空氣在管道中流動的基本規(guī)律

第一章空氣在管道中流動的基本規(guī)律工程流體力學(xué)以流體為對象，主要研究流體機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律，并把這些規(guī)律應(yīng)用到有關(guān)實(shí)際工程中去。涉及流體的工程技術(shù)很多，如水力電力船舶航運(yùn)，流體輸送，糧食通風(fēng)除塵與氣力輸送等，這些部門不僅流體種類各異，而且外界條件也有差異。通風(fēng)除塵與氣力輸送屬于流體輸送，它是以空氣作為工作介質(zhì)，通過空氣的流動將粉塵或粒狀物料輸送到指定地點(diǎn)。由于通風(fēng)除塵與氣力輸送是借助空氣的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，因此，掌握必要的工程流體力學(xué)基本知識，是我們研究通風(fēng)除塵與氣力輸送原理和設(shè)計(jì)、計(jì)算通風(fēng)除塵與氣力輸送系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。本章中心內(nèi)容是工程流體力學(xué)基本知識，主要是空氣的基本特性及運(yùn)動時的基本規(guī)律。1.1空氣的基本特性及流動的基本概念流體是液體和氣體的統(tǒng)稱，由液體分子和氣體分子組成，分子之間有一定距離。而我們在通風(fēng)除塵與氣力輸送中所接觸到的流體（主要是空氣可視為連續(xù)體，即所謂連續(xù)性的假設(shè)。這意味著流體在宏觀上質(zhì)點(diǎn)是連續(xù)的，其次還意味著質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動過程也是連續(xù)的。研究證明，按連續(xù)質(zhì)點(diǎn)的概念所得出的結(jié)論與試驗(yàn)結(jié)果是很符合的。因此在工程應(yīng)用上，用連續(xù)函數(shù)來進(jìn)行流體及運(yùn)動的研究，并使問題大為簡化。1.1.1空氣的基本特性1．密度和重度單位體積空氣所具有的空氣質(zhì)量稱為空氣密度，用符號P表示。其表達(dá)式為：?????????????_m?"歹???????????????????????????????????????????????????(1-1)式中：P 空氣的密度(kg/m3)；???????????m——空氣的質(zhì)量（kg）；V——空氣的體積（m3）。單位體積空氣所具有的空氣重量稱為空氣重度，用符號F表示。其表達(dá)式為：???????????????$二歷？？？？？？？？？???????????????????????????????????????????（1-2）式中：F 空氣的重度（N/m3）；?????????□一—空氣的重量（N）；卩——空氣的體積（m3）。對于液體而言，重度隨溫度改變而變化。而對于氣體而言，氣體的重度取決于溫度和壓強(qiáng)的改變。由公式（1-2）兩邊除以廠可以得出空氣的密度與重度存在如下關(guān)系；?????????????F二尸呂？？？？？？？？？？????????????????????????????????????????（1-3）式中：E 當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，通常?.81（m/s2）。2．溫度溫度是標(biāo)志物體冷熱程度的參數(shù)。就空氣而言，溫度和空氣分子熱運(yùn)動的平均動能有關(guān)。溫度越高，空氣分子熱運(yùn)動越強(qiáng)，空氣分子熱運(yùn)動的平均動能也就越大?？諝獾臏囟扔脺y量溫度的儀表測定。為了標(biāo)志溫度的高低和保證溫度測量的準(zhǔn)確一致，就要規(guī)定一個衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺子，稱為溫度標(biāo)尺簡稱溫標(biāo)。目前國際上通用的溫標(biāo)主要有兩種。攝氏溫標(biāo)（t）——攝氏溫標(biāo)規(guī)定：在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水開始結(jié)冰時的溫度（冰點(diǎn)定為0°C,純水沸騰時的溫度（沸點(diǎn)定為lOOoC。在0°C與此同時1000C之間劃為100等分。每一等分就是攝氏溫度的1°C。絕對溫標(biāo)（T）——絕對溫標(biāo)規(guī)定：把-273.15°C作為零點(diǎn),由此而測量出的溫度就是絕對溫度。用絕對溫標(biāo)表示溫度時,在度數(shù)的右邊加上字母“K”。絕對溫標(biāo)的每1K與攝氏溫標(biāo)每1°C在數(shù)值上完全相等。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水的冰點(diǎn)為273.15K(工程上取273K已足夠準(zhǔn)確)，沸點(diǎn)為373.15K。攝氏溫度和絕對溫度之間的換算關(guān)系為：T=273+t°(K)3．壓強(qiáng)氣體或液體分子總是永遠(yuǎn)不停地作無規(guī)則的熱運(yùn)動。在管道中這種無規(guī)則的熱運(yùn)動，使管道中的分子間不斷地相互碰撞，這就形成了對管道的撞擊力。雖然每個分子對管道壁的碰撞是不連續(xù)的，致使撞擊力也是不連續(xù)的，但是由于管道中有大量的分子，它們不停且非常密集地碰撞管壁，因此，從宏觀上就產(chǎn)生了一個持續(xù)的有一定大小的壓力。正如雨點(diǎn)落到傘面上，雖然每個雨點(diǎn)對傘面的作用力并不是連續(xù)的，但是，大量密集的雨點(diǎn)落到傘面上，就能感覺到雨點(diǎn)對傘面形成了一個持續(xù)的壓力。對管壁而言，作用在管壁上壓力的大小取決于單位時間內(nèi)受到分子撞擊的次數(shù)以及每次撞擊力量的大小。單位時間撞擊次數(shù)越多，每次撞擊的力量越大，作用于管壁的壓力也越大。壓強(qiáng)的大小可用垂直作用于管壁單位面積上的壓力來表示，即：?????????????7a???????????????????????????????????????????????????（1-4）式中：P——壓強(qiáng)（N/m2）；F——垂直作用于管壁的合力（N）；A 管壁的總面積（m2）；。壓強(qiáng)的單位通常有三種表示方法。第一種，用單位面積的壓力表示。在工程應(yīng)用中，常以千克為力的單位,平方米作為面積的單位，于是壓強(qiáng)的單位為kg/m2，有時也用kg/cm2作為壓強(qiáng)的單位。在國際單位制中壓強(qiáng)單位采用［帕］，即N/m2。其換算關(guān)系為：1帕=1/9.81（kg/m2）第二種，用液柱高度表示。在測定管道中空氣的壓強(qiáng)時，常采用里面裝有水或水銀的U型壓力計(jì)為測量儀器，以液柱高度表示壓強(qiáng)的大小。如圖1-1，液柱作用于管底的壓力為液柱的重量，其大小為：?????????????????????????????????????????????????????(1-5)式中：F——液體重度(kg/m3)；曲一一液柱高度(m)；蟲——受力面積(m2)。壓強(qiáng)為：?"余字S??????????????????????????????????????(1-6)或：例如，水的重度為100(kg/m3),水銀的重度為13600(kg/m3),試將P=1(kg/cm3)換算成相應(yīng)的液柱高度。用水銀柱(汞柱)高度表示：h=~=10000/13600=0.736(mHg)=736(mmHg)用水柱高度表示：h=y=10000/100=1000(mmHO)2第三種，用大氣壓表示。國際上，把海拔高度為零，空氣溫度為0°c,緯度為45°時測得的大氣壓強(qiáng)為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，它等于10336(kg/m2)。工程上為簡化起見，在不影響計(jì)算精度的前提下，取一個工程大氣壓為10000(kg/m2)。工程中需要規(guī)定某一狀態(tài)的空氣為標(biāo)準(zhǔn)空氣。國際上把一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為0°C的空氣狀態(tài)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣稱為標(biāo)準(zhǔn)空氣。標(biāo)準(zhǔn)空氣的密度為P=1.2(kg/m3)。表示壓強(qiáng)的三種方法換算關(guān)系為：1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=10336（kg/m2）=10336（mmHO）=7602（mmHg）1工程大氣壓=10000（kg/m2）=10000（mmHO）=7362（mmHg）為了滿足工程上的需要，壓強(qiáng)可按以下三種方法進(jìn)行計(jì)算，如圖1-2所示。絕對壓強(qiáng)——當(dāng)計(jì)算壓強(qiáng)以完全真空為基準(zhǔn)算起，稱為絕對壓強(qiáng)，用P表示，其值恒為s正。相對壓強(qiáng)——當(dāng)計(jì)算壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮?P)為基準(zhǔn)a算起時，稱為相對壓強(qiáng)，用P表示。r也稱為表壓(P)。b真空度——當(dāng)絕對壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)時，其大于大氣壓的數(shù)值稱為真空度。??????需要說明的是，通風(fēng)工程中所指的壓力就是物理學(xué)中所指的壓強(qiáng)。由于通風(fēng)工程中的壓力(壓強(qiáng))相對較小，常用帕毫米水柱作單位，其換算關(guān)系為：1（mm/HO）=12

（kgf/m2）=9.81

（P）

a4．粘滯性流體流動時所表現(xiàn)出的內(nèi)摩擦力（粘滯力）反映了流體抵抗外力使其產(chǎn)生變形的特性，這種特性稱為粘滯性，簡稱粘性。當(dāng)我們把油和水倒在同一斜度的平面上，發(fā)現(xiàn)水的流動速度比油要快的多，這是因?yàn)橛偷恼硿源笥谒恼硿浴Ａ黧w的粘性大小用動力粘性系數(shù)(粘度)U表示,單位為帕?秒(Pa?s)。而動力粘性系數(shù)卩值越大,流體的粘性越大。而動力粘性系數(shù)卩又隨不同流體及溫度和壓力而變化。通常粘性系數(shù)與壓力的關(guān)系不大,在多數(shù)情況下可以忽略壓力對液體粘性系數(shù)的影響。流體的粘性系數(shù)與溫度的關(guān)系已被大量的實(shí)驗(yàn)所證明。即液體的粘性系數(shù)隨溫度的增加而下降,氣體的粘性系數(shù)隨溫度而增加。這種截然相反的結(jié)果可用液體的微觀結(jié)構(gòu)去闡明。流體間摩擦的原因是分子間的內(nèi)聚力、分子和壁面的附著力及分子不規(guī)則的熱運(yùn)動而引起的動量交換，使部分機(jī)械能變?yōu)闊崮堋＿@幾種原因?qū)σ后w與氣體的影響是不同的。因?yàn)橐后w分子間距增大，內(nèi)聚力顯著下降。而液體分子動量交換的增加又不足以補(bǔ)償，故其粘性系數(shù)下降。對于氣體則恰恰相反，其分子熱運(yùn)動對粘滯性的影響居主導(dǎo)地位，當(dāng)溫度增加時分子熱運(yùn)動更為頻繁，故氣體粘性系數(shù)隨溫度而增加。另外，在我們研究流體運(yùn)動規(guī)律的時候，P和卩經(jīng)常是以u/p的形式相伴出現(xiàn)，這是為了實(shí)用方便，就把u/p叫做運(yùn)動粘性系數(shù)，用符號U表示。???????????????????????????????u=u/p(m2/s)?????????

