1.5 流体在管内的流动阻力

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1、1.5流体在管内的流动阻力第1章流体流动1.5.1管流阻力分类及摩擦阻力计算通式管流阻力的分类不可压缩流体定态流过水平直管根据动量传递机理管路中的流动阻力=直管阻力（）+局部阻力（）直管阻力：由于流体和管壁之间的摩擦而产生；局部阻力（形体阻力）：由于速度的大小或方向的改变而引起。&流体阻力的表示方法对应于机械能衡算的三种形式，流体阻力损失亦有三种表达形式：阻力损失与压力差的区别：△pf——流体流经两截面间的机械能损失；△p——任意两点间的压力差。kJ/kgmPa二者之间的关系：即：水平、等径直管，无外功加入时，两截面间的阻力损失与两截面间的压力差在数值上相等。在1-1和2-2

2、截面之间列机械能衡算式：up1p21122FFdL直圆管内阻力公式的推导因所以直圆管内摩擦阻力计算公式推导流体柱受到的与流动方向一致的推动力：流体柱受到的与流动方向相反的阻力：流体恒速流动时：又：所以J/kgmPa计算流体流动阻力的一般公式2.范宁公式二.层流时的摩擦系数及Hangen-Poiseuille方程层流时：积分令平均速度——泊谡叶方程——范宁公式λ与Re成反比三.湍流时的直管阻力损失及量纲分析法影响因素复杂，一般由实验确定。影响因素：几何尺寸及形状；表面情况；流体的物性，如密度，粘度等；流速的大小。量纲分析法流动阻力量纲分析方法：减少实验工作量、实验结果推广应用。

3、一般实验方法：实验量大、实验结果不能推广应用；（1）量纲分析的理论基础：物理方程中的各项都具有相同的量纲即量纲一致的原则。（2）定理n—物理量的个数；N—量纲为一数群的个数；m—表达物理量的基本量纲数。流动阻力基本量纲L、T、M核心物理量d、u、ρ（3）量纲分析方法光滑管：玻璃管、黄铜管和塑料管；当δb>e，粗糙度对λ影响与层流相近;粗糙管：钢管和铸铁管等。绝对粗糙度e：壁面凸出部分的平均高度。新的铸铁管0.3mm旧的铸铁管0.85mm相对粗糙度：绝对粗糙度与管径的比值e/dδb-滞流内层厚度粗糙度对λ的影响层流:粗糙度对λ无影响如图湍流：当δb

4、摩擦系数摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度的关系层流区Re≤2000过渡区2000＜Re≤4000（阻力平方区）不完全湍流区完全湍流区湍流区Re＞4000使用时注意经验式的适用范围摩擦系数图层流区从层流向湍流的过渡期湍流过渡区完全湍流区非圆形管摩擦损失计算式流体流经管件、阀门、测量接口、管进出口段的阻力产生原因：形体阻力；确定方法：实验，归纳出经验公式。1.5.2管路上的局部阻力式中：le——当量长度一、当量长度法Le及的获得：实验，见有关资料。式中：----局部阻力系数二、局部阻力系数法突然缩小特例：突然扩大一、等径管总阻力计算系统总阻力=系统各直管阻力+局部阻力FICP1P

5、211221.5.3管路系统中的总能量损失二、变径管总阻力计算变径管d、u、λ不同，需分段计算阻力例：AABBCC11‘22‘h7m例题：用泵把20℃的苯从地下贮罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比贮罐液面高10m。泵吸入管用89×4mm的无缝钢管，直管长为15m，管上装有一个底阀(可初略地按旋启式止回阀全开时计算)、一个标准弯头；泵排出管用57×3.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的截止阀和三个标准弯头。贮罐和高位槽上方均为大气压。设贮罐液面维持恒定。试求泵的功率，设泵的效率为70%。式中，z1=0,z2=10m,p1=p2,u10

6、,u20∴W=9.81×10+∑hf解：依题意，绘出流程示意图。选取贮槽液面作为截面1，高位槽液面为截面2，并以截面1作为基准面，如图所示，在两截面间列柏努利方程，则有进口段：d=89-2×4=81mm,l=15m查图，得=0.029进口段的局部阻力：底阀：le=6.3m弯头：le=2.73m进口阻力系数：=0.5出口段：d=57-2×3.5=50mm,l=50m查图，得=0.035出口段的局部阻力：全开闸阀：le=0.33m全开截止阀：le=17m标准弯头(3)：le=1.6×3=4.8m出口阻力系数：=1.0总阻力：有效功率：轴功率：苯的质量流量：泵提供的有用功

7、为：1.6管路计算管路计算按设计目的设计型计算操作型计算简单管路计算复杂管路计算按布置情况简单管路：简单管路是指由不同管径的管道与管件串联而成的系统。复杂管路：在此只讨论工程上常见的分支、汇合及并联管路的计算问题，至于更复杂的管路网络及流量分配管系等问题可参阅有关专著，本课不予涉及。设计性问题给出8个变量：确定we=？剩下4个变量：工程上首先优选出u，关于u的优化问题对一定输送任务Vs有：操作性问题给出9个变量：核算Vs=？,有唯一解。剩下3个变量：为求Vs，必须知道u，直接求解困难，需试差或迭代。试差