流动阻力及管路特性曲线

, , , , , , ,制冷流体机械,授课：陈礼 余华明 压缩机总述,流动阻力及管路特性曲线,Copyright,制冷与冷藏技术,顺德职业技术学院,制冷流体机械,精品课程,第一节 圆管内流动,1.1,雷诺实验,第一节 圆管内流动,1.2,流态及流态的判定,1.,层流与紊流,当管内流体运动速度较低时，流体只作轴向运动，而无横向运动。实际,上此时流体在管内的运动是一种分层运动，各层间互不干扰，也互不相,混。这种流动状态称为,层流,。,管中流体速度增大到一定程度时，流体在管中的横向运动十分剧烈，流,体间产生了强烈的混合。流体的层状运动被彻底打破，流体在向前流动,时处于无规则的混乱状态。这种流动状态称为,紊流,。,第一节 圆管内流动,2.,流动状态的判定,(1),雷诺数,Re=,平均流速,，,m/s,;,-,圆管内径，,m;,-,流体运动粘度，,m,2,/,s,。,当 和 一定时，雷诺数只随,而变化，所以在最初的实验中只反映,出速度的影响。,第一节 圆管内流动,(2),临界雷诺数,Re4000,属紊流运动,2000 Re 2000,为紊流,Re2000,为层流,第一节 圆管内流动,（,3,）非圆管内流态的,判定,临界雷诺数仍为,2000,，雷诺数低于,2000,为层流流动，雷诺数高于,2000,则为,紊流流动。然而，雷诺数计算公式中的直径,d,必须用当量直径 代替。所谓,当量直径是指与非圆形截面管道具有相同流动阻力的圆管内径,。,式中的,称为水力半径。,边长为,a,和,b,的矩形管,宽为,a,、高为,b,、水流湿润到整个高度的明渠,第一节 圆管内流动,1.3,边界层基本概念及圆管中的速度分布,1.,平板边界层,流场中出现了两个性质不同的流动区域：紧贴固体壁面的薄层，流体受粘,性力的影响极大，速度变化极大，称为,边界层,第一节 圆管内流动,2.,曲面边界层及其分离观象,取同一水平线上流道截面积逐渐扩大的渐扩流道，如图下图所示,列出上,下游断面间能量方程。为简化分析，假定 由于 则有：,但二断面中压力能与动能之和相等，必然就有,:,第一节 圆管内流动,3.,管道内流动边界层,边界层汇合前的阶段，即边界层发展的阶段称为,流体进口段,边界层汇合后的阶段称为,流动充分发展阶段,第一节 圆管内流动,4.,圆管中的速度分布,层流、紊流，管轴心处的速度均为最大速度，记为 ；管壁处的速度为零。,对于圆管内层流流动,对于圆管内紊流流动,第二节 能量损失,2.1,能量损失,1.,沿程损失与局部损失,第二节 能量损失,沿程损失与管道内径成反比，与管段的长度、速度水头成正比。在同一管径,的管段中，沿程损失沿管段均匀分布，即,沿程阻力系数，无因次数；,管段长度，,m,；,管道内径，,m,；,流体平均流速，,m/s,。,第二节 能量损失,2.2,能量损失,整个管路的能量损失为各管段的沿程损失与各处的局部损失之和,用压力形式表示的沿程损失和局部损失分别为,第三节 沿程阻力系数,3.1,沿程阻力系数的影响因素,层流流动时雷诺数较小，粘性力起着主导作用。层流的阻力也就是粘性阻力,，仅仅取决于,Re,，而与管壁粗糙度无关。粘性阻力仍然取决于雷诺数，而惯,性阻力受壁面粗糙度的影响较大。粗糙度对沿程损失的影响不完全取决于管,壁表面粗糙突起的绝对高度,K,，而是取决于它的相对高度，即粗糙突起的绝,对高度,K,与管径,d,的比值，,K/d,，称为相对粗糙度。其倒数,d/K,称为相对光滑度。,因此，对于层流：,对于紊流：,第三节 沿程阻力系数,3.2,尼古拉兹曲线,第三节 沿程阻力系数,五个阻力区,第三节 沿程阻力系数,3.3,工业管道紊流沿程阻力系数计算,1.,莫迪图与当量糙粒高度,第三节 沿程阻力系数,第三节 沿程阻力系数,2.,紊流沿程阻力系数 的计算公式,(1),临界区,Re=20004000,的临界过渡区内，可采用扎依琴柯的,计算式：,(2),紊流光滑区,尼古拉兹光滑区公式：,对于的光滑管流，布劳修斯提出经验公式：,第三节 沿程阻力系数,(3),紊流粗糙区,尼古拉兹粗糙区公式,:,(4),紊流过渡区,柯列勃洛克根据大量的工业管道实验资料，提出过渡区,计算公式，,简称柯氏公式：,第三节 沿程阻力系数,3.,洛巴耶夫判别式,断面平均流速,流体运动粘度,第四节 局部损失计算,1.,管径突然扩大,管径突然扩大时会形成局部的涡旋，造成局部损失。,4.1,局部阻力系数计算,第四节 局部损失计算,2.,管径逐渐扩大,由于管径突然扩大的能量损失较大，一般均采用渐扩管。渐扩管较长，能量,损失包括沿程损失和局部损失两部分，相对于,的阻力系数公式为：,第四节 局部损失计算,3.,管径突然收缩,4.,管径逐渐缩小,第四节 局部损失计算,5.,管,道进口,6.,阀门,第四节 局部损失计算,7.,过滤网格,第四节 局部损失计算,8.,弯管,在 的情况下,第四节 局部损失计算,9.,三通,第四节 局部损失计算,4.2,减少阻力的措施,(1),减少管壁粗糙度，或用柔性软管代替刚性管。,(2),改善造成局部阻力的管件流道形状。,(3),采用渐变的、平顺的管道进口，有利于减少阻力，如图,3-14,。,(4),采用扩散角较小的渐扩管有利于减阻，图,3-23,所示两种形式均可减少阻力。,第五节,管路特性曲线,5.1,管路系统的分类,(1),按管道中流体能量,损失的大小分类,长管,短管,(2),按结构形式分类,简单管路,复杂管路,串联管路,并联管路,枝状管路,环状管路,第五节,管路特性曲线,5.2,管路阻抗,1.,短管的阻抗,短管的计算包括了沿程损失、局部损失和出口速度水头。,举例,以图示,0-0,为基准面，对自由液面,1-1,和出口截面,2-2,列出能量方程,第五节,管路特性曲线,5.3,串联与并联管路特点,1.,串联管路,串联管路,由不同管径的简单管路串接而成,串联管路的流动特点为：,各管段流量相等，损失迭加，全管段总阻抗为,各管段阻抗之和。,第五节,管路特性曲线,2.,并联管路,并联管路由若干有共同起点、共同终点的管段并接而成，类似于并联电路，,如图,3-32,所示。并联管路的流动特点为：,第五节,管路特性曲线,5.4,管路特性曲线,