化工原理第一章管内流体流动的摩擦阻力损失2008.pptVIP

第四节 流体在管内的流动阻力损失 一、流体在直管中的流动阻力 二、管路上的局部阻力 三、管路系统中的总能量损失 0.0015～0.010.01～0.030.25～1.250.45～6.00.330.03～0.8 干净玻璃管橡皮软管木管道陶土排水管很好整平的水泥管石棉水泥管 非金属管 0.01～0.050.1～0.20.30.2～0.30.5以上0.85以上 无缝黄铜管、钢管及铝管新的无缝铜管或镀锌铁管新的铸铁管具有轻度腐蚀的无缝钢管具有显著腐蚀的无缝钢管旧的铸铁管 金属管 绝对粗糙度/mm 管道类别 某些工业管道的绝对粗糙度 （2）管壁粗糙度对摩擦系数的影响 管壁粗糙度对流动阻力或摩擦系数的影响，主要是由于流体在管道中流动时，流体质点与管壁凸出部分相碰撞而增加了流体的能量损失，其影响程度与管径的大小有关，因此在摩擦系数图中用相对粗糙度ε/d，而不是绝对粗糙度ε。 流体作层流流动时，流体层平行于管轴流动，层流层掩盖了管壁的粗糙面，同时流体的流动速度也比较缓慢，对管壁凸出部分没有什么碰撞作用，所以层流时的流动阻力或摩擦系数与管壁粗糙度无关，只与Re有关。 层流流动时 ①流体作湍流流动时，靠近壁面处总是存在着层流内层。如果层流内层的厚度δL大于管壁的绝对粗糙度ε，即δLε时，此时管壁粗糙度对流动阻力的影响与层流时相近，称为水力光滑管。 湍流流动时——三种情况 ②随Re的增加，层流内层的厚度逐渐减薄，当δLε时，壁面凸出部分伸入湍流主体区，与流体质点发生碰撞，使流动阻力增加。 ③当Re大到一定程度时，层流内层可薄得足以使壁面凸出部分都伸到湍流主体中，质点碰撞加剧，致使粘性力不再起作用，而包括粘度μ在内的Re不再影响摩擦系数的大小，流动进入了完全湍流区，此为完全湍流粗糙管。 五、局部阻力损失 1、局部阻力形成的原因 化工管路中的管件种类繁多。流体流过各种管件都会产生阻力损失。这种阻力损失是由管件内的流道多变所造成，因而称为局部阻力损失。 局部阻力损失是由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量漩涡，使流体质点运动受到干扰，因而消耗能量，产生阻力。 边界层分离现象 突然扩大现象 流体流过如图所示的突然扩大管道时，由于流股离开壁面成一射流注入了扩大的截面中，然后才扩张到充满整个截面。由于流道突然扩大，下游压强上升，流体在逆压强梯度下流动，射流与壁面间出现边界层分离，产生漩涡，因此有能量损失。 突然缩小现象 突然缩小时，流体在顺压强梯度下流动，不致于发生边界层脱离现象，因此在收缩部分不会发生明显的阻力损失。但流体有惯性，流道将继续收缩至A－A面后又扩大。这时，流体在逆压强梯度下流动，也就产生了边界层分离和漩涡。因此也就产生了机械能损失，由此可见，突然缩小造成的阻力主要还在于突然扩大。 2、局部阻力损失的计算 （1） 阻力系数法 近似地将克服局部阻力引起的能量损失表示成动能u2/2的一个倍数。这个倍数称为局部阻力系数，用符号ζ表示，即： 或 ζ[zi:ta]——阻力系数 。 （2） 当量长度法 把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同，长度为le的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度，以le表示，单位为m。那么局部阻力损失为： 或 对于非圆形管内的湍流流动，仍可用在圆形管内流动阻力的计算式，但需用非圆形管道的当量直径代替圆管直径。 在层流情况下，当采用当量直径计算阻力时，还应对λ的计算式进行修正，改写为： （3）非圆形管道的流动阻力 某些非圆形管的常数C值 73 62 96 53 57 常数C 长方形 长:宽＝4:1 长方形长:宽＝2:1 环形 等边三角形 正方形 非圆形管的截面形状 （4）阻力系数与当量长度的获取 ①一般情况下，通过实验测定； ②通过有关公式计算，如（1－57）P44； ③从数据手册中查找，如表1－2(P43)； ④查实验曲线图； ⑤查共线图。 突然扩大和突然缩小的阻力系数 * * 第一章 流体流动 一、流体在管内的流动阻力损失 1、阻力的存在——（一个实验） 2、流体流动阻力产生的原因 （1）流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力。 ——流动阻力产生的根源（内因） （2）固定的管壁或其他形状的固体壁面。 ——流动阻力产生的条件（外因） 流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。 3、阻力的分类 （1）直管阻力（沿程阻力）——流体流经一定管径的直管时所产生的阻力 ，是由于内部的粘性力导致的能量消耗。 化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是