?????????????????(1-7)5．比容比容是單位重量的流體占有的容積，它是定量流體容積大小的狀態(tài)參數(shù)。它與重度的關(guān)系為：?????????????Y ? u=1??????????????????????????????????????????????????（1-8）氣體的比容隨溫度和壓力變化。6．空氣狀態(tài)變化（理想氣體狀態(tài)方程）理想氣體指一種假想的氣體，它的質(zhì)點(diǎn)是不占有容積的質(zhì)點(diǎn)；分子之間沒有內(nèi)聚力。雖然自然界中不存在真正的理想氣體，但是為了研究流體的客觀規(guī)律，從復(fù)雜的現(xiàn)象中抓住主要環(huán)節(jié)而忽略某些枝節(jié)，在工程應(yīng)用所要求的精度內(nèi)，使問題合理化，不至于引起太大的誤差。就此意義來講引出理想氣體的概念是十分重要的。在研究通風(fēng)除塵與氣力輸送時，完全可以引用理想氣體的定律?？諝庠趬毫或溫度T變化時能改變自身的體積V,具有顯著的壓縮性和膨脹性,因此,當(dāng)溫度、壓力變化時氣體的密度P也隨之變化。它們之間的關(guān)系,服從于理想氣體狀態(tài)方程。即：??????????????????????????????（1-9）或：?????PV=KT???????????????????????????????????????????????（1-10）?卩=巴由Q帶入上式得：對于單位質(zhì)量的氣體：?????????????RT?????????????????????????????????????????????????(1-11)氣體狀態(tài)方程中的R稱為氣體狀態(tài)常數(shù)，與氣體狀態(tài)無關(guān)。在通風(fēng)工程領(lǐng)域，R=288.4牛?米/千克?開(N?m/kg?K)。1.1.2與空氣流動的有關(guān)概念空氣是一種流體，其流動規(guī)律遵循流體力學(xué)的一般規(guī)律。在介紹反映流體流動規(guī)律的流體力學(xué)基本方程之前，先介紹一些有關(guān)的流動的基本概念。充滿運(yùn)動流體的空間稱為流場。用以表示流體運(yùn)動規(guī)律的一切物理統(tǒng)稱為運(yùn)動參數(shù)，如速度V、加速度a、密度P、壓力P和粘性力F等。流體運(yùn)動規(guī)律，就是在流場中流體的運(yùn)動參數(shù)隨時間及空間位置的分布和連續(xù)變化的規(guī)律。1．穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流如果流場中各點(diǎn)上流體的運(yùn)動參數(shù)不隨時間而變化，這種流動就稱為穩(wěn)定流。如果運(yùn)動參數(shù)不隨時間而變化，這種流動就稱為非穩(wěn)定流。對于穩(wěn)定流：du????????ar0???????????????????????????????????????????（1-12）對于非穩(wěn)定流：????????du????????ar0???????????????????????????????????????????（1-12）對于非穩(wěn)定流：?????????????????????????????????????????????（1-13）上述兩種流動可用流體經(jīng)過容器壁上的小孔泄流來說明（如圖1-3）。圖1-3（a）表明：容器內(nèi)有充水和溢流裝置來保持水位恒定，流體經(jīng)孔口的流速及壓力不隨時間變化而變化，流出的形狀為一不變的射流，這就是穩(wěn)定流。圖l-3(b)表明:由于沒有一定的裝置來保持容器中水位恒定，當(dāng)孔口泄流時水位將漸漸下降。因此，其速度及壓力都將隨時間而變化，流出的形狀也將是隨時間不同而改變的流，這就是屬于非穩(wěn)定流在通風(fēng)除塵網(wǎng)路中，如果網(wǎng)路阻力不變，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，則空氣的流動可視為穩(wěn)定流動。在氣力輸送網(wǎng)路中，如果提升管的輸送量不變，管內(nèi)空氣流動也可以視為穩(wěn)定流動。2．跡線與流線（1）跡線流場中流體質(zhì)點(diǎn)在一段時間內(nèi)運(yùn)動的軌跡稱為跡線。（2）流線流場中某一瞬時的一條空間曲線，在該線上各點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)所具有的速度方向與該點(diǎn)的切線方向重合。3．流管與流束（1）流管流場中畫一條封閉的曲線。經(jīng)過曲線的每一點(diǎn)作流線由這些流線所圍成的管子稱為流管。非穩(wěn)定流時流管形狀隨時間變化；穩(wěn)定流時流管不隨時間而變化。由于流管的表面由流線所組成，根據(jù)流線的定義流體不能穿出或穿入流體的表面。這樣流管就好像剛體管壁一樣，把流體運(yùn)動局限于流管之內(nèi)或流管之外。故在穩(wěn)定流時，流管就像真實(shí)管子一樣。如圖1-4。2）流束充滿在流管中的運(yùn)動流體（即流管內(nèi)流線的總體）稱為流束。斷面無限小的流束稱為微小流束（dA）。如圖1-5。圖1-5（3）總流無數(shù)微小流束的總和稱為總流（A），如水管及風(fēng)管中水流和氣流的總體。4．有效斷面、流量與平均流速（1）有效斷面與微小流束或總流各流線相垂直的橫斷面，稱為有效斷面，用dA或A表示，在一般情況下，流線中各點(diǎn)流線為曲線時，有效斷面為曲面形狀。在流線趨于平行直線的情況下，有效斷面為平面斷面。因此，在實(shí)際運(yùn)用上對于流線呈平行直線的情況下，有效斷面可以定義為：與流體運(yùn)動方向垂直的橫斷面。如圖1-6。圖1-6（2）流量單位時間內(nèi)流體流經(jīng)有效斷面的流體量稱為流量。流量通常用流體的體積、質(zhì)量或重量來表示，相應(yīng)地稱為體積流量Q、質(zhì)量流量M和重量流量G來表示。它們之間的關(guān)系為：?????????G=Y?Q(N/s)?????????????????????????????????????????????????(1-14)?M=Y/g?Q=P?Q(Kg/s)?????????????????????????????????????????(1-15)?????Q=G/Y=M/ P(m3/s)???????????????????????????????????????????(1-16)對于微小流束，體積流量dQ應(yīng)等于流速v與其微小有效斷面面積dA之乘積，即：dQ=v?dA對于總流而言，體積流量Q則是微小流束流量Q對總流有效斷面面積A的積分。即：????Q=\v-dA???????????????????????????????????????????????????(1-17)平均流速V由于流體有粘性，任一有效斷面上各點(diǎn)速度大小不等。由實(shí)驗(yàn)可知，總流在有效斷面上速度分布呈曲線圖形，邊界處u為零,管軸處u為最大。假設(shè)流體流動在有效斷面上以某一均勻速度V分布，同時其體積流量則等于以實(shí)際流速流過這個有效斷面的流體體積，即：??????????VA=jv-?????????????????????????????????????????????（1-18）根據(jù)這一流量相等原則確定的均勻流速，就稱為斷面平均流速。工程上所指的管道中的平均流速，就是這個斷面上的平均流速V。平均流速就是指流量與有效斷面面積的比值。［例題］通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為2000米3/秒。若風(fēng)管直徑d內(nèi)=200毫米。試計(jì)算流體的平均流速，并將體積流量換算成質(zhì)量流量忽然重量流量。（空氣P=1.2kg/m3）解：（1）計(jì)算平均流速2）計(jì)算重量流量：=Py-^Q=1.2x9.31^2000=23544（N/h）=6.54（N/s）（3）計(jì)算質(zhì)量流量M=pQ=1.2x2000=240=0.67（千克/秒）??????5．空氣流動時的壓力??????我們知道，流體流動是因存在壓力差而產(chǎn)生的。壓力的實(shí)質(zhì)，根據(jù)分子熱運(yùn)動原理，表示著空氣單位體積內(nèi)所具有的能量大小。例如有壓力為1千克／米2、體積為1米2的空氣被壓縮在一個密閉容器內(nèi)，當(dāng)它從容器排出時（假定沒有?能量損失），就能完成1米3X1千克/米2=1千克?米的功。壓縮的壓力越大，所完成的功就越多。???當(dāng)空氣在管道中流動時，存在兩種壓力，即靜壓力和動壓力?？諝忪o壓力與動壓力的和稱為空氣的全壓力。（1）靜壓力。靜壓力是使空氣收縮或膨脹的壓力，它在管道中對各個方向均起相等的作用。它可以比大氣壓力大（稱為正壓），也可以比大氣壓力?。ǚQ為負(fù)壓）。這—可以用一根具有彈性的風(fēng)管來做試驗(yàn)。當(dāng)管內(nèi)壓力為負(fù)壓時我們可以看到風(fēng)管有收縮現(xiàn)象；當(dāng)管內(nèi)壓力為正壓時，戢們可以看到風(fēng)管有膨脹現(xiàn)象。靜壓力用符號H靜表示。（2）動壓力。動壓力是反映空空氣流動現(xiàn)象的壓力，它只是在空氣的前進(jìn)方向起作用，并且永遠(yuǎn)為正值。動壓力用符號H動表示。（3）全壓力。空氣的靜壓力與動壓力的和稱為全壓力，用符號H全表示:全???????????H全=H+H靜???????????????動????????????????

