23液体流动时的压力损失解析课件.ppt

1、2.3 2.3 液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失2.3.02.3.0液体的流动状态液体的流动状态液体流动时两种状态：液体流动时两种状态：层流和紊流层流和紊流层流层流:流速低、粘性力起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的流速低、粘性力起主导作用，液体的能量主要消耗在液体之间的摩擦损失上。摩擦损失上。紊流紊流：流速高，惯性力起主导作用，液体的能量主要消耗在动能损失上流速高，惯性力起主导作用，液体的能量主要消耗在动能损失上。R eu d临界雷诺数临界雷诺数RecrRecr是液体从层流状态到紊流状态的定量描述。雷诺数Re小于临界雷诺数Recr时，液流为层流；反之，为紊流。物理意义物理意义：

2、雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比雷诺数是液流的惯性作用对粘性作用的比。1）雷诺数较大时，惯性力起主导作用，液体处于紊流状态；）雷诺数较大时，惯性力起主导作用，液体处于紊流状态；2）雷诺数较小时，粘性力起主导作用，液体处于层流状态。）雷诺数较小时，粘性力起主导作用，液体处于层流状态。雷诺数雷诺数ReRe雷诺数是液体在管道中流动状态的判别数。雷诺数Re相同，它的流动状态也就相同。与参数平均流速u，管道的直径d，液体的运动粘度有关紊流时紊流时 取取=1=1，=1=1；层流时层流时 取取=2=2，=4/3=4/3。雷诺数雷诺数 与动能修正系数与动能修正系数和动量修正系数和动量修正系数的关系的关系常

3、见液流管道的临界雷诺数常见液流管道的临界雷诺数1）沿程压力损失：）沿程压力损失：A)层流层流B)紊流紊流2）局部压力损失）局部压力损失2.3.1压力损失分类压力损失分类 2.3.2沿程压力损失沿程压力损失 半径为r，长度为l，压力为p1和p2，内摩擦力为Ff。液体在等径直管中流动时，因摩擦和质点的相互扰动而产生的压力液体在等径直管中流动时，因摩擦和质点的相互扰动而产生的压力损失被称为沿程压力损失。层流，紊流。损失被称为沿程压力损失。层流，紊流。1 1层流时的沿程压力损失层流时的沿程压力损失 1）求质点速度分布）求质点速度分布力平衡方程：fFrpp221)(由牛顿液体内摩擦定律：drdurlFf

4、/221ppprdrlpdu2令沿程压力损失 得积分，由边界条件：当r=R时，u=0，得：)(422rRlpu在层流时，质点在沿半径方向速度分布方程在层流时，质点在沿半径方向速度分布方程讨论：讨论：a）质点的流速在半径方向上按抛物线规律分布。质点的流速在半径方向上按抛物线规律分布。b）最大值最大值r=0，22max164dlpRlpuc）最小值最小值r=R，0minu2)求流断面的平均速度求流断面的平均速度断面的流量rdrrRlpurdrudAdq)(42222平均速度pldplRrdrrRlpqR1288)(4244220pldplddAqv3212841242可知：平均流速可知：平均流速v

5、为最大流速为最大流速 的的1/2。232 lvpd微元体的流量3)求沿程压力损失求沿程压力损失 p22max164dlpRlpu最大速度maxu可知：层流时，其沿程压力损失与液体粘度、管长、流速成正可知：层流时，其沿程压力损失与液体粘度、管长、流速成正比，而与管径的平方成反比。比，而与管径的平方成反比。22223264642Re22lvpdlvlvlvdv ddd(2.33)引入雷诺数Re式中式中 为沿程阻力系数。为沿程阻力系数。对于光滑管，对于光滑管，；对于粗糙管，对于粗糙管，查图查图2.172.17所示的关系曲线中。所示的关系曲线中。2紊流时的沿程压力损失紊流时的沿程压力损失22vdlp为

6、管壁的绝对粗糙度；称为相对粗糙度。)/(Re,dfd/25.0Re3164.0阻力系数 是雷诺数和粗糙度的函数2.3.32.3.3局部压力损失局部压力损失 液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流方向和流速发生变化，在这些地方形成旋涡、气穴，并发生强烈的撞液流方向和流速发生变化，在这些地方形成旋涡、气穴，并发生强烈的撞击现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失击现象，由此而造成的压力损失称为局部压力损失。阀类元件局部压力损失阀类元件局部压力损失pvpv的实际计算常用公式为的实际计算常用公式为 22vp式中

7、：局部阻力实数。2)(nnvqqpp式中：阀在额定流量 下的压力损失（可以从阀的产品样本或设计手册中 查出）通过阀的实际流量；阀的额定流量。npnqqnq2.3.42.3.4管路系统总压力损失管路系统总压力损失所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即：所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，即：ppp 减少压力损失的措施减少压力损失的措施1 1）减小流速；）减小流速；2 2）缩短管道长度；）缩短管道长度；3 3）减少管道截面突变；）减少管道截面突变；4 4）提高管道直径；）提高管道直径；5 5）降低粗糙度。）降低粗糙度。例例2.8 如图2.18所示，某液压泵装在油箱油面以下。液压泵的流量q=

8、25L/min，所用液压油的运动粘度 ，油液密度 ，吸油管为光滑圆管，管道直径d=20mm，过滤器的压力损失为 ，试求油泵入口处的绝对压力。smm/2023/900mkgPa5102.0解：解：取泵吸油管的管轴为基准面，列出油箱液面1-1和泵吸油腔断面2-2的伯努利方程为：wpvghpvghp22222211112121其中两断面上的参数为，511.013 10,appPasmsmdqAqv/326.1/60102102544423222其流速为：10.7,hm0,121vvv因此可设20h？0利用伯努利方程利用伯努利方程为确定动能修正系数 和沿程损失 需要先判定流态。由雷诺数公式得：wppp 2p2261.326 0.02Re1326Re232020 10v dcr由此可知 =2；2PaPadlvp57302.0326.13.010209003232262由断面1-1到2-2的总能量损失液体属于层流态。液体属于层流态。沿程损失为：局部压力损失为：50.2 10pPa则总压力损失为：42 10wpppPa 524411.013 10900 9.81 0.7900 2 1.3262 1028.5 10 Pa wpvghpp22211221代入伯努利方程中，可得油泵入口处的绝对压力为代入伯努利方程中，可得油泵入口处的绝对压力为：结结 束束