管内流体流动的摩擦阻力损失课件.ppt

1、2022-6-21第第第第第第 一一一一一一 章章章章章章 流流流流流流 体体体体体体 流流流流流流 动动动动动动一、直管中摩擦阻力一、直管中摩擦阻力的测定的测定二、管路上的局部阻力二、管路上的局部阻力三、管路系统中的总能量损失三、管路系统中的总能量损失第第第第第第 四四四四四四 节节节节节节 管内流体流动的管内流体流动的管内流体流动的管内流体流动的管内流体流动的管内流体流动的摩擦阻力损失摩擦阻力损失摩擦阻力损失摩擦阻力损失摩擦阻力损失摩擦阻力损失2022-6-21 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

2、：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。2022-6-21:fh单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。 fH：单位重量流体流动时所损失的机械能 ，m。fhfhfh压头损失ffhgH管径的表示方式：ABA：管外径；B：壁厚。2022-6-21一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力 1、直管中流体摩擦阻力损失的测定、直管中流体摩擦阻力损失的测定 fhpugZpugZ22221

3、211222022-6-2112 uu12fPPPhfhpugZpugZ22221211221212fpphg ZZ-等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。对于水平管：对于水平管：注意：注意： 同一根直管，无论水平安装还是坚直安装，hf应相同。2022-6-212、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式 111ApP 222ApP SF214dp224dpdl2022-6-21021FPP0442221dldpdpdldpp2214dlpp4212022-6-21dlhf4dlhf4圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式 与fhPP21比较，得

4、：3、公式的变换、公式的变换 dlhf422422udluhf28u令2022-6-21 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式范宁公式。 （ 对于层流或湍流都适用）22udlhf 为无因次的系数，称为摩擦因数 。)/(Re,df2022-6-21 4. 层流时的摩擦损失层流时的摩擦损失2max4RlPu2dR uu2max2)2(42dlPulPduf3222/32dluPf 哈根-泊谡叶公式 与范宁公式 22udlPf对比，得：du64du64Re/64 层流流动时与Re的关系2022-6-215、管壁粗糙度对摩擦系数的影响、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

5、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，以表示 。绝对粗糙度与管道直径的比值 即 /d 。2022-6-21光滑管流动光滑管流动完全粗糙管完全粗糙管2022-6-21思考：思考：层流流动时，当体积流量为V的流体通过直径不同的管路时, Pf与管径d的关系如何？ 22432ddVlPsf4128dlVS41dPf可见：2022-6-215. 直管内湍流流动的阻力损失直管内湍流流动的阻力损失 湍流流动，由量纲分析法得：2ebfPlduKdud 2Re,2fpluhdddRe,1b 2022-6-212022-6-211）摩擦因数图摩擦因数图 a)

6、层流区：Re2000，与Re成直线关系，=64/Re。b)过渡区：2000Re4000，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)湍流区湍流区：Re4000且在图中虚线以下处时，值随Re数的 增大而减小。 d)完全湍流区完全湍流区： 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，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，称作阻力平方区阻力平方区 。 2022-6-212) 值的经验关系式值的经验关系式 A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式0.250.3164Re 适用范围为Re=2.51031105 B、考莱布鲁克(

7、Colebrook)公式1/2.512lg3.7Red 适用范围：光滑管，粗糙管，直至完全湍流区 2022-6-217. 非圆形管内的摩擦损失非圆形管内的摩擦损失 对于圆形管道，流体流径的管道截面为:24d流体润湿的周边长度为: d de=4流道截面积/润湿周边长度C、哈兰德(Haaland)公式1.111/6.91.8lg3.7Red 2022-6-21对于长宽分别为a与b的矩形管道：)(24baabde对于一外径为d1的内管和一内径为d2的外管构成的环形通道baab2)()44(4212122ddddde12dd 二、二、二、二、二、二、局部阻力损失局部阻力损失局部阻力损失局部阻力损失局部

8、阻力损失局部阻力损失1、局部阻力损失的计算、局部阻力损失的计算 1）阻力系数法）阻力系数法 2022-6-2122fuh为局部阻力系数 ，由实验测定 。a) 突然扩大与突然缩小 22uhf021AA u：取小管的流速管出口1eb) 管出口和管入口 管出口相当于突然扩大, 流体自容器进入管内，相当于突然缩小 A2/A10， 管进口阻力系数，c=0.5。2121AA突然扩大:突然缩小:2210.5 1AA2022-6-212022-6-21 2）当量长度法）当量长度法 22udlhef le为管件的当量长度。 c) 管件与阀门 不同管件与阀门的局部阻力系数可从手册中查取。管件与阀门的当量长度由试验

9、测定，湍流时，可查共线图。三、管路中的总能量损失三、管路中的总能量损失三、管路中的总能量损失三、管路中的总能量损失三、管路中的总能量损失三、管路中的总能量损失管路系统中总能量损失管路系统中总能量损失=直管阻力直管阻力+局部祖力局部祖力 对直径相同的管段：22fluhd2)(2udlle2022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-212022-6-21 例：例：用泵把20的苯从地下储罐送到高位槽

10、，流量为300 l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用894mm的无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（可粗略的按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm的无缝钢管，直管长度为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定。试求泵提供的能量试求泵提供的能量W。2022-6-21分析：分析：W柏努利方程Z、u、P已知求hf管径不同吸入管路排出管路ffhh范宁公式l、d已知求求Re、/d摩擦因数图当量长度阻力系数查图2022-6-21解：解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下

11、游截面2-2， 并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。2211221222fupupgZWgZh式中：mZ10 Z021表）(021 pp021 uu9.81 10fWhfh1 .98（1）吸入管路上的能量损失ahf,2022-6-21ahahahfff,2),(2acaeaaudall式中mmmda081. 0814289mla15管件、阀门的当量长度为管件、阀门的当量长度为： 底阀(按旋转式止回阀全开时计） 6.3m 标准弯头 2.7mmale97 . 23 . 6, 进口阻力系数 c=0.52022-6-212081. 04601000300ausm/97. 0苯的密度为

12、880kg/m3，粘度为6.510-4PasaaaudRe4105 . 688097. 0081. 051006. 1取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037， 查得=0.029)5 . 0081. 0915029. 0(,ahfkgJ /28. 42022-6-21（2）排出管路上的能量损失）排出管路上的能量损失 hf,b2),(2,bebebbbfudbllh式中:mmmdb05. 0505 . 3257mlb50管件、阀门的当量长度分别为：全开的闸阀 0.33m全开的截止阀 17m三个标准弯头 1.63=4.8 mmble13.228 . 41733. 0,2022-6-21出口阻力系数 e=1205. 04601000300busm/55. 24105 . 688055. 205. 0Reb51073. 1仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006，查得=0.0313255. 2) 105. 013.22500313. 0(,2bhfkgJ /1502022-6-21（3）管路系统的总能量损失）管路系统的总能量损失:bhahhfff,15028.4kgJ /3 .15498.1 154.3WkgJ /4 .252