管内流体流动的摩擦阻力损失课件

2024/7/24第第 一一 章章 流流 体体 流流 动动一、直管中摩擦阻力一、直管中摩擦阻力的测定的测定二、管路上的局部阻力二、管路上的局部阻力三、管路系统中的总能量损失三、管路系统中的总能量损失第第 四四 节节 管内流体流动的管内流体流动的摩擦阻力损失摩擦阻力损失2023/8/16第第一一章章流流体体流流动一、直动一、直2024/7/24流动阻力产生的根源流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力.流动阻力产生的条件固定的管壁或其他形状的固体壁面管路中的阻力直管阻力：局部阻力：流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦而产生的阻力流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力。2023/8/16流动阻力产生的根源流动阻力产生的根源流体具有粘性，流流体具有粘性，流2024/7/24单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。单位重量流体流动时所损失的机械能，m。压头损失管径的表示方式：A：管外径；B：壁厚。2023/8/16单位质量流体流动时所损失的机械能，单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg2024/7/24一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力1、直管中流体摩擦阻力损失的测定、直管中流体摩擦阻力损失的测定2023/8/16一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力1、直管中流体、直管中流体2024/7/24-等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。对于水平管：对于水平管：注意：注意：同一根直管，无论水平安装还是坚直安装，hf应相同。2023/8/16-等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。对于水平等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。对于水平2024/7/242、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式2023/8/162、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式2024/7/242023/8/162024/7/24圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式与比较，得：3、公式的变换、公式的变换2023/8/16圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式与与2024/7/24圆形直管阻力所引起能量损失的通式称为范宁公式范宁公式。（对于层流或湍流都适用）为无因次的系数，称为摩擦因数。2023/8/16圆形直管阻力所引起能量损圆形直管阻力所引起能量损2024/7/244.层流时的摩擦损失层流时的摩擦损失哈根-泊谡叶公式与范宁公式对比，得：层流流动时与Re的关系2023/8/164.层流时的摩擦损失层流时的摩擦损失2024/7/245、管壁粗糙度对摩擦系数的影响、管壁粗糙度对摩擦系数的影响 化工管路光滑管粗糙管玻璃管、黄铜管、塑料管钢管、铸铁管管壁粗糙度绝对粗糙度相对粗糙度壁面凸出部分的平均高度，以表示。绝对粗糙度与管道直径的比值即/d。2023/8/165、管壁粗糙度对摩擦系数的影响、管壁粗糙度对摩擦系数的影响化工管路光化工管路光2024/7/24光滑管流动光滑管流动完全粗糙管完全粗糙管2023/8/16光滑管流动完全粗糙管光滑管流动完全粗糙管2024/7/24思思考考：层流流动时，当体积流量为V的流体通过直径不同的管路时,Pf与管径d的关系如何？可见：2023/8/16思考：层流流动时，当体积流量为思考：层流流动时，当体积流量为V的流体通过的流体通过2024/7/245.直管内湍流流动的阻力损失直管内湍流流动的阻力损失湍流流动，由量纲分析法得：2023/8/165.直管内湍流流动的阻力损失直管内湍流流动的阻力损失湍流流动，湍流流动，2024/7/242023/8/162024/7/241）摩擦因数图摩擦因数图a)层流区：Re2000，与Re成直线关系，=64/Re。b)过渡区：2000Re4000，管内流动随外界条件的影响而出现不同的流型，摩擦系数也因之出现波动。c)湍流区湍流区：Re4000且在图中虚线以下处时，值随Re数的增大而减小。d)完完全全湍湍流流区区：图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随Re的变化而变化，值近似为常数。根据范宁公式，若l/d一定，则阻力损失与流速的平方成正比，称作阻力平方区阻力平方区。2023/8/161）摩擦因数图）摩擦因数图a)层流区：层流区：Re20002024/7/242)值的经验关系式值的经验关系式A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式适用范围为Re=2.51031105B、考莱布鲁克(Colebrook)公式适用范围：光滑管，粗糙管，直至完全湍流区2023/8/162)值的经验关系式值的经验关系式A、布拉修斯、布拉修斯(B2024/7/247.非圆形管内的摩擦损失非圆形管内的摩擦损失 对于圆形管道，流体流径的管道截面为:流体润湿的周边长度为:dde=4流道截面积/润湿周边长度C、哈兰德(Haaland)公式2023/8/167.非圆形管内的摩擦损失非圆形管内的摩擦损失流体润湿的周边流体润湿的周边2024/7/24对于长宽分别为a与b的矩形管道：对于一外径为d1的内管和一内径为d2的外管构成的环形通道二、二、局部阻力损失局部阻力损失1、局部阻力损失的计算、局部阻力损失的计算 1）阻力系数法）阻力系数法 2023/8/16对于长宽分别为对于长宽分别为a与与b的矩形管道：对于一外径的矩形管道：对于一外径2024/7/24为局部阻力系数，由实验测定。a)突然扩大与突然缩小 u：取小管的流速管出口b)管出口和管入口管出口相当于突然扩大,流体自容器进入管内，相当于突然缩小A2/A10，管进口阻力系数，c=0.5。突然扩大:突然缩小:2023/8/16 为局部阻力系数为局部阻力系数，由实验测定，由实验测定。突然扩大。突然扩大2024/7/242023/8/162024/7/24 2）当量长度法）当量长度法 le为管件的当量长度。c)管件与阀门不同管件与阀门的局部阻力系数可从手册中查取。管件与阀门的当量长度由试验测定，湍流时，可查共线图。三、管路中的总能量损失三、管路中的总能量损失管路系统中总能量损失管路系统中总能量损失=直管阻力直管阻力+局部祖力局部祖力对直径相同的管段：2023/8/162）当量长度法）当量长度法le为管件的当量长度。为管件的当量长度。2024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/242023/8/162024/7/24 例例：用泵把20的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用894mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵提供的能量试求泵提供的能量W。2023/8/16例：用泵把例：用泵把20的苯从地下的苯从地下2024/7/24分析：分析：W柏努利方程Z、u、P已知求hf管径不同吸入管路排出管路范宁公式l、d已知求求Re、/d摩擦因数图当量长度阻力系数查图2023/8/16分析：分析：W柏努利方程柏努利方程Z、u、P已知求已知求2024/7/24解：解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2，并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。式中：（1）吸入管路上的能量损失2023/8/16解：取储罐液面为上游截面解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面，高位槽液面2024/7/24式中管件、阀门的当量长度为管件、阀门的当量长度为：底阀(按旋转式止回阀全开时计）6.3m标准弯头2.7m进口阻力系数c=0.52023/8/16式中管件、阀门的当量长度为：式中管件、阀门的当量长度为：进口阻力系进口阻力系2024/7/24苯的密度为880kg/m3，粘度为6.510-4Pas取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037，查得=0.0292023/8/16苯的密度为苯的密度为880kg/m3，粘度为，粘度为6.52024/7/24（2）排出管路上的能量损失）排出管路上的能量损失 hf,b式中:管件、阀门的当量长度分别为：全开的闸阀0.33m全开的截止阀17m三个标准弯头1.63=4.8m2023/8/16（2）排出管路上的能量损失）排出管路上的能量损失hf,b式中式中2024/7/24出口阻力系数e=1仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006，查得=0.03132023/8/16出口阻力系数出口阻力系数2024/7/24（3）管路系统的总能量损失）管路系统的总能量损失:2023/8/16（3）管路系统的总能量损失）管路系统的总能量损失: