/1/307流體在水平等徑直管中作定態(tài)流動(dòng)。2024/1/308若管道為傾斜管,則
流體的流動(dòng)阻力表現(xiàn)為總勢能的減少;
水平安裝時(shí),流動(dòng)阻力恰好等于兩截面的靜壓能之差。
2024/1/309二、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)2024/1/3010——直管阻力通式(范寧Fanning公式)
其它形式:——摩擦系數(shù)(摩擦因數(shù))
則
J/kg壓頭損失m阻力壓降Pa該公式層流與湍流均適用;注意與的區(qū)別。2024/1/3011三、層流時(shí)的摩擦系數(shù)
速度分布方程又----拋物線分布1、管壁處流速最小為零:u=02、管中心處流速最大:u=umax3、管內(nèi)平均流速:代入速度分布方程得----(1-44)2024/1/3012阻力損失層流時(shí)阻力與速度的一次方成正比。變形:比較得---(1-44a)例題【1-19】---(1-45)2024/1/3013四、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)1.量綱分析法
目的:(1)減少實(shí)驗(yàn)工作量;(2)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。即相同的量綱。2024/1/3014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:(1)流體性質(zhì):
,
(2)流動(dòng)的幾何尺寸:d,l,
(管壁粗糙度)(3)流動(dòng)條件:u2024/1/3015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。2024/1/3016——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2024/1/3017莫狄(Moody)摩擦因數(shù)圖:2024/1/3018(1)層流區(qū)(Re≤2000)
λ與無關(guān),與Re為直線關(guān)系,即,即與u的一次方成正比。(2)過渡區(qū)(2000<Re<4000)將湍流時(shí)的曲線延伸查取λ值。(3)湍流區(qū)(Re≥4000以及虛線以下的區(qū)域)
對(duì)于一定的值,λ隨著Re的增加而減小。對(duì)于一定的Re值,λ隨著的增加而增加2024/1/3019(4)完全湍流區(qū)
(虛線以上的區(qū)域)
λ與Re無關(guān),只與有關(guān)。該區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。的值越大,達(dá)到阻力平方區(qū)的Re值越低。一定時(shí),*經(jīng)驗(yàn)公式:柏拉修斯(Blasius)式:適用于光滑管Re=5×103~1052024/1/30202.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。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)。2024/1/3021湍流流動(dòng)時(shí):幾何光滑管
只與Re有關(guān),與無關(guān)。完全湍流粗糙管
只與有關(guān),與Re無關(guān)。2024/1/3022局部阻力
一、阻力系數(shù)法
將局部阻力表示為動(dòng)能的某一倍數(shù)。
ζ——局部阻力系數(shù)
J/kg----(1-52)2024/1/30231.突然擴(kuò)大2024/1/30242.突然縮小2024/1/30253.管進(jìn)口及出口進(jìn)口:流體自容器進(jìn)入管內(nèi)。
ζ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。
ζ出口=1出口阻力系數(shù)4.管件與閥門書中表1-4;2024/1/3026二、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。2024/1/3027管
件
與
閥
門
的
當(dāng)
量
長
度
共
線
圖。2024/1/3028流體在管內(nèi)流動(dòng)的總阻力: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。1、用當(dāng)量長度法計(jì)算局部阻力時(shí):2、用局部阻力系數(shù)法計(jì)算局部阻力時(shí):2024/1/3029練習(xí)1:分別計(jì)算下列情況下,流體流過φ76×3mm、長10m的水平鋼管(取0.3mm)的阻力損失、壓頭損失及阻力壓降。(1)密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品,流速為1.1m/s;(2)20℃的水,流速為2.2
m/s。練習(xí)2:長度為8米的直管Φ38×3mm中裝有180°彎頭一個(gè),標(biāo)準(zhǔn)彎頭兩個(gè)和全開的球心閥一個(gè),求管路的總阻力損失,3m3/h,ρ=816kg/m3,μ=0.643pa·s,取=0.3mm2024/1/3030練習(xí)3:如圖所示,料液由常壓高位槽流入精餾塔中。進(jìn)料處塔中
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