流體流動(dòng)流體流動(dòng)阻力

流體流動(dòng)流體流動(dòng)阻力第1頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用柏努利方程式解題時(shí)的注意事項(xiàng)：(3)確定基準(zhǔn)面

基準(zhǔn)面是用以衡量位能大小的基準(zhǔn)。必須與地面平行；宜于選取兩截面中位置較低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選過管中心線的水平面。強(qiáng)調(diào)：只要在連續(xù)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，任意兩個(gè)截面均可選用。不過，為了計(jì)算方便，截面常取在輸送系統(tǒng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的相應(yīng)截面。

第2頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)壓力

各物理量的單位應(yīng)保持一致，柏努利方程式中的壓力p1與p2只能同時(shí)使用表壓或絕對(duì)壓力，不能混合使用。（5）流速如果兩個(gè)橫截面積相差很大，則可取大截面處的流速為零。用柏努利方程式解題時(shí)的注意事項(xiàng)：第3頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(6)外加能量

外加能量We在上游截面一側(cè)，能量損失hf在下游截面一側(cè)。外加能量We是對(duì)每kg流體而言的，若要計(jì)算的軸功率，需將W乘以質(zhì)量流量，再除以效率。（7）方程的選用

不同基準(zhǔn)柏努利方程式的選用：通常依據(jù)習(xí)題中損失能量或損失壓頭的單位，選用相同基準(zhǔn)的柏努利方程。第4頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例用泵將貯槽(通大氣)中的稀堿液送到蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮，如附圖所示。泵的進(jìn)口管為φ89×3.5mm的鋼管，堿液在進(jìn)口管的流速為1.5m/s，泵的出口管為φ76×2.5mm的鋼管。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m，堿液經(jīng)管路系統(tǒng)的能量損失為40J/kg，蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力保持在0.2kgf/cm2（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。試計(jì)算所需的外加能量。第5頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基準(zhǔn)第6頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中，z1=0，z2=7；p1=0(表壓)，p2=0.2kgf/cm2×9.8×104=19600Pa，u1

0,u2=u1(d2/d1)2=1.5((89-2×3.5)/(76-2×2.5))2=2.0m/s代入上式，得W=128.41J/kg解：解題要求規(guī)范化第7頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體流動(dòng)過程要解決的重要問題之一：流體流動(dòng)的阻力本節(jié)核心內(nèi)容：分析流動(dòng)阻力形成因素、計(jì)算流動(dòng)阻力第四節(jié)流體流動(dòng)的阻力與能量損失第8頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、流體的黏度1、流體阻力的表現(xiàn)和來(lái)源（1）阻力的表現(xiàn)如圖由兩截面間的柏努利方程式可得：即：

第9頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：流體阻力致使靜壓能下降。阻力越大，靜壓能下降就越多。（2）流體阻力的來(lái)源內(nèi)摩擦是產(chǎn)生流體阻力的根本原因。流體流動(dòng)狀況是產(chǎn)生流體阻力的第二位原因。管壁粗糙程度和管子的長(zhǎng)度、直徑均對(duì)流體陰力的大小有影響。第10頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．流體的黏度（粘度）黏性（粘性）：流體流動(dòng)時(shí)流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種特性，稱為黏性。黏性是決定流體內(nèi)摩擦力大小的物理量。黏性↑、內(nèi)摩擦力↑、流體阻力↑黏度：衡量流體黏性大小的物理量。（黏性系數(shù)或動(dòng)力黏度）符號(hào)：

。第11頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）黏度的單位物理單位制：（dyn·s/cm2），稱為（泊），符號(hào)：P由于泊的單位太大，一般常用的是厘泊（cP）。1P＝100cPSI制中：（N·s/m2）或（Pa·s）。物理單位制中黏度的單位與SI制中黏度單位的換算關(guān)系如下：1Pa·s=10P=1000cP=1000mPa·s或者1cP=1mPa·s流體的黏度隨溫度而變化。壓力對(duì)流體黏度的影響可忽略不計(jì)。液體:T↑，

↓。氣體：T↑，

↑。第12頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

單一流體的黏度可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或從手冊(cè)上查到混合物的黏度在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可選用經(jīng)驗(yàn)公式估算。3.運(yùn)動(dòng)黏度