???????????????（1-19）???全壓力代表著空氣在管道中流動時的全部能量。靜壓力有正負(fù)之分，全壓力也有正負(fù)之分。在吸氣管道中全壓力為負(fù)值，在壓氣管道中全壓力為正值。而靜止空氣的靜壓力就是空氣的全壓力。（4）動壓力與風(fēng)速的關(guān)系。動壓力既然只在空氣流動時才表現(xiàn)出來，所以動壓力表示著流動空氣所具有的動能，它必然與空氣流動時的速度有關(guān)。根據(jù)動能原理設(shè)有一質(zhì)量為m速度為u的空氣在管道中流動，則其動能E為：因?yàn)閙=Pv，所以童二討

壓力是空氣單位體積所具有的能量，上式兩邊各除以V得：再將P二Y/g代入上式。得：??????????H二厶2妁2g??????????????????????????????????????????????????(1-20)式中：u——空氣流動的速度(米／秒)?????g—重力加速度，取9.81米／秒2????P 空氣密度，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取1.2千克／米3從公式中可以看到，知道了空氣流動時的動壓力，就可以算出它的速度，反過來，知道了空氣流動時的速度，也可以算出它相應(yīng)的動壓力。1．2空氣在管道中流動時的基本方程1.2.1連續(xù)性方程因?yàn)榱黧w是連續(xù)的介質(zhì)，所以在研究流體流動時，同樣認(rèn)為流體是連續(xù)地充滿它所占據(jù)的空間，這就是流體運(yùn)動的連續(xù)性條件。因此，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對于空間固定的封閉曲面，非穩(wěn)定流時流入的流體質(zhì)量與流出的流體質(zhì)量之差，應(yīng)等于封閉曲面內(nèi)流體質(zhì)量的變化量。穩(wěn)定流時流入的流體質(zhì)量必然等于流出的流體的質(zhì)量，如圖1-7所示。這結(jié)論以數(shù)學(xué)形式表達(dá)，就是連續(xù)性方程。M=M12上式說明了流體在穩(wěn)定流動時，沿流程的質(zhì)量流量保持不變，為一常數(shù)。對不可壓縮流體，P為常數(shù)，則公式可簡化為：???????????????Q=Q??????????12?????????????????????????????????????????（1-18）????????????V1A=VA???????????122?????????????????????????????????????（1-19）???????????V/1V=A/A??????????221?????????????????????????????????????（1-20）上式為在流體穩(wěn)定流時總流的連續(xù)性方程。它說明流體在穩(wěn)定流動時，沿流程體積流量為一常值，各有效斷面平均流速與有效斷面面積成反比，即斷面大處流速小，斷面小處流速大。這是不可壓縮流體運(yùn)動的一個基本規(guī)律。所以，只要總流的流量已知，或任一斷面的平均流速和斷面積已知，其它各個斷面的平均流速即可用連續(xù)性方程計(jì)算出來。［例題］如圖所示的通風(fēng)管道，dl=100毫米，d2=150毫米，d3=200毫米，（1）當(dāng)風(fēng)量為700米3時，求各管道的平均風(fēng)速。（2）當(dāng)風(fēng)量增大到1000米3時，求平均流速如何變化。（P—常數(shù)）圖1-8解：（1）根據(jù)連續(xù)性方程VA=VA=VA=Q1 1 2 2 3 3700V1=7T-xO.12V1=7T-xO.124.8(m/s)700360Q_700360Q_型扌El字=11(m/s)=6.2(m/s)（2）各斷面流速比例保持不變，風(fēng)量增大到期1000米3/時，即流量增10大倍，則〒各管流10速也增加〒倍，即:4（m/s）=nx!2=15.7(m/s)6.2x10=8.86(m/s)4（m/s）=nx!2=15.7(m/s)6.2x10=8.86(m/s)1.2.2空氣流動的能量方程（伯努利方程）連續(xù)性方程表明，當(dāng)空氣在管道內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動時，其速度將隨著截面積的變化而變化。通過實(shí)驗(yàn)還可以觀察到，其靜壓力也將隨著截面積的變化而變化。截面大的地方流速小，壓力大，截面小的地方流速大，壓力小但這一現(xiàn)象并不表明靜壓力與速度在數(shù)值上成反比關(guān)系，它只是反映了靜壓力與動壓力在能量上的相互轉(zhuǎn)換。為了得到這種能量轉(zhuǎn)換的定量關(guān)系，可作以下分析如圖1-所示。一根兩端處于不同高度的變徑管，理想流體（忽略粘性的流體）在管道內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動，在管道中任取1—2流體段。在很短的時間內(nèi)，1—2流體運(yùn)動到了1'一2’位置。圖1-9理想流體從1一2流到1’一2’時，在1’一2’段內(nèi)的流體情況沒有發(fā)生變化。因此，在這個流動過程中所發(fā)生的變化只是把1—1’這段流體移到了2—2’的位置。由于這兩段流體的速度和所處的高度不同。它們的動能和勢能也就不等。假設(shè)1—1’和2—2’處的總機(jī)械能分別為E和E，12則：E=1/2mv2+mgz111E2=1/2mv22+mgz2能量的增量：E=E2-E1=(1/2mv22+mgz2)-(1/2mv12+mgz1)理想流體流動時沒有流動阻力，因而也沒有能量損耗，流體流動時能量的增量就等于外力所做的功W,即厶E二W。所以：P1V-P2V=(1/2mv22+mgz2)-(1/2mv12+mgz1)即：P1V+1/2mv12+mgz1=P2V+1/2mv22+mgz2管道中截面A1,A2是可任意選取的,因此,對于任意一個截面均有：PV+1/2mv2+mgz=常數(shù)式中：PV是體積為V的流體所具有的靜壓能。上式是伯努利于1738年首先提出的，故稱伯努利方程。它是流體力學(xué)中重要的基本方程式，該方程式表明了一個重要的結(jié)論：理想流體在穩(wěn)態(tài)流動過程中，其動能、位能、靜壓力之和為一常數(shù)，也就是說三者之間只會相互轉(zhuǎn)換，而總能量保持不變。該方程通常稱為理想流體在穩(wěn)態(tài)流動時的能量守恒定律或能量方程。當(dāng)空氣作為不可壓縮理想流體處理時，則也服從這個規(guī)律。由于空氣的P值都很小，位能項(xiàng)與其它二項(xiàng)相比則可忽略不計(jì)。因此，對于空氣的能量方程可寫成：PV+l/2mv2二常數(shù)方程兩邊同時除以V,則得：P+1/2PV2二常數(shù)式中：P—空氣的靜壓力；1/2Pv2—空氣的動壓力。方程右邊的常數(shù)便代表了空氣流動時的全壓力。若以符號H全、H靜、H動表示，則有：H=H+H=常數(shù)全靜動上式所表明的靜壓力和動壓力之間的關(guān)系與前述實(shí)驗(yàn)結(jié)論完全相符。當(dāng)空氣在沒有支管的管道中流動時，對于任意兩個截面，根據(jù)上式，以相對壓力表示的伯努利方程可寫成：H+H=H+H靜1動1靜2

