管壁粗糙度对摩擦系数的影响

第一章流体流动第四节流体在管内的流动阻力——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。fhfhfh:fh单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。：ghf单位重量流体流动时所损失的机械能，m。:fh单位体积的流体流动时所损失的机械能，Pa。是流动阻力引起的压强降。)(fP注意：fP与柏努利方程式中两截面间的压强差P的区别fehWPuZg22fehuZgWPPP2212)(fP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：fP只是一个符号；fP并不是两截面间的压强差，P1.3、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。一、流体在直管中的流动阻力1、计算圆形直管阻力的通式fhpugZpugZ222212112221uufhPP21垂直作用于截面1-1’上的压力：111ApP垂直作用于截面2-2’上的压力：222ApP平行作用于流体表面上的摩擦力为：SF021FPP0442221dldpdp214dp224dpdldldpp2214dlpp42122udlhPff——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）22udlhf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。4.滞流时的摩擦损失与范宁公式22udlPf对比，得：du64du64Re/64——滞流流动时λ与Re的关系二、局部阻力损失1、局部阻力损失的计算1）阻力系数法22uhfξ为阻力系数，由实验测定。a)突然扩大与突然缩小22uhf021AAu：取小管的流速ξ可根据小管与大管的截面积之比查图。管出口1eb)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/A1≈0，管进口阻力系数，ξc=0.5。表各种管件、阀门及流量计等以管径计的当量长度2）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测定，湍流时，可查共线图。三、管路中的总能量损失管路系统中总能量损失=直管阻力+局部祖力对直径相同的管段：22udlhf2)(2udlle例：用泵把20℃的苯从地下储罐送到高位槽，流量为300l/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用φ89×4mm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φ57×3.5mm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。试求泵的轴功率。设泵的效率为70%。解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面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。fehpugZWpugZ2222121122式中：mZ10Z021表）(021pp021uufehW1081.9fh1.98（1）吸入管路上的能量损失ahf,ahahahfff,,,2),(2acaeaaudall式中mmmda081.0814289mla15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ξc=0.52081.04601000300ausm/97.0苯的密度为880kg/m3，粘度为6.5×10-4Pa·saaaudRe4105.688097.0081.051006.1取管壁的绝对粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/81=0.0037，查得λ=0.029)5.0081.0915029.0(,ahfkgJ/28.4（2）排出管路上的能量损失∑hf,b2),(2,bebebbbfudbllh式中:mmmdb05.0505.3257mlb50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1.6×3=4.8mmble13.228.41733.0,205.04601000300busm/55.24105.688055.205.0Reb51073.1仍取管壁的绝对粗糙度ε=0.3mm，ε/d=0.3/50=0.006，查得λ=0.0313255.2)105.013.22500313.0(,2bhfkgJ/150（3）管路系统的总能量损失:bhahhfff,,15028.4kgJ/3.1543.1541.98eWkgJ/4.252苯的质量流量为：ssVW880601000300skg/4.4泵的有效功率为：seeWWN4.44.252W6.1110kW11.1泵的轴功率为：/eNN7.0/11.1kW59.1随堂习题1.流体流动时的阻力分为和。由于流体内摩擦力而引起的是。2.流体阻力产生根源是。3.滞流流动时λ与Re的关系是。3.简述范宁公式的表达式及其中各个量的含义。4.有一套管换热器，内管的外径为25mm，外管的内径为46mm，冷冻盐水在套管的环隙中流动。盐水的质量流量为3.73t/h，密度为1150kg/m3,黏度为1.2×10-3Pa·s，试判断盐水的流动类型。•5.某离心泵在输液量为280L/min时的扬程为18m。问该泵是否能将密度为1060kg/m3、流量为15m3/h的液体从敞口贮槽输送到8.5m、表压为0.03MPa的设备中。已知管路尺寸为703.5、管长为124m（包括所有局部阻力的当量长度），摩擦系数取为0.03。