[1-4]流体流动阻力

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1、西北大学化工原理课件1.4流体流动阻力1.4.1管件与阀门1.4.2直管阻力1.4.3局部阻力1西北大学化工原理课件1.4流体流动阻力直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。动画1.4.1管件与阀门一、管与管件1.管道及其种类：包括金属管、非金属管等；2.管件：指管与管的连接部件，包括法兰、弯头、三通、接头、异径管、阻火器、视镜等；2西北大学化工原理课件3西北大学化工原理课件异径管堵头4西北大学化工原理课件5西北大学化工原理课件二、管道连接管

2、、管件、阀门间的连接有多种方法，不同连接方法将直接影响设备费用和操作状况，连接方法的选择取决于生产操作要求的可靠性、原料费用、拆卸次数等。管道连接的方法分为：1.焊接：适用于大直径的长管道连接，具有成本低、方便牢固等优点，凡是不需拆卸的地方，都应尽量选用焊接；2.螺纹连接：一般用于低压小直径水煤气管的连接。其连接较简单、成本较低、拆卸方便，但可靠性差，易发生渗漏，且不耐高压。化工生产中用于上下水、空气等低压小口径管道连接，不能用于大口径、高温高压、易燃爆和有毒介质的管道连接；3.法兰连接：化工生产中应用最为广泛的管道连接方式。其结合强

3、度高、拆卸方便、密封可靠，缺点是成本较高；4.承插连接：多用于非金属管路与少数铸铁管的连接，其成本低且简单方便，但拆卸较为困难，高压下也无法使用。6西北大学化工原理课件三、阀门1.阀门结构：普通阀门主要由阀座、阀芯、阀杆与手轮四部分组成。2.阀门种类及特点：常用阀门包括截止阀、闸阀、球阀、蝶阀和止逆阀(即单向阀)等几个种类，其特点因种类不同也有所差别。7西北大学化工原理课件8西北大学化工原理课件工作演示9西北大学化工原理课件10西北大学化工原理课件球阀11西北大学化工原理课件蝶阀蝶阀止逆阀12西北大学化工原理课件弹安簧全式阀安全阀杠杆

4、式安全阀13西北大学化工原理课件1.4.2直管流动阻力一、阻力的表现形式流体在水平等径直管中作定态流动。1p1p2122zg+u+=zg+u++h1122f2ρ2ρ14西北大学化工原理课件对于水平等径直管，有：u1=u2z1=z2p−pΔp12∴h==fρρ若管道为倾斜管，则：pp12h=(+zg)−(+zg)f12ρρ流体的流动阻力表现为机械能的减少；水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差15西北大学化工原理课件二、直管阻力的通式2πd由于压力差而产生的推动力：()p−p124流体的摩擦力：F=τA=τπdlF2πd定态流动

5、时：(p−p)=τπdl124Δp4lh==τ直管阻力fρdρ28τluh=f2ρud28τ若令λ=2ρu16西北大学化工原理课件2luh=λ则有：fJ/kgd2——直管阻力通式（范宁Fanning公式）λ——摩擦系数（摩擦因数）其它形式：2lu压头损失Hf=λmd2g2lρu压力损失Δpf=λPad2该公式层流与湍流均适用；注意Δp与Δp的区别。f17西北大学化工原理课件三、层流时的摩擦系数(p1−p2)2由层流速度分布方程：u=Rmax4μl1d32μlu又u=umaxR=则：(p−p)=21222d32μluΔp=2——哈根-泊

6、谡叶(Hagen-Poiseuille)方程dΔp32μlu故能量损失：h==f2J/kgρρd层流时阻力与速度的一次方成正比。2232μlu64μlu64lu变形：hf=2=⋅⋅=⋅⋅ρddρud2Red264比较得：λ=Re18西北大学化工原理课件四、湍流时的摩擦系数1.量纲分析法目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。基础：因次一致性即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。19西北大学化工原理课件基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这

7、些变量的基本量纲数为m个，则该物理现象可用N＝(n－m)个独立的无因次数群表示。将此量纲为一的量称为准数。湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：ρ，μ（2）流动的几何尺寸：d，l，ε（管壁粗糙度）（3）流动条件：u20西北大学化工原理课件Δp=f()ρ,μ,u,d,l,εf物理变量n＝7基本因次m＝3无因次数群N＝n－m＝4即该过程可用4个无因次数群表示。Δpf⎛dρulε⎞无因次化处理=φ⎜,,⎟2⎜⎟ρu⎝μdd⎠ΔpEu=f——欧拉（Euler）准数式中：2ρu21西北大学化工原理课件dρuRe=——雷诺数μld——管道的几

8、何尺寸εd——相对粗糙度根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即Δpfl⎛ε⎞=kφ⎜Re,⎟2ρud⎝d⎠Δpfl⎛ε⎞2或hf==ψ⎜Re,⎟uρd⎝d⎠ελ=ψ(Re,)d22西北大学化工原理课件根据Re值计算λ