動2應(yīng)用以上伯努利方程時，必須滿足以下條件：不可壓縮理想流體在管道內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動；流動系統(tǒng)中，在所討論的二個截面間沒有能量加入或輸出；在列方程的兩截面間沿程流量不變，即沒有支管；截面上速度均勻，流體處于均勻流段。在速度發(fā)生急變的截面上，不能應(yīng)用該方程。以上所討論的伯努利方程，表明的是理想流體作穩(wěn)態(tài)流動時的規(guī)律，也即認(rèn)為是沒有能量損耗的。但是實(shí)際上空氣是有粘性的，流動時將由于流體的內(nèi)摩擦作用而產(chǎn)生能量損失，若空氣由1—2段流動至1，—2，段時的能量損耗用H損1-2表示，根據(jù)能量守恒定律，則應(yīng)有H+H=H+H靜1動1靜2+H動2損1-2或：H二H+H全1全2損1-2這種能量損失表現(xiàn)為壓力的變化，也叫壓力損失由公式可得，風(fēng)管內(nèi)任意兩截面間的壓力損失等于該兩截面處的全壓力之差，即：H=H－H損1-2全1全2對于等截面的風(fēng)管，由于管內(nèi)空氣的流速到處相等，即任意截面處的動壓力H動相等。根據(jù)公式，任意兩截面間的壓力損失則應(yīng)等于該兩截面處的靜壓力之差，即：H=H－H損1-2靜1靜2若將U形壓力計(jì)的兩端分別與截面1、2處的測壓口相連，則U形壓力計(jì)中指示液的高度差就是空氣流過該段風(fēng)管所產(chǎn)生的壓力差，即損失的能量當(dāng)有外功加入系統(tǒng)時，例如在包括通風(fēng)機(jī)在內(nèi)的通風(fēng)管道的兩截面間列能量守恒方程，此時，應(yīng)將輸入的單位能量項(xiàng)H風(fēng)機(jī)加在方程的左方：H+H+H=H靜1動1風(fēng)機(jī)+H+H靜2動2損1-2式中：H風(fēng)機(jī)一通風(fēng)機(jī)供給的能量；H損1-2—兩截面間的能量損失。［例題］風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)管直徑為100毫米。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，空氣通過進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入風(fēng)機(jī)。在喇叭型進(jìn)口處測得水柱上升高度h0=12毫米（如圖）?？諝庵囟?11.8牛/米3。如不考慮流動損失，求進(jìn)入風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。圖1-10解：取1-1及2-2斷面，列出兩斷面能量方程以大氣壓力為基準(zhǔn)，則式中P1=0，由于1-1斷面遠(yuǎn)大于進(jìn)風(fēng)管斷面，可近似地取V1=0，P2=-12毫米水柱=-118牛/米2,V2二，因不計(jì)損失，則^Zl-2=0。將以上各值代入上式則得^=72x9.81x10=14(m/s)g=v^=14x^xO.l2=0.1lm/s=395.8(m3")1.3流動阻力和能量損失實(shí)際流體具有粘性，在流動時就存在阻力。流體在流動過程中因克服阻力而做功，使它的一部分機(jī)械能不可逆地轉(zhuǎn)化為熱能，從而形成能量損失。在應(yīng)用能量方程解決有關(guān)流體流動問題時，首先，必須解決能量損失的計(jì)算問題。1.3.1能量損失的兩種形式與計(jì)算為了便于分析和計(jì)算，根據(jù)流體流動的邊壁是否沿流程變化，把能量損失分為兩類：沿程損失和局部損失。1．沿程阻力和沿程損失在邊壁沿程不變的管段上（如圖1-）中的ab、bc和cd段，流速基本上是沿程不變的，流動阻力只有沿程不變的切應(yīng)力，稱為沿程阻力。克服沿程阻力引起的能量損失，稱為沿程損失，用h（或H）ff表示。圖中的hfab、hfbc和hfcd就是ab段和bc段及cd段的沿程損失。它們分布在各個管段的全程上，并與管段的長度成正比。圖1-112．局部阻力和局部損失在邊界急劇變化的區(qū)域，由于出現(xiàn)了漩渦區(qū)和速度分布的變化，流動阻力大大增加，形成比較集中的能量損失。這種阻力稱為局部阻力，相應(yīng)的能量損失稱為局部損失，用hj（或Hj）表示。（見上圖）在管道的進(jìn)口變徑管和閥門等處，都會產(chǎn)生局部阻力。h、h、hjajbjc就是相應(yīng)的局部損失。局部阻力一般可分為兩類：①流向改變圖1-12在一定管件中流速大小不變而流向改變時所產(chǎn)生的局部阻力。如流體流經(jīng)彎頭時所引起的能量損失。②流速改變方向由于流速大小改變所產(chǎn)生的阻力。往往是由于管道幾何條件變化，使得流體速度的分布改變，流體微團(tuán)撞擊，造成主流與漩渦的質(zhì)量交換所致。其根本原因當(dāng)然是由于流體的粘性。這一類如三通擴(kuò)大管。????????????????????????????????圖1-13由此看出，整個管路的能量損失等于各管段的沿程損失和所有局部損失的總和，即：h二工h+》hLfj3．能量損失的計(jì)算公式（1）沿程阻力和沿程損失的計(jì)算公式目前，還不可能用純理論的方法來解決能量損失計(jì)算的全部問題。主要是根據(jù)工程上長期大量的實(shí)踐總結(jié)，采用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：式中：Hf??????說明：試驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)研究和解決工程實(shí)際問題的有效手段。流體流動由于受影響因素十分復(fù)雜，關(guān)于沿程阻力與沿程損失，目前還不能從理論上明確其大小。試驗(yàn)觀察表明沿程損失hf與流經(jīng)管道的長度L成正比，與流體流動速度V有關(guān)。此外，把沿程損失寫成流速的動壓倍數(shù)的形式，在列能量方程時，可以把它和動壓合并成一項(xiàng)，以便于計(jì)算。對于公式中的無因次系數(shù)入，必須借助于分析一些典型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用經(jīng)驗(yàn)的或半經(jīng)驗(yàn)的方法求得。這樣，公式中沒有直接給出的其它影響能量損失的因素，就可以包含在這阻力系數(shù)入中，使計(jì)算結(jié)果和工程實(shí)際一致。（2）局部阻力和局部損失的計(jì)算公式局部阻力形式繁多，為了確定局部阻力的一般表達(dá)式，我們先從具有代表性的突然擴(kuò)大圓管進(jìn)行研究。如圖1-所示。這種局部阻力可以進(jìn)行理論推導(dǎo)，其局部阻力為：即：將Fv=Fv；即1122v=F/Fv代入上2121式；稱g為局部阻力系數(shù)，則有：圖1-14從上式可見，突然擴(kuò)大的局部阻力損失H等于局部阻j力系數(shù)g與動壓H動的乘積。??????對于其它類型局部構(gòu)件的阻力損失一般無法進(jìn)行精確的理論計(jì)算，但我們可從突然擴(kuò)大圓管所推導(dǎo)的公式結(jié)果得到啟示。從定性上分析由于引起局部阻力損失的原因是一致的，即流速的變化均伴隨渦流的產(chǎn)生。因此可以用同一形式來表達(dá)，只是局部阻力系數(shù)不同而已，因此，確定任何局部阻力損失的普遍公式，可以寫成：式中的局部阻力系數(shù)g,取決于局部阻力構(gòu)件的幾何形狀,通過實(shí)驗(yàn)來確定。實(shí)驗(yàn)證明通常情況下，g不因流動參數(shù)而異,它保持定值。局部阻力損失是集中產(chǎn)生的,常常可以通過改變管道的幾何形狀使之減弱或加強(qiáng)。減小局部阻力的途徑是避免產(chǎn)生渦流區(qū)和質(zhì)點(diǎn)的撞擊，例如在管道的彎曲處設(shè)置導(dǎo)流板、減少管道的擴(kuò)散角等，以求局部阻力損失的減少。式中：L—管長［米］;d—管徑［米］V—斷面平均流速［米/秒］;入一沿程阻力系數(shù)（無因次參數(shù)）；Z—局部阻力系數(shù)（無因次參數(shù)）。1.3.2層流、紊流和雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)表明，沿程損失的規(guī)律與流動狀態(tài)密切相關(guān)。1883，英國物理學(xué)家雷諾科學(xué)家通過大量實(shí)驗(yàn)研究后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際流體運(yùn)動存在著兩種不同的狀態(tài)，即層流和紊流。這兩種流動狀態(tài)的沿程損失規(guī)律大不相同。1．雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)的裝置（如圖）所示。圖1-15實(shí)驗(yàn)程序是：利用溢水管A保持水箱B中的水位恒定。開始時，先稍微開啟試驗(yàn)管段T上的調(diào)節(jié)閥門K,則有液體沿T管流動，并流入末端的容器D內(nèi)。再開啟顏色液體杯E的小閥門P,使有顏色的液體經(jīng)嗽叭口C流入T管中,與無色液體一起流動。當(dāng)K閥門開度較小,即T管中流速很小時,有色液體在T管中呈現(xiàn)出一條沿管軸運(yùn)動的流束,它并不與液體流束相混雜,（見圖1-）。這就表明T管中液體沿管軸方向流動時,流束之間或流體層與層之間彼此不相混雜,質(zhì)點(diǎn)沒有徑向的運(yùn)動，都保持各自的流線運(yùn)動。這種流動狀態(tài)，稱為層流運(yùn)動。