有時(shí)用運(yùn)動(dòng)黏度來(lái)衡量流體的黏性，表示為黏度μ與密度ρ的之比。

m2/s第13頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、混合物黏度的計(jì)算（1）互溶的混合液體（2）混合氣體第14頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、流體流動(dòng)的類型1、雷諾實(shí)驗(yàn)a.層流b.過渡流c.湍流第15頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．流動(dòng)類型及其判定（1）流體的兩種流動(dòng)類型層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)徑向脈動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；即分層流動(dòng)。湍流（或紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動(dòng)外，還有徑向脈動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。（附：三種流體流動(dòng)類型的演示圖）第16頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）流動(dòng)類型的判定流動(dòng)類型判定依據(jù)——雷諾準(zhǔn)數(shù)

雷諾準(zhǔn)數(shù)物理意義：反映了影響流體流動(dòng)類型的主要因素，標(biāo)志著流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度Re≤2000時(shí)，流動(dòng)為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re≥4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000<Re<4000時(shí)，流動(dòng)可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。P36，例題1-21第17頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．當(dāng)量直徑如果管路的截面不是圓形，Re計(jì)算式中的d應(yīng)用當(dāng)量直徑de當(dāng)代替。按下式計(jì)算：

對(duì)于邊長(zhǎng)為a和b的長(zhǎng)方形管路，則第18頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑，若外管的內(nèi)徑為，內(nèi)管的外徑為，則：圖1-17環(huán)形截面第19頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、圓管內(nèi)流體的速度分布

由于流體流動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)之間、流體與管壁之間都有摩擦阻力。因此，靠近管壁附近處的流層流速較小，附在管壁上的流層流速為零，離管壁越遠(yuǎn)流速越大，在管中心線上流速最大。

第20頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．層流時(shí)的速度分布2．湍流時(shí)的速度分布3．流體邊界層：在湍流時(shí)無(wú)論流體主體湍動(dòng)的程度如何劇烈，在靠近管壁處總粘附著一層作層流流動(dòng)的流體薄層。其厚度雖然很小，但對(duì)流體傳熱、傳質(zhì)等方面影響很大。層流邊界層的厚度與Re有關(guān)，Re值越大，厚度越??；反之越大。第21頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、流體阻力產(chǎn)生的原因流體粘性－－產(chǎn)生摩擦阻力的內(nèi)因湍流應(yīng)力－－產(chǎn)生摩擦阻力的外因四、流體流動(dòng)阻力與范寧公式2、流體阻力的分類直管阻力損失（沿程阻力損失）

－流體流經(jīng)直管產(chǎn)生的機(jī)械能損失局部阻力損失

－流體流經(jīng)管件、閥門產(chǎn)生的機(jī)械能損失第22頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分類：按材料：鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬、塑料管及橡膠管等；按加工方法：鋼管又有有縫與無(wú)縫之分；按顏色：有色金屬管又可分為紫銅管、黃銅管、鉛管及鋁管等。管子(pipe)第23頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作用：改變管道方向(彎頭);

連接支管(三通);改變管徑(變形管);堵塞管道(管堵)。螺旋接頭卡箍接頭彎頭三通變形管管件：管與管的連接部件。管件(pipefitting)第24頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月截止閥閘閥球閥蝶閥止逆閥(止回閥裝于管道中用以開關(guān)管路或調(diào)節(jié)流量。閥門

(Valve)第27頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蝶閥第28頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、阻力損失計(jì)算通式

-范寧公式分析流體在直徑為d，長(zhǎng)度為l的水平管內(nèi)的水平受力圓直管中的范寧公式推導(dǎo)第31頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FF

u

p1Ｐ2ld121`2`第32頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)，合力為零，即：第33頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

已知不可壓縮流體在水平等徑管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，柏努利方程為：

上式為流體在圓形直管流動(dòng)時(shí)，阻力損失與摩擦應(yīng)力之間的一般關(guān)系式。第34頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月阻力損失與流速有關(guān)，將hf表示為動(dòng)能的函數(shù)，即：第35頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

范寧（Fanning)公式，λ為摩擦系數(shù)?；颍毫睿旱?6頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、阻力能量損失的各種表示法－單位質(zhì)量流體流動(dòng)阻力能量損失，J/kg－單位重量流體流動(dòng)阻力能量損失，

