第五节流体在管内的流动阻力概述.ppt

第五节 流体在管内的流动阻力 一、流体在直管中的流动阻力 1、计算圆形直管阻力的通式 二、局部阻力损失 * ——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。 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。 单位体积的流体流动时所损失的机械能 ，Pa , 表示，是流动阻力引起的压强降。 注意： 与柏努利方程式中两截面间的压强差 的区别 △表示的不是增量，而△P中的△表示增量； 2、一般情况下，△P与△Pf在数值上不相等； 注意： 只是一个符号 ； 并不是两截面间的压强差 1. 3、只有当流体在一段既无外功加入、直径又相同的水平管 内流动时， △P与压强降△Pf在绝对数值上才相等。 垂直作用于截面1-1’上的压力 ： 垂直作用于截面2-2’上的压力 ： 平行作用于流体表面上的摩擦力为 ： ——圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式 与 比较，得： 2、公式的变换 ? —— 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。 λ为无因次的系数，称为摩擦因数 。 3、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ε表示 。 绝对粗糙度与管道直径的比值 即ε /d 。 层流 湍流 4. 滞流时的摩擦损失 ——哈根-泊谡叶公式 与范宁公式 对比，得： ——滞流流动时λ与Re的关系 5、湍流时的摩擦系数与因次分析法 求 △Pf 实验研究建立经验关系式的方法 基本步骤： 通过初步的实验结果和较系统的分析，找出影响过程的主要因素，也就是找出影响过程的各种变量。 利用因次分析，将过程的影响因素组合成几个无因次数群，以期减少实验工作中需要变化的变量数目。 建立过程的无因次数群，一般常采用幂函数形式，通过大量实验，回归求取关联式中的待定系数。 因次分析法 特点：通过因次分析法得到数目较少的无因次变量，按无因次变量组织实验，从而大大减少了实验次数，使实验简便易行。 依据：因次一致性原则和白金汉(Buckinghan)所提出的π定理。 i=n-m 凡是根据基本的物理规律导出的物理量方程 式中各项的因次必然相同，也就是说，物理 量方程式左边的因次应与右边的因次相同。 湍流时影响阻力损失的主要因素有： 管径 d 管长 l 平均速度 u 流体密度 ρ 粘度μ 管壁粗糙度ε 湍流摩擦系数的无因次数群： 因次一致原则 ： π定理： 用幂函数表示为： 以基本因次质量（M）、长度(L)、 时间(t) 表示各物理量： 代入（1）式，得： 以b，f，g表示a，c，e，则有： 代入（1）式，得： 整理，得： 因此： 式中： 数群（4）=变量（7）-基本因次（3） 管子的长径比； 雷诺数Re； 欧拉准数，以Eu表示 。 6. 直管内湍流流动的阻力损失 湍流流动，取 l/d 的指数 b=1 。 a)层流区：Re≤2000，λ与Re成直线关系，λ=64/Re。 b)过渡区：2000＜Re＜4000，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：Re≥4000且在图中虚线以下处时，λ值随Re数的 增大而减小。 d)完全湍流区： 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，λ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 。 1）摩擦因数图 1）摩擦因数图 随着Re数的增大，?/d对?的影响越来越重要，相反，Re数对?的影响却越来越弱。Why？ 2) λ值的经验关系式 柏拉修斯(Blasius)光滑管公式 适用范围为Re=3×103～1×105 7. 非圆形管内的摩擦损失