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1、2023/3/18,第 一 章 流 体 流 动,一、直管中摩擦阻力的测定二、管路上的局部阻力三、管路系统中的总能量损失,第 四 节 管内流体流动的摩擦阻力损失,2023/3/18,流动阻力产生的根源,流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力.,流动阻力产生的条件,固定的管壁或其他形状的固体壁面,管路中的阻力,直管阻力：,局部阻力：,流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦而产生的阻力,流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力。,2023/3/18,单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。,单位重量流体流动时所损失的机械能，m。,压头损失,管径的表示方式：,A：管外
2、径；B：壁厚。,2023/3/18,一、流体在直管中的流动阻力,1、直管中流体摩擦阻力损失的测定,2023/3/18,-等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。,对于水平管：,注意：同一根直管，无论水平安装还是坚直安装，hf应相同。,2023/3/18,2、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式,2023/3/18,2023/3/18,圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式,3、公式的变换,2023/3/18,圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。,（对于层流或湍流都适用）,为无因次的系数，称为摩擦因数。,2023/3/18,4.层流时的摩擦损失,哈根-泊谡叶公式,层流流动时与Re的关系,2023/3
3、/18,5、管壁粗糙度对摩擦系数的影响,化工管路,光滑管,粗糙管,玻璃管、黄铜管、塑料管,钢管、铸铁管,管壁粗糙度,绝对粗糙度,相对粗糙度,壁面凸出部分的平均高度，以表示。,绝对粗糙度与管道直径的比值 即/d。,2023/3/18,光滑管流动,完全粗糙管,2023/3/18,思考：层流流动时，当体积流量为V的流体通过直径不同的管路时,Pf与管径d的关系如何？,可见：,2023/3/18,5.直管内湍流流动的阻力损失,湍流流动，由量纲分析法得：,2023/3/18,2023/3/18,1）摩擦因数图,a)层流区：Re2000，与Re成直线关系，=64/Re。b)过渡区：2000Re4000，管内
4、流动随外界条件的影响而 出现不同的流型，摩擦系数也因之出现波动。,c)湍流区：Re4000且在图中虚线以下处时，值随Re数的 增大而减小。d)完全湍流区：图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随Re的变化而变化，值近似为常数。根据范宁公式，若l/d一定，则阻力损失与流速的平方成正比，称作阻力平方区。,2023/3/18,2)值的经验关系式,A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式,适用范围为Re=2.51031105,B、考莱布鲁克(Colebrook)公式,适用范围：光滑管，粗糙管，直至完全湍流区,2023/3/18,7.非圆形管内的摩擦损失 对于圆形管道，流体流径的管道截面为:,流体润湿的周
5、边长度为:d de=4流道截面积/润湿周边长度,C、哈兰德(Haaland)公式,2023/3/18,对于长宽分别为a与b的矩形管道：,对于一外径为d1的内管和一内径为d2的外管构成的环形通道,二、局部阻力损失,1、局部阻力损失的计算 1）阻力系数法,2023/3/18,为局部阻力系数，由实验测定。,突然扩大与突然缩小,u：取小管的流速,管出口,b)管出口和管入口 管出口相当于突然扩大,流体自容器进入管内，相当于突然缩小 A2/A10，管进口阻力系数，c=0.5。,突然扩大:,突然缩小:,2023/3/18,2023/3/18,2）当量长度法,le为管件的当量长度。,管件与阀门 不同管件与阀门
6、的局部阻力系数可从手册中查取。,管件与阀门的当量长度由试验测定，湍流时，可查共线图。,三、管路中的总能量损失,管路系统中总能量损失=直管阻力+局部祖力,对直径相同的管段：,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,例：用泵把20的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300 l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用894mm的无缝钢管
7、，直管长为15m，管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵提供的能量W。,2023/3/18,分析：,W,柏努利方程,管径不同,范宁公式,l、d已知,摩擦因数图,2023/3/18,解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。,式中：,（1）吸入管路上的能量损失,2023/3/18,式中,管件、阀门的当量长度为：底阀(按旋转式止回阀全开时计）6.3m 标准弯头 2.7m,进口阻力系数 c=0.5,2023/3/18,苯的密度为880kg/m3，粘度为6.510-4Pas,取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037，查得=0.029,2023/3/18,（2）排出管路上的能量损失 hf,b,式中:,管件、阀门的当量长度分别为：全开的闸阀 0.33m全开的截止阀 17m三个标准弯头 1.63=4.8 m,2023/3/18,出口阻力系数 e=1,仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006，查得=0.0313,2023/3/18,（3）管路系统的总能量损失:,