繼續(xù)開大閥門K,即T管中流速增大，當(dāng)T管中平均流速達(dá)到某一臨界值時,有色液體流束發(fā)生動蕩、分散個別地方出現(xiàn)中斷,此即為過渡狀態(tài),如圖1-所示。這時再稍開大閥門K即T管中流速再稍增加,或有其它外部干擾振動,則有色液體將破裂、混雜成為一種紊亂狀態(tài)。這說明有色及無色液體它們既有軸向運(yùn)動又有瞬息變化的徑向運(yùn)動。有色液體質(zhì)點(diǎn)布滿T管中，表明液體質(zhì)點(diǎn)有大量的交換混雜，破壞了直線運(yùn)動。這種運(yùn)動狀態(tài)，稱為紊流運(yùn)動，反之，將閥門K逐漸關(guān)小，即T管中流速逐漸減小，液體流動將由紊流狀態(tài)，經(jīng)過另一個流速的臨界值，才能恢復(fù)到層流狀態(tài)。圖1-162．雷諾數(shù)及其臨界值雷諾從上述的一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)臨界速度是隨流體物理性質(zhì)（p、U）及管徑d的改變而改變的，也就是說，VK是p、u及d的函數(shù)。雷諾和其它學(xué)者的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，若這四個物理量寫成無因次數(shù)：??????當(dāng)動是紊流；動是層流。實(shí)驗(yàn)同時表明：若雷諾數(shù)在13800>Re>2320范圍內(nèi)，其流動可能是紊流，也可能是層流，通常稱這一區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)。但層流在這個區(qū)域內(nèi)很不穩(wěn)定，外界稍有干擾立刻就轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。因此，在工程上一般把這個區(qū)域當(dāng)作紊流來處理。所以在流體力學(xué)中以低臨界雷諾數(shù)，作為判定管中流動狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，即??????????????????????????????應(yīng)該指出，上面討論是圓管中的流動狀態(tài)，因而管徑d是管道的特征尺寸。對于研究非圓形斷面或在流體中運(yùn)動的物體時，式中的d應(yīng)以其相應(yīng)的特征尺寸代替。能夠綜合反映斷面水力特性的量是水力半徑R；它被定義為其中A為有效斷面面積（米2）°X稱為濕周（米），指在有效斷面A上,流體與固體邊界的接觸長度,下圖為幾種濕周的例子。不同斷面面積和濕周的各種斷面將給流體流動影響不同。圖1-17按定義,對于圓形管道,其水力半徑R為：R=l/4nd2/nd=d/4或?qū)懗桑篸=4R可見，圓管水力半徑的4倍剛好等于圓管直徑。因此根據(jù)這一概念，對任意形狀斷面的流道，均可將其水力半徑的4倍作為斷面特征尺寸，稱為該斷面的水力學(xué)直徑或當(dāng)量直徑，并以d表示，即當(dāng)d=4R=d。當(dāng)在通風(fēng)工程中，除圓斷面管道外，常見還有矩形斷面管道，其相應(yīng)的d當(dāng)為：d=4R=4ab/2當(dāng)（a+b）=2ab/（a+b）引進(jìn)了當(dāng)量直徑d當(dāng)，對于非圓形截面管道的流體流動，其雷諾數(shù)為Re=vd當(dāng)/u判定流動狀態(tài)的臨界雷諾數(shù)仍為2320。從雷諾實(shí)驗(yàn)中所觀察到的層流和紊流現(xiàn)象，是一切流體運(yùn)動時的基本現(xiàn)象。1.3.3單位摩阻R及沿程阻力的計(jì)算每米長管道所具有的沿程阻力損失稱為單位摩阻，以R表示。1．圓管的沿程阻力對于每米長的圓管，由公式1-可以得出其單位摩阻為：R二入/d?H動則：??????????????????????????H=R?Lf圓管的單位摩阻R的數(shù)值可以查附錄表計(jì)算。表中列出了各種管徑在不同風(fēng)速下的風(fēng)量和直長圓管的空氣管道所具有的單位摩阻數(shù)據(jù)，表中頂頭橫行列出了管徑，左起第二豎行為風(fēng)速，第一豎行為對應(yīng)風(fēng)速下的動壓，右邊橫行中之上行均為對應(yīng)流量，下行為單位摩阻數(shù)值。2．矩形直長管道的沿程阻力求矩形管道中的摩擦阻力時，最方便的方法是利用當(dāng)量直徑來計(jì)算。即根據(jù)流速v和流速當(dāng)量直徑d當(dāng)可查附錄表（）直接求出單位摩阻R,上述數(shù)字均可通過查表取得。1.3.4局部阻力的計(jì)算空氣在管道中流動時，局部阻力在總壓力損失中占有極重要的地位。必須仔細(xì)計(jì)算。1．局部阻力的分類按照產(chǎn)生阻力的方式不同，局部阻力一般可分為兩類：（1）流動方向改變引起的流動阻力圖1-18在一定管件中流速大小不變而流向改變時所產(chǎn)生的局部阻力。如流體流經(jīng)彎頭時所引起的能量損失。（2）流動大小改變方向引起的流動阻力由于流速大小改變所產(chǎn)生的阻力。往往是由于管道幾何條件變化，使得流體速度的分布改變，流體微團(tuán)撞擊，造成主流與漩渦的質(zhì)量交換所致。其根本原因當(dāng)然是由于流體的粘性。這一類如三通擴(kuò)大管等等。????????????????????????????????局部阻力形式繁多，只能就其有代表性的進(jìn)行研究與計(jì)算。2．常用管件及其局部阻力常用的管件有彎頭、三通、漸縮管、漸擴(kuò)管等異形管件和插板閥、蝶閥及各類風(fēng)帽等。而且，它們局部阻力系數(shù)各不相同。（1）彎頭圓彎頭的規(guī)格如圖所示。圖1-20圖中：①D——彎頭的直徑（毫米）；a——彎頭的轉(zhuǎn)向角（度）R——彎頭的曲率半徑，通常以管徑D的倍數(shù)來表示。彎頭的曲率半徑越大，則它的阻力越小，但彎頭的耗用材料和所占地位也隨之增加，為此要同時考慮這兩方面利弊。在通風(fēng)除塵風(fēng)網(wǎng)中，彎頭的曲率半徑R可在（1-2）D的范圍內(nèi)選擇。在氣力輸送裝置中，彎頭的曲率半徑R在（6T0）D為宜，以降低阻力損失并減少摩耗。彎頭的節(jié)數(shù)不宜過多，一般每節(jié)不大于（15-180），但D或R較大時，節(jié)數(shù)需適當(dāng)增多。計(jì)算彎頭局部阻力，其計(jì)算公式仍為：式中g(shù)即彎頭的局部阻力系數(shù)，它與R，a有關(guān)。在附錄中列出了各種圓形彎頭的阻力系數(shù)數(shù)值。正方形、矩形截面的彎頭阻力系數(shù)等于同規(guī)格（R和a相同）圓形截面彎頭的阻力系數(shù)乘以相應(yīng)的修正系數(shù)C。［例題］（2）三通三通是匯合和分開氣流的一種管件。三通的規(guī)格包括三通的直管直徑D、支管直徑D、直支總管直徑總以及D支管和直管的中心夾角a。如圖所示:圖1-21對空氣而言，匯合氣流的三通稱吸氣三通，分開氣流的三通稱壓氣三通，根據(jù)管網(wǎng)的需要，常用中心夾角為300-450的三通。三通的阻力取決于兩股氣流合并的角度a及直流與支流的直徑比(D/D)、直支支流與直流的速度比(V/V)。支直因?yàn)槿ńY(jié)構(gòu)由直管和支管兩部分組成，因此三通的管的局部阻力計(jì)算公式為：H=g?H直直 動直H=g?H支支 動支式中：g、g直支——對應(yīng)的直管和支管的阻力系數(shù)；?H、H——動直動支對應(yīng)的直管和支管的動壓。若三通的阻力系數(shù)為負(fù)數(shù)時，表示氣流在該支流不僅沒有消耗能量，反而增加了能量。［例題］（3）匯集管在工程上，常遇到多點(diǎn)進(jìn)風(fēng)且吸風(fēng)量相同、進(jìn)風(fēng)口距離相等的較長圓錐形匯集管的阻力計(jì)算，可近似按照下列公式計(jì)算：H=2RL［千克/大米2］式中：R大――按大匯集管大頭直徑和流量計(jì)算的單位摩阻；L――圓錐形管的長度。圖附錄還列出了各種收縮管、出口擴(kuò)散管、插板閥、蝶閥、風(fēng)帽等局部管件的阻力系數(shù)，計(jì)算方法均與上述方法相同。1.4管路中的壓力、速度和流量的測量為了檢查通風(fēng)或氣力輸送管路中的運(yùn)轉(zhuǎn)操作狀態(tài)，校核系統(tǒng)中各個部分的阻力以及進(jìn)行必要的調(diào)整，常需測定管路中的氣流壓力、速度以及流量。因此，了解和正確地使用各種常用測量儀器是十分重要的。1.4.1常用測量儀器及其使用1．U形管液柱壓力計(jì)圖1-22U形管液柱壓力計(jì)又稱U形壓力計(jì),它的結(jié)構(gòu)比較簡單（如圖）。