1-4 流体在直管内的流动阻力.docVIP

知识点1-4 流体在直管内的流动阻力 【学习指导】 目的是解决流体在管截面上的速度分布及柏努利方程式中流动阻力Σhf的计算问题。 2．本知识点的重点 （1）流体在管路中的流动阻力的计算问题。管路阻力又包括包括直管阻力hf和局部阻力hf’本质不同的两大类。前者主要是表面摩擦，后者以形体阻力为主。同时，解决了管截面上的速度分布问题。 （2）流体在直管中的流动阻力因流型不同而采用不同的工程处理方法。对于层流，通过过程本征方程（牛顿粘性定律）可用解析方法求解管截面上的速度分布及流动阻力；而对于湍流，需借助因次分析方法来规划试验，采用实验研究方法。 因次分析的基础是因次一致的原则和∏定理。 局部阻力也只能依靠实验方法测定有关参数（z或le）。 （3）建立“当量”的概念（包括当量直径和当量长度）。“当量”要具有和原物量在某方面的等效性，并依赖于经验。 3．本知识点的难点 本知识点无难点，但对于因次分析方法的理解和应用尚需通过实践来加深。 4．应完成的习题 1-12.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm。粗、细管的直径分别为60×3.5mm与φ42×3mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？ [答：（1）4.41J/kg；（2）4.41×103Pa] 1-13.密度为850kg/m3、粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147×103Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5×103Pa？ [答：（1）1.49×103；（2）4.95mm；（3）14.93m] 1-14.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为φ76×4mm的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。 溶液的密度为1073kg/m3，粘度为6.3×10-4Pa·s。管壁绝对粗糙度ε可取为0.3mm。 [答：1.63kW] 1-15.从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/h（在操作条件下），其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，其读数为30mm。输入管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96×103Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为0.15mm，大气压强为101.33×103Pa。求鼓风机的有效功率。 [答：3.09kW] 本知识点旨在解决柏努利方程式中Σhf的计算及管截面上速度分布问题。 一. 概述 1．流动阻力产生的原因 流体有粘性，流动时产生内摩擦——阻力产生根源 固体表面促使流动流体内部发生相对运动——提供了流动阻力产生的条件。 流动阻力大小与流体本身物性（主要为m，r），壁面形状及流动状况等因素有关。 2．流动阻力分类 流体在管路中流动的总阻力 由直管阻力与局部阻力两部分构成，即 (1-40) 式中? 、 分别为直管阻力损失和各种局部阻力损失，J/kg。 3．阻力的表现形式——压强降Δ 流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，称为压强降，即： 值得强调指出的是：Δ 表示1m3流体在流动系统中仅仅是流动阻力所消耗的能量，它是一个符号，Δ并不代表增量。两截面间的压强差Δp是由多方面因素引起的，如 通常，Δ 与Δ 在数值上并不相等，只有当流体在一段无外功的水平等径管内流动时，两者在数值上才相等。 二. 流体在直管中的流动阻力 （一）计算圆形直管阻力的通式 推倒计算圆形直管阻力通式的基础，是流体作定态流动时受力的平衡。 流体以一定速度在圆管内流动时，受到方向相反的两个力的作用；一个是推动力，其方向与流动方向一致；另一个是摩擦阻力，其方向与流动方向相反。当这两个力达平衡时，流体作定态流动。 现分析不可压缩流体以速度u在一段水平直管内作定态流动的情况。 在图中1-1’与2-2’两截面之间（以管中心线为基础水平面）列柏努利方程式并化简，得到 （1-41） ? 流体在直径为d，