阻力損失(張宏麗)

1.4阻力損失1.4.1流體的黏度1.4.2流體流動(dòng)的類型1.4.3圓管內(nèi)流體的速度分布1.4.4流體阻力的計(jì)算1.4.1流體的黏度一、流體阻力的表現(xiàn)二.內(nèi)摩擦力流體流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部相鄰兩層之間阻礙流體層相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的剪應(yīng)力。流動(dòng)快的流體層流動(dòng)慢的流體層牽引力阻礙力三.黏性①含義：當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性稱為黏性。②黏度：衡量黏性大小的物理量，稱為黏性系數(shù)或動(dòng)力黏度,簡(jiǎn)稱黏度③單位1Pa.s=10P=1000cP1cP=1mPa.s④影響因素流體種類溫度壓力氣體T↑,μ↑p<4MPa時(shí)可忽略液體T↑,μ↓可忽略10℃20℃30℃空氣(μPa.s)17.718.118.6水(mPa.s)1.3051.0040.801空氣與水在不同溫度下的粘度⑤混合流體的黏度b.常壓下混合氣體的黏度c.分子不締合的混合液黏度a.查閱相關(guān)手冊(cè)1.4.2流體流動(dòng)的類型一、兩種流動(dòng)型態(tài)——層流和湍流1.雷諾實(shí)驗(yàn)(1883年，英國(guó))2.兩種流型①層流(滯流)：流體質(zhì)點(diǎn)沿流動(dòng)方向作直線運(yùn)動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)互不碰撞，互不混合。②湍流(紊流)：流體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)，并互相碰撞、混合，產(chǎn)生旋渦，介于層流與湍流之間的情況稱為過(guò)渡流，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。③層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別：層流無(wú)徑向脈動(dòng)，湍流有徑向脈動(dòng)。二、流動(dòng)型態(tài)判據(jù)

1.影響流動(dòng)型態(tài)的因素設(shè)備因素：管徑d操作因素：流速u物性因素：流體的密度ρ及粘度μ。無(wú)因次數(shù)群或準(zhǔn)數(shù)2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。Re≤2000時(shí)，流動(dòng)為層流，層流區(qū)；Re≥4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，湍流區(qū)；2.判斷流型1.4.3圓管內(nèi)流體的速度分布層流湍流1.4.4流體阻力的計(jì)算一、流體阻力的類型直管彎頭閥門管件與閥門直管阻力流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力.產(chǎn)生阻力損失的外部條件局部阻力流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小或方向的改變而引起的阻力。

特點(diǎn):邊界層與固體表面不分離特點(diǎn):邊界層與固體表面分離阻力損失產(chǎn)生的根本原因:流體內(nèi)部及流體與固體壁面間的粘性摩擦作用。二、阻力損失的表現(xiàn)：流體勢(shì)能的降低1.通常的管路無(wú)論直管阻力或局部阻力，也不論是層流或湍流，阻力損失主要表現(xiàn)為流體勢(shì)能降低。2.水平均勻管道阻力損失等于靜壓能的減小。3．非水平均勻管道阻力損失表現(xiàn)為流體勢(shì)能的降低。三、直管阻力通式其它形式：——摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）

J/kg壓頭損失m壓力損失Pa該公式層流與湍流均適用；注意與的區(qū)別。1.層流時(shí)的λ

J.NikuradseandL.F.Moody

人工粗糙管①光滑管(水力光滑管)——Blasius公式②粗糙管Re很大2.湍流時(shí)的λ3.摩擦因數(shù)圖分界線②過(guò)渡區(qū)（2000<Re<4000)將湍流時(shí)的曲線延伸查取λ值。③湍流區(qū)（Re≥4000以及虛線以下的區(qū)域）

①層流區(qū)（Re≤2000)

λ與Re成反比例關(guān)系流體種類、管徑、管長(zhǎng)一定，hf∝u阻力一次方區(qū)工程設(shè)計(jì)一般都避免在過(guò)渡區(qū)操作。④完全湍流區(qū)當(dāng)ε/d一定時(shí)，λ為定值λ與Re無(wú)關(guān)管道、管長(zhǎng)、管徑一定,阻力平方區(qū)例分別計(jì)算下列情況下，流體流過(guò)φ76×3mm、長(zhǎng)10m的水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失.密度為910kg/m3、粘度為72cP的油品，流速為1.1m/s；20℃的水，流速為2.2m/s。能量損失壓頭損失壓力損失解:（1）油品流動(dòng)為層流流動(dòng)為湍流取鋼管的絕對(duì)粗糙度為0.2mmλ＝0.027（2）20℃水的物性能量損失壓頭損失壓力損失4.非圓形管的直管阻力阻力損失相等原則當(dāng)量直徑de

邊長(zhǎng)分別為a、b的矩形管

套管環(huán)隙，內(nèi)管的外徑為d1，外管的內(nèi)徑為d2⑤從減小能量的角度看，圓形截面最佳。項(xiàng)目正方形長(zhǎng)方形圓形流通截面積/m20.480.480.48幾何特征邊長(zhǎng)0.693m長(zhǎng)1.2m,寬0.4m

