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1、第四节 流体在管内流动时的阻力,*,流体在管内流动时的阻力,本章的难点包括：阻力计算的通式层流和湍流的摩擦阻力系数的计算。,*,一、概述：,1、阻力产生的原因（1）粘性阻力:流体具有粘性，产生粘性阻力；（2）形体阻力：流体流经不规则障碍物，边界层分离，因涡流产生能量损失。,2、阻力分类：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。,总阻力=直管阻力+局部阻力,*,3、阻力的表示法：,(1):单位质量流体产生的阻力损失(J/kg).,(2):单位重量流体产生的阻力损失(J/N=m).,(3):单位体积流体产
2、生的阻力损失(J/m3=Pa).,注意：压力损失 是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差 意义不同，只有当管路为水平、管径不变且无外功加入时，二者才相等。,*,二、阻力的计算：,1、圆形直管内阻力计算公式：,如图所示，对1-1和2-2截面间流体进行受力分析：,推动力：,方向与流动方向相同,阻力：,方向与流动方向相反,定态流动，受力平衡,*,二、阻力的计算：,令,所以,上式为流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁公式。式中为无因次系数，称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。,三种形式：,*,二、阻力的计算：,2、管壁粗糙度对的影响：,1）粗糙度(绝对粗糙度)：壁面凸
3、出部分的平均高度。,2）相对粗糙度：,3）粗糙度对的影响：,无影响,有影响,层流时，无影响。湍流时,*,二、阻力的计算：,3、层流时的摩擦系数：,将R=d/2代入可得：,哈根-泊谡叶公式,与范宁公式比较可得：,层流时摩擦系数是雷诺数Re的函数。,*,二、阻力的计算：,4、湍流时的摩擦系数：,湍流时既与 Re有关，又与 有关，一般通过因次分析法进行分析，得到一些经验公式，这里只介绍比较常用的柏拉修斯式：,适用范围：光滑管，Re在,*,二、阻力的计算：,5、摩擦系数图（莫狄（Moody）图）,层流区Re2000 与u的一次方成正比。,湍流区Re4000虚线以下与Re和 都有关 一定时，Re越大，越
4、小,完全湍流区：虚线以上部分只与 有关，与Re无关与u的平方成正比,过渡区2000Re4000可按层流区也可按湍流区查,*,二、阻力的计算：,6、非圆形直管阻力损失的计算：一般以当量直径代替直径进行计算。当量直径de：与非圆形直管等长且阻力损失相 等的圆管的直径。,非圆形管内流动形态如何确定？,a,b,d2,d1,*,二、阻力的计算：,1）当量长度法：以当量长度代替范宁公式中直管的长度进行计算。当量长度：管件、阀门产生的阻力相当于同直径且阻力损失相同的圆管的长度，以 表示。,当量长度共线图,7、局部阻力：,*,局部阻力损失计算,100mm 的闸阀 1/2 关,le=22m,100mm 的标准三
5、通,le=2.2m,100mm 的闸阀全开,le=0.75m,*,说明：变径时，以细管内流速计算局部阻力；突然扩大或突然缩小的阻力系数：从管路进入容器：,二、阻力的计算：,因为阻力损失与 成正比，所以可以将局部阻力损失表示为,从容器进入管路：,管件、阀门的局部阻力系数：查手册,7、局部阻力：,2）局部阻力系数法：,：局部阻力系数,*,二、阻力的计算,8、管路系统中的总能量损失,*,例1：分别计算下列情况下，流体流过763mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失及压 力损失。（1）密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s；（2）20的水，流速为2.2 m/s。,*,解
6、：（1）油品：,所以能量损失,压头损失,压力损失,*,（2）20水的物性：,取钢管的绝对粗糙度为0.2mm，则,查得,所以能量损失,压头损失,压力损失,*,例题,例2：如附图所示，料液由敞口高位槽流入精馏塔中。塔内进料处的压力为30kPa(表压)，输送管路为452.5mm的无缝钢管，直管长为10m。管路中装有180回弯头一个，90标准弯头一个，标准截止阀（全开）一个。若维持进料量为5m3/h，问高位槽中的液面需高出进料口多少米？操作条件下料液的物性：,h,*,例题,解：如图取高位槽中液面为1-1面，管出口内侧为 2-2截面，且以过2-2截面中心线的水平面为基 准面。在1-1与2-2截面间列柏努利方程：,其中：Z1=h;u10;p1=0(表压);Z2=0;p2=20kPa(表压)；,管路总阻力,*,例题,取管壁绝对粗糙度,则,查得摩擦系数,各管件的局部阻力系数：,进口突然缩小,180回弯头,90标准弯头,标准截止阀（全开）,*,小 结,1、阻力分类2、范宁公式3、层流、湍流时的摩擦阻力系数4、局部阻力的计算,*,THE END,返回,*,
