01流体流动(4)_流体流动阻力

南京理工大学化工学院化学工程系第一章流体流动——（4）流体流动阻力化工原理（上）南京理工大学化工学院化学工程系1.4流体流动阻力1.4.1直管阻力1.4.2局部阻力南京理工大学化工学院化学工程系一、定义：直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。1.4.1直管阻力南京理工大学化工学院化学工程系流体在水平等径直管中作定态流动。fhpugzpugz222212112121南京理工大学化工学院化学工程系21uu21zz21pphf若管道为倾斜管，则)()(2211gzpgzphf流体的流动阻力表现为机械能的减少；水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。南京理工大学化工学院化学工程系由于压力差而产生的推动力：4221pdppF流体的摩擦力：dlAF2822udluhf二、直管阻力的通式南京理工大学化工学院化学工程系——直管阻力通式（范宁Fanning公式）——摩擦系数（摩擦因数）则22udlhfJ/kg令28u南京理工大学化工学院化学工程系其它形式：压头损失gudlHf22m压力损失22udlpfPa该公式层流与湍流均适用；注意与的区别。pfp南京理工大学化工学院化学工程系max21uu221max4)(Rlppu速度分布方程2dR22132)(dlupp232dlupf又——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程三、层流时的摩擦系数南京理工大学化工学院化学工程系232dluhf能量损失层流时阻力与速度的一次方成正比。2Re6426432222udludluddluhfRe64变形：比较得南京理工大学化工学院化学工程系1.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；粗糙管：钢管、铸铁管等。绝对粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值。d四、湍流时的摩擦系数南京理工大学化工学院化学工程系层流流动时：流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与无关，只与Re有关。d南京理工大学化工学院化学工程系湍流流动时：水力光滑管只与Re有关，与无关。d南京理工大学化工学院化学工程系完全湍流粗糙管只与有关，与Re无关。d南京理工大学化工学院化学工程系2.因次分析法目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。基础：因次一致性即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。南京理工大学化工学院化学工程系化学工程中通常以影响因素的幂函数形式表示各因素对所研究量的影响，即表示为如下代数解析式：nanaanxxKxxxxf212121),,,(南京理工大学化工学院化学工程系基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N＝（n－m）个独立的无因次数群表示。南京理工大学化工学院化学工程系湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：，（2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流动条件：u,,,,,ldufpf南京理工大学化工学院化学工程系物理变量n＝7基本因次m＝3无因次数群N＝n－m＝4ddludupf,,2无因次化处理即该过程可用4个无因次数群表示。南京理工大学化工学院化学工程系d——相对粗糙度dl——管道的几何尺寸udRe——雷诺数2upEuf——欧拉（Euler）准数南京理工大学化工学院化学工程系根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即ddlupfRe,22Re,uddlphff或)(Re,d南京理工大学化工学院化学工程系莫狄（Moody）摩擦因数图：南京理工大学化工学院化学工程系（1）层流区（Re≤2000）λ与无关，与Re为直线关系，即,即与u的一次方成正比。dRe64uhffh（2）过渡区（2000Re4000)将湍流时的曲线延伸查取λ值。南京理工大学化工学院化学工程系（3）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域）)(Re,df（4）完全湍流区（虚线以上的区域）λ与Re无关，只与有关。d该区又称为阻力平方区。2uhfd一定时，南京理工大学化工学院化学工程系经验公式：（1）柏拉修斯（Blasius）式：25.0Re3164.0适用光滑管Re＝5×103～105（2）考莱布鲁克（Colebrook）式Re7.182log274.11d南京理工大学化工学院化学工程系当量直径：Ad44e＝润湿周边流通截面积五、非圆形管内的流动阻力AppF21pAlAFphp南京理工大学化工学院化学工程系套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2:12122122e44ddddddd边长分别为a、b的矩形管:baabbaabd2)(24e南京理工大学化工学院化学工程系说明：（1）Re与hf中的直径用de计算；（2）层流时：ReC正方形C＝57套管环隙C＝96（3）流速用实际流通面积计算。南京理工大学化工学院化学工程系一、阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数。22'fuh或guH22'fζ——局部阻力系数J/kgJ/N=m1.4.2局部阻力南京理工大学化工学院化学工程系小管中的大速度——121'221u210)1(uhAAf1.突然扩大南京理工大学化工学院化学工程系小管中的大速度222'20225.00)1(uuhAAf2.突然缩小南京理工大学化工学院化学工程系3.管进口及出口进口：流体自容器进入管内。ζ进口=0.5进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间。ζ出口=1出口阻力系数4.管件与阀门南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系蝶阀南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系南京理工大学化工学院化学工程系gudlHudlh222e'f2e'f或二、当量长度法将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为le的直管所产生的阻力。le——管件或阀门的当量长度，m。南京理工大学化工学院化学工程系总阻力：2)(222efudludllh减少流动阻力的途径：管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；尽量不安装不必要的管件和阀门等；管径适当大些。南京理工大学化工学院化学工程系例1如图所示，料液由常压高位槽流入精馏塔中。进料处塔中的压力为0.2at（表压），送液管道为φ45×2.5mm、长8m的钢管。管路中装有180°回弯头一个，全开标准截止阀一个，90°标准弯头一个。塔的进料量要维持在5m3/h，试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米？hpa