《化工原理》课件 章节1-5阻力损失.ppt

第 1 章 流体流动与输送机械 1.5.1 流体在直管中的流动阻力 1.5.1.1阻力的表现形式 1.5.2.2 局部阻力的计算 (1)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。 le为管件的当量长度。 管件与阀门的当量长度由试验测定，湍流时，可查共线图。 (2)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的一个倍数。这个倍数称为局部阻力系数，用符号ξ 表示，即 ξ为阻力系数 ，由实验测定 。 注意 (1)以上两种方法均为近似估算方法，而且两种计算方法所得结果不会完全一致。但从工程角度看，两种方法均可。 (2)在管路系统中，直管摩擦损失与局部摩擦损失之和等于总摩擦损失，对等径管，则 显然，采用当量长度法便于将直管摩擦损失与局部摩擦损失合起来计算。 (3)长距离输送时以直管摩擦损失为主，短程输送时则以局部摩擦损失为主。 ①突然扩大: 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，然后才扩张道充满整个截面。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。 u：取小管的流速；ξ 可根据小管与大管的截面积之比查图 * * 1.5 阻力损失 1.5.1 直管阻力 1.5.2 局部阻力 1.5.3 管路中的总阻力 ——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 。 注意： 与柏努利方程式中两截面间的压强差 的区别 是流动阻力引起的压强降。 以 表示， △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： 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。 只是一个符号 ； 并不是两截面间的压强差 1. 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 ： 1.5.1.2 直管阻力的通式 ——圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式 与 比较，得： —— 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。（ 对于滞流或湍流都适用） 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 。 1.5.1.3 层流时的摩擦损失 ——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 思考：滞流流动时，当体积流量为qv的流体通过直径不同的管路时；△Pf与管径d的关系如何？ 可见： 1.5.1.4 湍流时的摩擦系数 求 △Pf 实验研究建立经验关系式的方法 (1) 量纲分析法 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。 因次一致原则 ：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。 π定理： i=n-m 湍流摩擦系数的无因次数群： 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 用幂函