它是用一根固定在底板上的彎成U形的玻璃管所構(gòu)成。二玻璃管的頂端均開口,玻管內(nèi)裝有根據(jù)測壓范圍選取的指示液體,玻管內(nèi)徑均勻，通常為5毫米。底板上設(shè)有刻度標(biāo)尺，用于讀取玻管中指示液所處的位置。為了讀數(shù)方便標(biāo)尺的零點(diǎn)通常置于中間，分別讀取U形管二側(cè)指示液所在的刻度，相加后即可得到二側(cè)液柱的高度差。使用時，U形玻璃管應(yīng)垂直放置，兩管中指示液體置于刻度零點(diǎn)。若需測量管道中某點(diǎn)的表壓時，只需將U形管的一端用軟管與測壓點(diǎn)處的測壓管相接，另一端由于與大氣相通，所以讀取的兩側(cè)液柱差人‘即為管道內(nèi)相h對于大氣壓力的表壓值。如指示液為水，測得的高度以毫米計(jì)，則所示壓力單位即為常用的毫米水柱，如指示液為其它液體，則應(yīng)根據(jù)指示液的P值，由P=Pgh計(jì)算。若要測量氣流流經(jīng)一段等直徑管道時的壓降，只需將U形管的二端分別與該段管道兩端的測壓口相連，U形管兩側(cè)的液柱差即為兩個測壓點(diǎn)之間的壓力差。若和畢托管配合使用，將U形管的一端與畢托管的任一測壓口相連，另一端與大氣相通則可分別測得靜壓和全壓值，并可據(jù)此算得氣流速度。U形壓力計(jì)的測壓范圍很廣，但其誤差較大，可達(dá)±0.5毫米水柱左右，用它測量小于15-20毫米水柱的壓力時往往不夠準(zhǔn)確。2．單管壓力計(jì)圖1-23單管壓力計(jì)又稱杯柱壓力計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖所示。壓力有一盛放指示液的杯形容器，容器一側(cè)與直長細(xì)玻璃管相通。使用時，如測量正壓可用軟管將容器頂端小管與測壓口相連。如測得的是負(fù)壓，則使直長玻璃管與測壓口相連，另一端則通大氣。當(dāng)容器內(nèi)的液體表面隨壓力時，玻璃管內(nèi)的液柱上升，上升高度h可從玻璃管旁邊的刻度板上讀出。由于容器截面Al遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃管的截面A2,故可忽略容器液面下降hl的影響,認(rèn)為玻璃管內(nèi)指示液的高度h2~h,即為測壓點(diǎn)處的壓力P。由于壓力計(jì)的另一端敞開于大氣中，所以測得的壓力為相對于大氣壓的表壓值。單管壓力計(jì)的特點(diǎn)是只需要讀取玻璃管中的高度，因而使用方便。3．斜管壓力計(jì)斜管壓力計(jì)又稱傾斜微壓計(jì)。是一種用以測量較小壓差，精度較高的測壓儀器，結(jié)構(gòu)如圖所示。其工作原理與單管壓力計(jì)基本相同。不同的是其柱形玻璃管的角度可以調(diào)節(jié)。測量正壓時，測壓點(diǎn)與杯形容器頂端連接；測量負(fù)壓時，測壓點(diǎn)則與斜管相連。另一端通大氣傾斜玻璃管內(nèi)的液面可由玻璃管旁的標(biāo)尺讀出。圖1-24該壓力與液柱長度l之間的關(guān)系為P二Pgh=Pglsina=lk式中：P—指示液的高度；k—壓力計(jì)常數(shù)，對于既定的指示液，k是傾斜角a的函數(shù)。調(diào)節(jié)玻璃和的傾斜角a,可得不同的k值，就有不同的測量范圍。4．畢托管畢托管是一種感受和傳導(dǎo)氣流壓力的儀器。常用畢托管的結(jié)構(gòu)如圖所示，它由兩根管子套裝在一起組成，端部彎成90°。測壓時通過頭部A中間的細(xì)管感受氣流的全壓，由尾部細(xì)管C引出，在畢托管頭部D處的外管壁上，沿圓周均勻地開有4~8個小孔用以感受靜壓，由尾部細(xì)管B引出。使用時，將尾部的兩根細(xì)管通過軟管接在U形壓力計(jì)或微形壓力計(jì)的接口上，即可測得動壓值；壓力計(jì)僅與B管道相接則可測得全壓力。需要注意測量時畢托管頭部管段的方向必須與氣流方向平行，如果偏斜角達(dá)到10°時，測得的結(jié)果將有3%以上的誤差。由于測量風(fēng)速時需將畢托管插入氣流，這樣將對氣流的正常流動產(chǎn)生干擾從而影響測量精度。根據(jù)能量方程轉(zhuǎn)換原理，其影響主要來自兩個方面，一方面是氣流流經(jīng)頭部時，局部地區(qū)速度增大導(dǎo)致靜壓下降；另一方面是垂直氣流方向的桿部使用權(quán)該處氣流撞擊桿部而停滯，速度下降而導(dǎo)致靜壓增加。由于這種影響隨著離頭部頂端距離的增加互為消長，因此合理選擇畢托管靜壓感受孔的位置，可使這兩種干擾互相抵消。對于圖示的畢托管，在距離頂端約4倍于畢托管直徑處開設(shè)靜壓感受孔，即能達(dá)到上述要求。畢托管的外形有很多種，如有錐形頭、圓形頭橢圓桿、圓形桿等它們的靜壓孔開設(shè)位置各不相同，但原理相同。前已述及，畢托管和測壓計(jì)配合可分別測得靜壓、全壓和動壓。測量時的連接方法如圖所示。需要注意的是畢托管應(yīng)放置在氣流流動達(dá)到穩(wěn)定的地區(qū)，即遠(yuǎn)離彎頭三通、閥門等管件的直長風(fēng)管部分，以避免渦流對測量精度所帶來的影響。圖1-25根據(jù)測得的動壓值，由U=1/2pv2則可算得氣流的速度值。顯然，這是畢托管頭部所在位置的速度。已經(jīng)知道，流體在管道內(nèi)流動時，沿截面存在著速度分布。在同一截面上的速度實(shí)際上是不均勻的。為了得到管道內(nèi)的平均速度U,目前，常用方法是測量管中心的最大流速Umax,計(jì)算出Remax二DPUmax/u值,然后由表達(dá)式U/Umax與Remax關(guān)系的圖表查得U/Umax值,據(jù)此即可算得平均速度,乘以截面積則得流1.4.2測試方法在氣力輸送和通風(fēng)工程中，阻力流速、風(fēng)量是最基本的操作和設(shè)計(jì)參數(shù)。測量氣流流經(jīng)設(shè)備、管道時的壓差可以求得阻力。通過動壓力則可求得風(fēng)速并進(jìn)而求得風(fēng)量，這些都與測量壓力有關(guān)，因而正確掌握壓力的測量方法是十分重要的。1．選擇合適的測試截面為了測定氣流流以作業(yè)機(jī)、接料器、卸料器、變徑管、彎管或除塵器的阻力，測點(diǎn)位置應(yīng)取在緊靠這些設(shè)備的進(jìn)出口處。但氣流流經(jīng)構(gòu)件時往往會產(chǎn)生渦流，影響附近測點(diǎn)的測量精度，因而測點(diǎn)又應(yīng)離開設(shè)備足夠距離，且在直長管道部分。通常，離上游管件的距離應(yīng)大于4-5倍的管道直徑，離下游管件的距離應(yīng)大于2倍管徑。如圖所示。若風(fēng)管的直長部分較短，測點(diǎn)則應(yīng)偏近氣流下游方向的管件。圖1-262．合理確定截面上的測點(diǎn)氣流有管道截面上的速度分布是不均勻的，根據(jù)已掌握的速度分布規(guī)律，對于直長圓管道可用前述查圖的方法進(jìn)行計(jì)算。若由于測試目的和條件所限，測量截面的不同點(diǎn)上進(jìn)行測定，然后求得所測數(shù)據(jù)的平均值，截面上測點(diǎn)的位置可按等截面分環(huán)法確定。圖1-27對于圓截面管道，如圖所示，可將其劃分成幾個等面積的同心圓環(huán)，測點(diǎn)則定于等到分圓環(huán)截面的中心線與管直徑的交點(diǎn)處，令各點(diǎn)劃線相對圓心的距離為rl,管道半徑為R,圓截面積為A,則有：由圖可知：2nr2=2iR2-R2i若以管壁作為基準(zhǔn),測點(diǎn)離管壁的距離為：Y=R-i截面上劃分的圓環(huán)數(shù)愈多,所測數(shù)據(jù)平均后的結(jié)果愈接近實(shí)際值,然而也不能太多,通常可參考表所列值劃分圓環(huán)數(shù)與布點(diǎn)，為使用方便，在表中測點(diǎn)位置以yI/D列出選用。風(fēng)管直徑D（毫米）〈200200—400400—600600—800800—1000〉100010劃分環(huán)數(shù)n10測點(diǎn)位置YI/D測點(diǎn)序號234567810.250.8960.3230.3420.3560.3670.37520.670.1740.1940.2260.2500.2290.28430.0440.1050.1470.1770.2010.22140.0330.0820.1170.1470.17050.0260.0670.0990.12560.0220.0570.08670.0180.05080.016對于氣流速度呈軸對稱分布的直長風(fēng)管，第個圓環(huán)上的測點(diǎn)只需按軸對稱分布選取二點(diǎn)，如管件后直長圓管段較短，截面上氣流速度分布不再有軸對稱性，或?qū)τ诖笾睆焦艿?