阻力损失的计算方法.doc

1.5阻力损失 　 1.5.1 直管阻力和局部阻力? 化工管路主要由两部分组成：一种是直管，另一种是弯头、三通、阀门等各种管件。 直管造成的机械能损失称为直管阻力损失（或称沿程阻力损失） 管件造成的机械能损失称为局部阻力 注意? 将直管阻力损失与固体表面间的摩擦损失相区别 阻力损失表现为流体势能的降低 由机械能衡算式（1-42）可知： ?????? (1-71) ? 　 ?? 流体在直管中作层流流动时，因阻力损失造成的势能差可直接由式（1-68）求出： ??????? ?? ??????????????????????????? (1-72) 　 Poiseuille)方程。层流阻力损失遂为： ??????? ?????? ??????? ??????????????????(1-73) 　 　 　 1.5.2 实验研究的基本步骤如下： （1）析因实验－寻找影响过程的主要因素 对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能的列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失，经分析和初步实验获知诸影响因素为： 流体性质：密度ρ、粘度μ； 流动的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度ε（管内壁表面高低不平）： 流动条件：流速u。 于是待求的关系式为： ????????????????? (1-74) ? （2）规划实验－减少实验工作量 因次分析法的基础是：任何物理方程的等式两边或方程中的每一项均具有相同的因次，此称为因次和谐或因次的一致性。 以层流时的阻力损失计算式为例，式（1-73）可写成如下形式 ????????????????? (1-75) ? ? 式中每一项都为无因次项，称为无因次数群。 换言之，未作无因次处理前，层流时阻力的函数形式为： ??????????????????????? (1-76) 　 ???????????????????????? (1-77) ? 湍流时的式（1-74）也可写成如下的无因次形式 ???????????????????????? ?(1-78) 　 　 3）数据处理－实验结果的正确表达 获得无因次数群之后，各无因次数群之间的函数关系仍需由实验并经分析确定。方法之一是将各无因次数群（π1、π2、π3……）之间的函数关系近似的用幂函数的形式表达， ?????????? ????????????????????????????? ?(1-79) 　 ?????? (1-80) ? 对式（1-78）而言，根据经验，阻力损失与管长l成正比，该式可改写为 ?????????????????????????? ?(1-81) ? 　 　 1.5.3 统一的表达方式　　对于直管阻力损失，无论是层流或湍流，均可将式（1-81）改写成如下的 ?????????????????????????????? (1-82) 　 　 式（1－82）中摩擦系数λ为Re数和相对粗糙度的函数，即 ?????????????????????????????? (1-83) 　 　 Re2000的层流直管流动，根据理论推导，将式（1-73）改写成（1-82） 的形式后可得： ???? ????????????? ???????? (1-84) 　 ?? ????????????? (1-85) 　 　 Re和相对粗糙度ε/d求出λ值，工程上为避免试差迭代，也为了使λ与Re、ε/d的关系形象化，将式（1-84）、式（1-85）制成图线。见图1-34 ? 该图为双对数坐标。Re2000为层流，logλ随logRe直线下降，由式（1-84）可知其斜率为-1。此时阻力损失与流速的一次方成正比。 在Re=2000~4000的过渡区内，管内流型因环境而异，摩擦系数波动。 当Re4000，流动进入湍流区，摩擦系数λ随雷诺系数Re的增大而减小。 此时式（1-85）右方括号中第二项可以略去，即???? ? ?????????????????????? (1-86) 　 　 实际管的当量粗糙度 非圆形管的当量直径 实验证明，对于非圆形管内的湍流流动，如采用下面定义的当量直径代替圆管直径，其阻力损失仍可按式（1-82）和图1-34进行计算。 ????????????????? (1-87) 　 　 　 1.5.4 突然扩大与突然缩小??? 突然扩大时产生阻力损失的原因在于边界层脱体。流道突然扩大，下游压强上升，流体在逆压强梯度下流动，极易发生边界层分离而产生旋涡，如图1-35a。流道突然缩小时，见图1-35b。 局部阻力损失的计算－局部阻力系数与当量长度 通常采用以下近似方法。 （１）???? ???????????????? ?????(1-88) ? （２）?? ?????????????????????????