1.4管内流体流动的摩擦阻力（课件）《化工原理（第五版）》同步教学（化学工业出版社）

1 1.4 管内流体流动的摩擦阻力损失 1 目录 直管中流体摩擦阻力损失的测定 层流的摩擦阻力损失计算 湍流的摩擦阻力损失 非圆形管内的当量直径 局部摩擦阻力损失 管内流体流动的总摩擦阻力损失计算 2 3 第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失 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。 3 4 蝶阀 4 5 5 6 流体在水平等径直管中作定态流动。 一、直管中流体摩擦阻力损失的测定 （一）阻力的表现形式 6 7 7 8 若管道为倾斜管，则 流体的流动阻力表现为静压能的减少； 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 8 9 9 10 （二）直管阻力的通式 由于压力差而产生的推动力： 流体的摩擦力： 令 定态流动时 10 11 ——直管阻力通式（范宁Fanning公式） 其它形式： ——摩擦系数（摩擦因数） 则 J/kg 压头损失 m 压力损失 Pa 该公式层流与湍流均适用； 注意 与 的区别。 11 12 12 13 二、层流的摩擦阻力损失计算 速度分布方程 又 ——哈根-泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程 13 14 能量损失 层流时阻力与速度的一次方成正比 。 变形： 比较得 14 15 （一）管壁粗糙度对摩擦系数的影响 光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等； 粗糙管：钢管、铸铁管等。 绝对粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。 相对粗糙度 ：绝对粗糙度与管内径的比值。 层流流动时： 流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与 无关，只与Re有关。 三、湍流的摩擦阻力损失 15 16 湍流流动时： 水力光滑管 只与Re有关，与 无关 完全湍流粗糙管 只与 有关，与Re无关 16 17 （二）量纲分析法 1、量纲分析法的目的 （1）减少实验工作量； （2）结果具有普遍性，便于推广。 2、量纲分析法的基础 量纲一致性：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 的量纲。 17 18 3、基本定理：白金汉（Buckingham）π定理 设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N＝（n－m）个独立的无量纲数群表示。 湍流时压力损失的影响因素： （1）流体性质：， （2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度） （3）流动条件：u 18 19 物理变量 n＝ 7 基本量纲 m＝3 无量纲数群 N＝n－m＝4 无量纲化处理 式中： ——欧拉（Euler）准数 即该过程可用4个无量纲数群表示。 19 20 ——相对粗糙度 ——管道的几何尺寸 ——雷诺数 根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即 或 20 21 1、莫狄（Moody）关联图 （三）湍流时的摩擦系数 21 22 （1）层流区（Re≤ 2000） λ与 无关，与Re为直线关系，即 ,即 与u的一次方成正比。 （2）过渡区（2000<Re<4000) 将湍流时的曲线延伸查取λ值 。 （3）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域） 22 23 （4）完全湍流区 （虚线以上的区域） λ与Re无关，只与 有关 。 该区又称为阻力平方区。 一定时， 2、经验关联式 柏拉修斯（Blasius）式： 适用光滑管，Re＝2.5×103～105 23 24 四、非圆形管内的当量直径 当量直径： 套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2 : 边长分别为a、b的矩形管 : 24 25 说明： （1）Re与hf中的直径用de计算； （2）层流时： 正方形 C＝57 套管环隙 C＝96 （3）流速用实际流通面积计算 。 25 26 五、局部摩擦阻力损失 （一）阻力阻力系数法 将局部阻力表示为动能的某一倍数。 或 ζ——局部阻力系数 J/kg J/N=m 26 27 1. 突然扩大 27 28 2.突然缩小 28 29 3. 管进口及出口 进口：流体自容器进入管内。 ζ进口 = 0.5 进口阻力系数 出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 ζ出口 = 1 出口阻力系数 4 . 管件与阀门 29 30 （二）当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为le的