，每個圓環(huán)上的測點(diǎn)數(shù)可分布在互相垂直的二條直徑上，如圖中點(diǎn)1、2、3、4。3．準(zhǔn)確讀取壓力計(jì)的讀數(shù)工程實(shí)踐證明，用U形壓力計(jì)測量壓力時，即使在穩(wěn)態(tài)操作下一步，由于氣流的瞬息波動，U形管中的液柱高度通常會隨之作小幅度的上下跳動，致使讀數(shù)困難因此，使用畢托管測量全壓力、靜壓力、動壓力只用一個U形管勢必?zé)o法測得在同一瞬間的三個對應(yīng)值，而只能分別進(jìn)行測定。這樣就造成在不同瞬間測得的三個值往往不符合H全二H靜+H動這一基本規(guī)律，即使改用三個U形壓力計(jì)同時讀取6個讀數(shù)也難以滿足。若采用組合液測壓計(jì)則可測得同一瞬間的三個壓力值，有效地解決了上述困難。其結(jié)構(gòu)和使用的示意圖如圖所示。圖1-28通過雙路單向閥門分別引出由畢托管感受的H全和H靜，然后應(yīng)用兩個三通按圖示接法，使壓力分別傳感至二根單管壓力計(jì)以及一根斜管壓力計(jì)上。單管壓力計(jì)上分別顯示靜壓力、全壓力的數(shù)值，斜管壓力計(jì)則顯示動壓力值。當(dāng)壓力計(jì)液柱波難以讀數(shù)，或在氣力輸送管道內(nèi)含有較高粉塵而易于堵塞畢托管的情況下，使用這種壓力計(jì)可在讀數(shù)時隨時切斷雙路單向閥，使三個液柱同時停止波動，即可讀取瞬時壓力值，由于其具有上述優(yōu)點(diǎn)，目前已在國內(nèi)推廣使用。1.4.3數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述方法得到的幾個測點(diǎn)數(shù)值后，則可按下列公式求得平均數(shù)：在測定動壓時，有時會碰到某些測點(diǎn)的讀數(shù)出現(xiàn)零值或負(fù)值的情況，這是由于氣流很不穩(wěn)定而出現(xiàn)旋渦所產(chǎn)生的。在上式計(jì)算平均動壓時，應(yīng)將負(fù)值當(dāng)作零計(jì)算，而測點(diǎn)數(shù)n仍包括該測點(diǎn)在內(nèi)。上一層—-1流體基本特性?I流體基本方程式?I風(fēng)道陽力計(jì)算?I糧層陽力計(jì)算?I風(fēng)道中壓強(qiáng)分布?I合理選擇風(fēng)機(jī)???儲糧通風(fēng)是以空氣作為介質(zhì)，通過空氣流動調(diào)節(jié)儲糧的生態(tài)環(huán)境，起著通風(fēng)降溫、干燥去水或調(diào)質(zhì)增濕等多種作用。由于儲糧通風(fēng)與糧食干燥都是借助空氣運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，因此，掌握必要的流體力學(xué)基礎(chǔ)知識是十分必要的。???一、流體的基本特性??（一）流體的物理性質(zhì)???1、粘性???因體物體間的相對運(yùn)動會產(chǎn)生與運(yùn)動相反的摩擦力。流體也有類似性質(zhì)，即流體質(zhì)點(diǎn)間作相對運(yùn)動時，也會產(chǎn)生力（內(nèi)摩擦力），這是因?yàn)榱黧w具有粘性的緣故，它是造成流體在管道中運(yùn)動時壓力損失的內(nèi)因。流體粘性大，動動時克服的內(nèi)摩擦力就大。內(nèi)摩擦力的大小與流體粘性引起的的速度變化梯度、摩擦面、流體的物理性質(zhì)等因素有關(guān)。???2、壓縮性???流體具有一定的壓縮性，即當(dāng)溫度等于定值時，壓力上升，體積縮小。液體的壓縮性很小，一般在工程中可忽略不計(jì)，而氣體的壓縮性顯著。當(dāng)溫度為定值時，氣體壓力（P）與體積（V）成反比，PV=常數(shù)。當(dāng)氣體壓力變化不大時，其體積變化也可忽略不計(jì)。如壓力增加2940Pa時，氣體的體積只減少3%。儲糧通風(fēng)是常壓下進(jìn)行的，故此可以忽略氣體體積變化而引起的誤差。???3、流動性???與固體物體相比，流體質(zhì)點(diǎn)間相互作用的內(nèi)聚力極小，易于流動，沒有固定的外形，不能承受拉力和切力，只要有極微小的切向力，就可以破壞質(zhì)點(diǎn)間的相互平衡。由于流體容易流動，不能承受切力，所以流體的靜壓力一定垂直于作用面。???（二）氣流的壓力???氣體在管道中流動時存在著兩種壓力形式，即靜壓力與動壓力，二者之和又稱為全壓力。???1、靜壓力Hjj???靜壓力是氣體作用于與其速度相平行的風(fēng)管壁面上的垂直力，它在管道中對各個方向的作用力都相等。通常以大氣壓為零，用相對壓力來計(jì)算靜壓力。在吸管段，靜壓力小于大氣壓為負(fù)值，在壓氣管段，靜壓力大于大氣壓為正值。在管壁上開一小孔，用膠管與壓力計(jì)相接便可測得靜壓力。

q???3、全壓力Hq???靜壓力和動壓力之和為全壓力。即：H=H+Hqjd???全壓力實(shí)際表示了單位體積氣體所具有的全部能量。??（三）流體的流動狀態(tài)???由于流體具有粘性，在流動過程中必然會造成能量損失，即在流體內(nèi)摩擦力的作用下產(chǎn)生的流道阻力。實(shí)踐證明，流道阻力與流體的運(yùn)動狀態(tài)密切相關(guān)。實(shí)際流體在流動時存在兩種流動狀態(tài)，一種是有秩序的流動，稱為層流；另一種是雜亂無章的流動，稱為紊流。???流體的流動狀態(tài)不同，引起流道中同一截面上速度分布有顯著的差別。當(dāng)氣體在圓管內(nèi)的流動狀態(tài)為層流時，其速度分布為拋物線，如圖8-1所示，氣流沿著管軸流動的流動質(zhì)點(diǎn)速度最大，而與管壁直接接觸處的流速為零，這時計(jì)算流量很不方便。工程中常用假想的平均速度（V）來計(jì)算。層流的平均速度：?V=V/2max???當(dāng)氣體在圓管內(nèi)的流動狀態(tài)為紊流時，流體在管道截面上每一點(diǎn)的流速在大小和方向上是經(jīng)常變化著的，與層流相比，速度分布曲線較平直，如圖8-1所示。這是由于紊流中各層的流體質(zhì)點(diǎn)相互混雜時進(jìn)行動能交換的緣故。紊流的平均速度為：?V=（0.8―-0.85）Vmax??（四）雷諾數(shù)---流體流態(tài)的判斷方法???實(shí)驗(yàn)表明，層流與紊流是完全不同的兩種流動狀態(tài)，在一定條件下，兩者可以相互轉(zhuǎn)變。流體流態(tài)的轉(zhuǎn)變不僅與流速有關(guān)，還受管徑大小、流體粘度等因素影響。這些因素按一定規(guī)則組成一無因次的量，稱為雷諾準(zhǔn)數(shù)Re：?Re=vdp/?=vd/v???在通風(fēng)工程上常用臨界雷諾數(shù)Re=2320作為流體流態(tài)的判別依據(jù)，即Re<2320時的流動狀態(tài)為層流；當(dāng)Re>2320時的流動狀態(tài)為紊流。在儲糧通風(fēng)中，由于管道內(nèi)空氣流速較大，通常在4米/秒以上，管徑大于80毫米，若取空氣運(yùn)動粘性系數(shù)v=15*10-6米2/秒，則雷諾數(shù)：？Re=4*0.08/15*10-6=21333>2320???所以，在儲糧通風(fēng)管道中的空氣流動都屬于紊流。???二、流體的基本方程式??（一）空氣的流量

