2.4 流体阻力及管路计算

上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4流体阻力及管路计算上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备流体流动的阻力来源1、摩擦阻力2、局部阻力流体流经直管路时由流体内摩擦产生的阻力。fh沿程阻力jh流体流经管件、阀门、截面变化的部位时产生的阻力。形体阻力总阻力=摩擦阻力+局部阻力fjhhh上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备摩擦阻力局部阻力上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.1摩擦阻力损失上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.1摩擦阻力损失达西公式：22flwhd……(2-30)hf—摩擦阻力损失，Pa；d—管道的直径或当量直径，m；l—管道的长度，m；w—流体的平均流速，m/s；r—流体的密度，kg/m3；l—摩擦阻力系数；由公式可知，摩擦阻力与:(1)管长和动压头成正比l2ρw2(2)直径成反比d上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备(1)与摩擦系数l有关的因素(Re,)fdd—管道的内径；e/d—管壁的相对粗糙程度e—管壁内表面突出高度的平均值；金属管绝对粗糙度e非金属管绝对粗糙度e无缝黄铜管、铜管、铝管0.01—0.05干净玻璃管0.0015—0.01新的无缝钢管0.1—0.2橡皮软管0.01—0.03新的铸铁管0.3木管道0.25—1.25旧的铸铁管0.85平整水泥管0.33上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备光滑管：管道粗糙程度对摩擦系数的影响很小，与层流接近。(2)雷诺数与管道粗糙程度对摩擦系数的影响粗糙管：管道粗糙程度对摩擦系数的影响较大，使湍流加剧。Re2000时，粗糙度不影响摩擦系数Re4000时，粗糙度显著影响摩擦系数上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备Re2000时，粗糙度不影响摩擦系数Re4000时，粗糙度显著影响摩擦系数光滑管与粗糙管是相对的，对于同一个管，当流速较慢时是粗糙管，当流速增大到一定程度时管的粗糙度对摩擦系数起作用，原来所谓的光滑管就变成了粗糙管。方法是:(1)先根据已知的管道直径与粗糙度计算出相对粗糙度/d(2)再根据流速与直径、运动黏度系数计算出雷诺数Re(3)再根据雷诺数Re的值与相对粗糙度的值在莫迪图中找出的值/d计算摩擦系数的公式较多，很不变使用，工程上通过查莫迪图来求摩擦系数。上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备(3)莫迪图上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备(3)莫迪图①层流区，Re2000，在此区，摩擦系数l仅与雷诺数Re有关与相对粗糙度无关。/d②过渡区，2000Re4000，在此区的流态不稳定，如果保持层流则l随Re增大而减小，如果是湍流则l随Re增大而增大。与相对粗糙度无关。/d③湍流区，Re=4000，在这一区，摩擦系数l不仅与雷诺数Re有关还与相对粗糙程度有关。当一定时程度后，l的值下降缓慢，当Re一定时，l随的增加而增大。/dl随Re增大而减小，Re增大到某一/d/d上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备④完全湍流区(阻力平方区)，在此区域摩擦阻力系数l曲线趋于水平线。这时，l的值只随而变，与Re的大小无关。对于确定的管道，相对粗糙度为定值，l等于常数，流体流过截面的长度一定时，阻力hf与动能成正比，所以该区又称为阻力平方区。/d2/2w例题：2-15某热水采暖管道，输送80℃的热水，已知管内流速w=0.6m/s，管长l=10m，管内内径d=50mm，管壁的粗糙度e=0.2mm，试求该管道的阻力损失。上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备解：80℃时，水的运动黏度为2620.0037/0.3710/cmsms雷诺数60.60.05Re8100040000.3710wd(管内为湍流状态)Re=81000，相对粗糙度e/d=0.004，查表求得摩擦阻力系数l=0.03管道的阻力损失为22100.60.0270.927(/)20.052flwhJkgd上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.2局部阻力损失上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.2局部阻力损失局部阻力损失公式：22jwh……(2-53)hj—局部阻力损失，Pa；w—流体的平均流速，m/s；r—流体的密度，kg/m3；x—局部阻力系数；局部阻力损失与动压头成正比，与局部阻力系数x有关。局部阻力系数一般由实验测得。几种常见的局部阻力系数的求法：(1)突然扩大或突然缩小上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2121AA突然扩大突然缩小222110.710.21AAAA上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2121AA突然扩大突然缩小222110.710.21AAAA1.00.80.60.40.200.20.40.60.81.0上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备(2)进口与出口1A2A2A1A210AA0.5210AA1上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备管道设计的原则：尽可能减少局部扩大、收缩、拐弯的次数，避免突然扩大缩小和急转弯，以减少涡流，减低局部损失工业窑炉、通风管摩擦阻力和局部阻力分布：(1)管径较大、管长较短、拐弯较多时，局部阻力占主要地位。(2)细长的直管中，摩擦阻力占主要地位。上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备例题：2-16有一直径由d1突然扩大到d2的水平管道，设通过的水流量为Q，求：(1)突然扩大的水头损失；(2)两端管道中水流的压强差。0.63212d/d=解：(1)由公式22jwh流速214QQwd局部阻力系数221122110.36AdAd代入公式22140.362jQhdPa1122上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备换算成高度22140.36/2jjhhQhggd22412.88Qgdm(2)忽略摩擦阻力损失，在管道扩大的前后截面1-1，和2-2列伯努利方程1122221112221122jpwgzpwgzh由于12zz所以压强差2224412212124412()(5.128)2jwwQppphdddd上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.3管路计算上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.3管路计算2.4.3.1简单的管路的计算简单管路：单线、直径不变的管路称为简单管路简单管路1122在1-1面与2-2面列伯努利方程221112221122pwgzpwgzh由于管道直径不变，由连续性方程可知，管内各截面流速相等，所以方程简化为1122pgzpgzh其中22lwhd……(2-54)简单管路总阻力等于直管阻力与局部阻力之和，与流速的平方成正比。上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备2.4.3.2管路的串联与并联(1)串联管路不等直径的管路首尾顺次相接构成串联管路。串联管路Hd1d2d3f1f2f3特点：各管流量相等，且管路的总阻力等于各段管路阻力的和123QQQ……(2-55)123hhhh……(2-56)上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备(2)并联管路特点：总流量等于各支路流量之和，各支路压强差相等，各支路总阻力相等两根或两根以上的管道进口与进口、出口与出口相接构成并联管路。并联管路111,,Qdl222,,Qdl333,,QdlabQ123QQQQ……(2-57)123abhhhh……(2-58)上一内容下一内容回主目录返回热工基础—2流体力学基础及流体输送设备水泥窑外分解系统：回转窑与热风管的并联