化工原理管内流体流动的摩擦阻力损失.ppt

2020/3/18 （ 2 ）顾毓珍式 38 . 0 Re / 7546 . 0 01227 . 0 ? ? ? 适用于 Re ＝ 3 × 10 3 ～ 3 × 10 6 【 光滑管、粗糙管都适用的公式 】 考莱布鲁克（ Colebrook ）式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Re 51 . 2 7 . 3 / lg 2 1 d 此式适用于湍流区的光滑管与粗糙管直至完全湍流区。 2020/3/18 5 、管壁粗糙度对摩擦系数的影响 【 光滑管 】玻璃管、铜管、铅管及塑料管等称为光 滑管； 【 粗糙管 】钢管、铸铁管等。 （ 1 ） 管壁粗糙度的表示方法 【 绝对粗糙度 】管道壁面凸出部分的平均高度，称 为 绝对粗糙度 ， 以 ε 表示。 【 相对粗糙度 】绝对粗糙度与管径的比值即 ε / d ，称 为 相对粗糙度 。 2020/3/18 管道类别 绝对粗糙度 / mm 金属管 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 0.01 ～ 0.05 0.1 ～ 0.2 0.3 0.2 ～ 0.3 0.5 以上 0.85 以上 非金属管 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 0.0015 ～ 0.01 0.01 ～ 0.03 0.25 ～ 1.25 0.45 ～ 6.0 0.33 0.03 ～ 0.8 某些工业管道的绝对粗糙度 2020/3/18 （ 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 。 2020/3/18 流体作层流流动时，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 2020/3/18 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 δ 大于管壁的绝对粗糙度 ε ，即 δ ε 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 2020/3/18 ②随 Re 的增加，层流内层的厚度逐渐减薄，当 δ ε 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 。 2020/3/18 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 。 2020/3/18 五、局部阻力损失 1 、局部阻力定义及形成的原因 【 定义 】化工管路中的管件种类繁多。流体流过各 种 管件、阀门 所产生阻力损失称为局部阻力损失。 【 局部阻力损失形成的原因 】 （ 1 ）与管路的壁面发生碰撞；（如流过弯头） （ 2 ）由于流道的急剧变化使 流动边界层分离 ，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。（如流过阀门） 2020/3/18 边界层分离现象 2020/3/18 管 内 流 体 的 边 界 层 分 离 现 象 猫眼现象 P 1 小 u 1 大 u 2 小 P 2 大 2020/3/18 【 突然扩大现象 】 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。 2020/3/18 【 突然缩小现象 】 突然缩小时，由于流体有 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 。 2020/3/18 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 u 2 /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： 2 2 u h f ? ? ? ? 或 g u H f 2 2 ? ? ? ζ [zi:ta] —— 阻力系数 。 2020/3/18 （ 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 l e 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 l e 表示，单位为 m 。那么局部阻力损失为： 2 2 u d l h e f ? ? ? ? 或 g u d l H e f 2 2