^8-2喪植両皆道中的說訪???空氣流量（簡稱風(fēng)量）是指單位時間內(nèi)流經(jīng)某一管道截面的空氣量，它與風(fēng)速以及流過橫截面的大小等因素有關(guān)?？諝饬髁恳泽w積計(jì)算，稱為^8-2喪植両皆道中的說訪體積流量，用Q表示，單位為米3/秒；以質(zhì)量計(jì)算，則稱質(zhì)量流量，用Q表示,vm單位為千克/秒。兩者的換算關(guān)系為：?Q=v*Q?vm???式中：v―-空氣的比容（米3/千克）；Q---空氣的質(zhì)量流量（千克/秒）；Q---空氣的體積流量（米3/秒）。v???當(dāng)管道內(nèi)空氣的平均風(fēng)速為v,管道的橫截面積為F時，流經(jīng)管道的流量為:???體積流量：Qv=v*F???質(zhì)量流量：Qm=P*v*f???式中：F---管道的截面積（米2）；v---管內(nèi)平均風(fēng)速（米/秒）；P-―空氣的密度（千克/米3）。??（二）流量的連續(xù)方程???前面討論的是在等截面管道中風(fēng)量與風(fēng)速、風(fēng)道截面的關(guān)系。在通風(fēng)工程中還經(jīng)常遇到如圖8-2所示的變截面管道。對于穩(wěn)定流動，由質(zhì)量守恒定律得知，流經(jīng)截面1-1和2-2的質(zhì)量流量相等。即：???Qm1=Qm2???PvF=PvF111222????8-8???對于不可壓縮流體或流動過程中溫度、壓力變化不大的空氣，可近似作為不可壓縮流體處理，此時P=P12???則有?vF=vF1122??8-9???即Q=Q12???公式8-8、公式8-9為流量連續(xù)方程。它表明只要流體沿著管道作穩(wěn)定流動時，不論管道的截面積如何變化，流體質(zhì)量沿整個流道處處相等。對不可壓縮流體作穩(wěn)定流動時，流體的平均流速與截面積成反比，即v*F二定值。流量連續(xù)方程式在工程上應(yīng)用廣泛。???（三）能量方程---伯努利方程???運(yùn)動著的流體除分子間的內(nèi)能外，還具有動能和位能，對于氣體還具有靜壓能。伯努利方程即流體能量守恒方程式，就是通過分析流體中的能量互相轉(zhuǎn)換規(guī)律同，從而揭示出流體具有的機(jī)械能沿管道各截面的變化規(guī)律。利用伯努利方程可解決工程上許多問題。

???實(shí)驗(yàn)證明，氣流在管道中穩(wěn)定流動時，截面大的地方流速小，壓力大;截面小的地方流速大，壓力小。這并不表明流體靜壓力與流速在數(shù)值上呈反比關(guān)系，而是反映了靜壓力與動壓力在能量上的相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。如圖8-3所示，在穩(wěn)定流的管道內(nèi)任意選取流段1-2經(jīng)過At時間流動至1'-2'位置，若流動中間沒有能量的增加與損失，它的總能量應(yīng)保持不變。即???H+H+Z=H+H+Z????8-10j1d11j2d22???式中：H-―流體靜壓能；H-―流體動壓能；Z-―流體的位能。jd???由于截面1、2是可以任意選取的，因此，對于任意一個截面均有：???H+H+Z二常量？？？？？8T1jd???上式就是流體力學(xué)最基本的方程，即為伯努利方程，它表明作穩(wěn)定流動的流體，其靜壓能、動能、位能之和為一常數(shù)，也就是說三者之間只會相互轉(zhuǎn)換，而總能量保持不變。當(dāng)空氣作為不可壓縮理想氣體處理時，位能項(xiàng)較小，可忽略不計(jì)，所以空氣流動的伯努利方程可寫為：???H=H+H=常量?????8-12qjd???式中：H―-流體的全壓能。q???然而，空氣是有粘性的，在流動時存在內(nèi)摩擦損失、流體與流道表面的摩擦損失，還有流道截面變化引起的局部損失。因此，實(shí)際伯努利方程應(yīng)加上一項(xiàng)流動的能量損失。即：???H+H=H+H+H?????8-13j1d1j2d2損1-2???或H=H+Hq1q2損1-2???這種能量損失表現(xiàn)為壓力的變化，所以也稱為壓力損失。???如有外功（如風(fēng)機(jī)）加入系統(tǒng)時，通風(fēng)管道的兩截面間的能量守恒方程中還應(yīng)包括輸入的單位能量項(xiàng)H在內(nèi)。風(fēng)機(jī)????H+H+H=H+H+H?????8-14j1d1風(fēng)機(jī)j2d2損???式中：H-―風(fēng)機(jī)供給的能量；H―-整個系統(tǒng)的能量損失。風(fēng)機(jī) 損???三、風(fēng)道的阻力計(jì)算???從流體力學(xué)中知道，流體沿風(fēng)道流動時會產(chǎn)生兩類阻力。當(dāng)流體通過任意形狀、不同材料制成的風(fēng)道時，由于流體的粘滯、管壁粗糙，會在流體內(nèi)部、流體和管壁之間產(chǎn)生因摩擦形成的阻力稱為沿程摩擦阻力；當(dāng)流體通過風(fēng)道中的異形部件（彎頭、三通等）或設(shè)備時，由于氣流方向改變或速度變化以及產(chǎn)生渦流等形成的阻力稱為局部阻力。???（一）沿程摩擦阻力的計(jì)算???1、計(jì)算式???沿程摩擦阻力的大小與管道的幾何尺寸、內(nèi)壁的粗糙度以及空氣的流動狀態(tài)和流速等有關(guān)。長度為L的任何形狀的直長管道的摩擦力，用水力半徑表示則為：???H=L*（入/4R）*（YV2/2）????8T5m 水???式中：Hm---長度為L的風(fēng)道摩擦阻力（帕）；L---風(fēng)道的長度（米）；入---摩擦阻力系數(shù)；v---風(fēng)道中的平均流速（米/秒）；Y-—流體重度（千克/米3）；R---風(fēng)道的水力半徑（米）。水???流體力學(xué)中定義，管道橫斷面積F與濕周S的比值稱為水力半徑，可用下式計(jì)算，它是表示管道幾何特征的尺度。???R=F/S水???式中：F---充滿流體的管道橫斷面積，對風(fēng)道來說，就是風(fēng)道的截面積（米2）；S---濕周，對風(fēng)道來說，就是風(fēng)道截面積的周長（米）。???對于圓形風(fēng)道，其水力半徑為：???R水二F/S二D/4???因此，圓風(fēng)道的沿程摩擦阻力的計(jì)算式為：???H二L*（入/D）*（yv2/2）?或？?H二Rm*Lmm???式中：Rm---單位長度圓形管道摩擦阻力值（帕/米）；D---圓風(fēng)道的直徑（米）。???2、摩擦阻力系數(shù)入值的確定???摩擦阻力系數(shù)入值與空氣在風(fēng)道內(nèi)的流動狀況和管壁的粗糙度關(guān)。???當(dāng)流動呈層流狀態(tài)Re<2320時，入值與管壁的粗糙度無關(guān)，只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，其摩擦阻力系數(shù)為：???入=64/Re???當(dāng)流動處于紊流狀態(tài)時，分為三種情況：???(1)光滑管區(qū)。當(dāng)層流邊界的厚度6>△時，可采用下式計(jì)算入值，它適用于104<Re<105的范圍。???入=O.3164/Reo.25??或？入=O.35/Reo.25???(2)過渡區(qū)(粗糙管區(qū))。當(dāng)層流邊界層的厚度6〈△時，v=1.72―-70m/s,可采用下式計(jì)算入值，它適用于Re>105o???入=1.42/(lgRe.d/A)2????8-22???或入=1.42/(lgl.272Q/A*v)???式中：Q―-風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量(米3/秒)；絕對粗糙度(毫米)，見表8-1；v---運(yùn)動粘性系數(shù)(米2/秒)。表8-1?絕對粗糙度(指其突起的砂粒粒徑的高度)△材料△值(mm)磚砌體5——10混凝土1--3木板0.2--1塑料板0.01——0.05膠合板1鑄鐵管0.25鍍鋅鋼管0.15???(3)平方粗糙區(qū)。當(dāng)層流邊界層的厚度6〈△時，可采用下式計(jì)算入值，它適用于Re>105。???入=1/(1.74+2lgd/2A)2??????8-23???(4)對于磚砌通風(fēng)道????入=O.75/Reo.i2?????8-24???粗略計(jì)算時入可取0.05。???在通風(fēng)工程中，為了進(jìn)一步簡化沿程阻力以及其它有關(guān)計(jì)算，對金屬風(fēng)道的摩擦阻力按圖8-4所示的線算圖計(jì)算。當(dāng)采用其它管壁材料時，由于這些材料的粗糙度與薄鋼板是不同的，其數(shù)據(jù)見表8-1。當(dāng)粗糙度不同材料制成的圓形風(fēng)道，其摩阻可用下式計(jì)算：???Rm'=Rm*C???式中：Rm---由圖8-4查得的單位摩阻(帕/米)；C---不同粗糙度修正系數(shù),可由圖8-5中查得。???標(biāo)準(zhǔn)空氣：P=101.3kPa,t=20°C，丫=1.204kg/m3,A=0.15mm(指薄鋼板)。??(二)矩形風(fēng)道當(dāng)量直徑D的計(jì)算d???圖8-4是金屬風(fēng)道摩擦阻力線算圖。但在計(jì)算矩形風(fēng)道的摩阻時,需利用有關(guān)當(dāng)量直徑的概念,把矩形風(fēng)道換算成圓形風(fēng)道后,才可利用圖8-4求得矩形風(fēng)道的摩擦阻力。當(dāng)量直徑計(jì)算方法有兩種：???1、流速當(dāng)量直徑???設(shè)某一圓形風(fēng)道中的空氣流速同矩形風(fēng)道中的空氣流速相等,并且單位管長的沿程阻力