內(nèi)徑0.78m潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度/m2.773.22.45流動(dòng)當(dāng)量直徑/m0.6930.60.78五、局部阻力損失的2種近似算法

1.阻力系數(shù)法——近似地認(rèn)為局部阻力服從平方定律

局部阻力系數(shù)(表1-2管件和閥件的局部阻力系數(shù))J/kgJ/N幾種典型情況的局部阻力系數(shù)

①突然擴(kuò)大②突然縮?、酃艹隹谂c管入口

流體自管出口流進(jìn)容器流體自容器流進(jìn)管道2．當(dāng)量長(zhǎng)度法

流體湍流流過(guò)局部障礙物所產(chǎn)生的局部摩擦損失流體流過(guò)某一長(zhǎng)度為le的同直徑的管道所產(chǎn)生的摩擦損失le——當(dāng)量長(zhǎng)度管件和閥件的當(dāng)量長(zhǎng)度圖(p33)當(dāng)量長(zhǎng)度管子內(nèi)徑截止閥全開(kāi)小管的ule—當(dāng)量長(zhǎng)度—局部阻力系數(shù)注意：以上兩種方法均為近似估算。兩種計(jì)算方法所得結(jié)果不完全一致

3、管路系統(tǒng)的總阻力損失

（1）等徑管路

注意:對(duì)于局部阻力，可用任一種方法計(jì)算，但不能用兩種方法重復(fù)計(jì)算.（2）.非等徑管路將2×104kg/h的某種水溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽。在操作條件下的水溶液的平均密度為1073kg/m3，粘度為0.63mPa·s。反應(yīng)器液面上方保持26.7kPa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。泵的進(jìn)口管道為φ108mm×4mm，長(zhǎng)為5m，管路上裝有90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭1個(gè),全開(kāi)閘閥1個(gè)。泵的出口管道為φ76×4的鋼管，長(zhǎng)為45m，取管壁絕對(duì)粗糙度為0.3mm，管路上裝有全開(kāi)閘閥1個(gè)，孔板流量計(jì)1個(gè)（局部阻力系數(shù)為4），90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭4個(gè)，反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的垂直距離為15m。今在庫(kù)房里有一臺(tái)備用的離心泵，其效率為66%，軸功率為3.71kW。試計(jì)算該泵的軸功率能否滿足要求。進(jìn)口管道:φ108mm×4mm，長(zhǎng)5m，90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭1個(gè),全開(kāi)閘閥1個(gè)。出口管道:φ76×4，長(zhǎng)45m，管壁絕對(duì)粗糙度為0.3mm，全開(kāi)閘閥1個(gè)，孔板流量計(jì)1個(gè)（局部阻力系數(shù)為4），90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭4個(gè)解：以反應(yīng)器液面為1-1截面為位能基準(zhǔn)面，在1-1截面與管路出口內(nèi)側(cè)截面2-2間列列出柏努利方程：

z1=0，z2=15m，u1≈0，u2≈u出，p1表=-2.67×104Pa，p2表=0，ρ=1073kg/m3

入口管段：90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭1個(gè)：進(jìn)口損失：λ=0.027閘閥（全開(kāi)）1個(gè)：0.17出口管段：

閘閥（全開(kāi)）1個(gè)：0.17標(biāo)準(zhǔn)彎頭4個(gè)：0.75×4=3孔板流量計(jì)1個(gè)：4λ=0.03庫(kù)存的泵軸功率能滿足要求。如本題附圖所示，水從貯水箱A經(jīng)異徑水平管B及C流至大氣中。已知水箱內(nèi)液面與管子中心線間的垂直距離為5.5m，保持恒定，管段B的直徑為管段C的兩倍。水流經(jīng)B、C段的摩擦阻力分別為，。由水箱至管段B及由管段B至管段C的突然縮小損失可以忽略，而管段C至外界的出口損失不能忽略。試求：(1)水在管路C中的流速；（2）水在管路B中的流速；（3）管段B末端內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)。

解：（1）水在管路C中的流速在水箱1-1面及管C出口內(nèi)側(cè)面2-2’間列柏努利方程，以水平管中心線為基準(zhǔn)面：z1=5.5m，p1=0(表壓)，u1≈0，z2=0，p2=0，u2=uC取水的密度為1000kg/m3解得uC=4.232m/s(2)水在管路B中的流速據(jù)連續(xù)性方程

(3)管段B末端內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)在水箱1-1面及管B出口內(nèi)側(cè)面3-3間列柏努利方程u3=uB=1.058m/s管B出口表壓強(qiáng)如附圖所示，用壓縮空氣將密閉密閉容器(酸蛋)中的硫酸壓送至敞口高位槽。輸送流量為0.1m3/min，輸送管路為φ38×3的無(wú)縫鋼管。酸蛋中的液面離壓出管口的位差為10m，在壓送過(guò)程中設(shè)為不變。管路總長(zhǎng)為20m，設(shè)有一個(gè)閘閥(全開(kāi))，8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90o