-流体在直管内的流动阻力

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1、知识点1-4流体在直管内的流动阻力【学习指导】目的是解决流体在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流动阻力Σhf的计算问题。2．本知识点的重点（1）流体在管路中的流动阻力的计算问题。管路阻力又包括包括直管阻力hf和局部阻力hf’本质不同的两大类。前者主要是表面摩擦，后者以形体阻力为主。同时，解决了管截面上的速度分布问题。（2）流体在直管中的流动阻力因流型不同而采用不同的工程处理方法。对于层流，通过过程本征方程（牛顿粘性定律）可用解析方法求解管截面上的速度分布及流动阻力；而对于湍流，需借助因次分析方法来规划试验，采用实验研究方法。因次分析的基础是因次一致的原则和∏定理。局部阻力也只能

2、依靠实验方法测定有关参数（z或le）。（3）建立“当量”的概念（包括当量直径和当量长度）。“当量”要具有和原物量在某方面的等效性，并依赖于经验。3．本知识点的难点本知识点无难点，但对于因次分析方法的理解和应用尚需通过实践来加深。4．应完成的习题1-12.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm。粗、细管的直径分别为60×3.5mm与φ42×3mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？[答：（1）4.41J/kg；（

3、2）4.41×103Pa]1-13.密度为850kg/m3、粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147×103Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5×103Pa？[答：（1）1.49×103；（2）4.95mm；（3）14.93m]1-14.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为φ76×4mm的钢

4、管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。溶液的密度为1073kg/m3，粘度为6.3×10-4Pa·s。管壁绝对粗糙度ε可取为0.3mm。[答：1.63kW]1-15.从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/h（在操作条件下），其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，其读数为30mm。输入管与放空管的内

5、径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96×103Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为0.15mm，大气压强为101.33×103Pa。求鼓风机的有效功率。[答：3.09kW]本知识点旨在解决柏努利方程式中Σhf的计算及管截面上速度分布问题。一.概述1．流动阻力产生的原因流体有粘性，流动时产生内摩擦——阻力产生根源固体表面促使流动流体内部发生相对运动——提供了流动阻力产生的条件。流动阻力大小与流体本身物性（主要为m，r），壁面形状及流动状况等因素有关。2．流动阻

6、力分类流体在管路中流动的总阻力由直管阻力与局部阻力两部分构成，即(1-40)式中 、分别为直管阻力损失和各种局部阻力损失，J/kg。3．阻力的表现形式——压强降Δ流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，称为压强降，即：值得强调指出的是：Δ表示1m3流体在流动系统中仅仅是流动阻力所消耗的能量，它是一个符号，Δ并不代表增量。两截面间的压强差Δp是由多方面因素引起的，如通常，Δ与Δ在数值上并不相等，只有当流体在一段无外功的水平等径管内流动时，两者在数值上才相等。二.流体在直管中的流动阻力（一）计算圆形直管阻力的通式推倒计算圆形直管阻力通式的基础，是流体作定态流动时受力的平衡。流体以一

7、定速度在圆管内流动时，受到方向相反的两个力的作用；一个是推动力，其方向与流动方向一致；另一个是摩擦阻力，其方向与流动方向相反。当这两个力达平衡时，流体作定态流动。现分析不可压缩流体以速度u在一段水平直管内作定态流动的情况。在图中1-1’与2-2’两截面之间（以管中心线为基础水平面）列柏努利方程式并化简，得到（1-41） 流体在直径为d，长度为l的水平管内受力情况为：促使流体向前流动的推动力 平行作用于流体柱表面上的摩擦力 定态流动时，上两力应大小相等方向相反，则得即  由式1-4