J/N=m，也稱阻力壓頭。

－單位體積流體流動(dòng)阻力能量損失，J/m3=Pa，也稱為壓力降或壓力損失。第37頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，管壁的粗糙度對(duì)阻力、能量的損失有較大的影響。絕對(duì)粗糙度

：管壁粗糙部分的平均高度。相對(duì)粗糙度

/d：絕對(duì)粗糙度與管道直徑的比值。duε5、管壁粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響第38頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月材料與加工精度；光滑管：玻璃管，銅管等；粗糙管：鋼管、鑄鐵管等。使用時(shí)間；絕對(duì)粗糙度可查表或相關(guān)手冊(cè)(P40，表1-2)。

粗糙度的產(chǎn)生第39頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月duδbbεδb>ε層流運(yùn)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)速度較慢,與管壁碰撞不大，因此

對(duì)阻力、摩擦系數(shù)無(wú)影響，

只與Re有關(guān)。層流時(shí)，

在粗糙管的流動(dòng)與在光滑管的流動(dòng)相同。

粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響第40頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月δb<εδb>εδb<εεdδbuduδbbεδb>ε，Re

δb

質(zhì)點(diǎn)通過凸起部分時(shí)產(chǎn)生漩渦

能耗

對(duì)摩擦系數(shù)有影響。湍流運(yùn)動(dòng)阻力與層流相似，此時(shí)稱為水力光滑管。第41頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、流體流動(dòng)的阻力損失計(jì)算1、直管阻力損失計(jì)算式中：

—流體在圓形直管中流動(dòng)時(shí)的損失能量，J/kg；

—管長(zhǎng)，m；

—管內(nèi)徑，m；

—?jiǎng)幽埽琂/kg；

—摩擦系數(shù)，無(wú)單位第42頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

摩擦系數(shù)與管內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Re有關(guān)，也與管道內(nèi)壁的粗糙程度有關(guān)。（1）層流時(shí)的摩擦系數(shù)流體作層流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)只與雷諾數(shù)Re有關(guān)，而與管壁的粗糙程度無(wú)關(guān)（公式推導(dǎo)過程略）。（2）湍流時(shí)的摩擦系數(shù)當(dāng)流體呈湍流時(shí)，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re及管壁粗糙程度都有關(guān)。通常是通過實(shí)驗(yàn)，將與Re的函數(shù)關(guān)系標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，如圖P44頁(yè)1-24所示。

過渡流時(shí)，管內(nèi)流動(dòng)隨外界條件的影響而出現(xiàn)不同的類型。工程計(jì)算中一般按湍流處理，將相應(yīng)湍流時(shí)的曲線延伸查取值。第43頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Re

/d

滯流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)完全湍流，粗糙管光滑管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)、相對(duì)粗糙度的關(guān)系第44頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．局部阻力的計(jì)算局部阻力的計(jì)算，通常采用兩種方法：當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。（1）當(dāng)量長(zhǎng)度法將某一局部阻力折合成相當(dāng)于同直徑一定長(zhǎng)度直管所產(chǎn)生的阻力，此折合的直管長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào)表示。即（3）非圓形管的直管阻力當(dāng)流體流經(jīng)非圓形管道時(shí)，計(jì)算式及Re中的值，均應(yīng)以當(dāng)量直徑代替。第45頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)量長(zhǎng)度一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，見書上的管件與閥門當(dāng)量長(zhǎng)度共線圖（P50，圖1-27）（2）阻力系數(shù)法將局部阻力看成是動(dòng)能的函數(shù)式中為局部阻力系數(shù)，簡(jiǎn)稱阻力系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

幾種常見的局部阻力系數(shù)求算法a.突然擴(kuò)大與突然縮?。≒48，圖1-26）；或者經(jīng)驗(yàn)公式：第46頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.出口與進(jìn)口（P48），是突然擴(kuò)大與突然縮小的特例；進(jìn)口：容器進(jìn)入管道，突縮。A小/A大

0，阻力系數(shù)=0.5出口：管道進(jìn)入容器，突擴(kuò)。A小/A大

0，阻力系數(shù)=1.0c.管件與閥門（表1-4）。查表第47頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023