单元06阻力计算与管路计算

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1、阻力计算与管路计算田文德田文德青岛科技大学化工原理教研室青岛科技大学化工原理教研室Tel: 84022026Email: 2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理1主要内容主要内容u直管阻力计算直管阻力计算u摩擦系数摩擦系数的确定的确定u局部阻力计算局部阻力计算u管路计算管路计算2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理21.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理3流体在管路中流动的阻力可分为流体在管路中流动的阻力可分为直管阻力直管阻力：流体流经一定管径的直管时，由于：流体流经一定管径的直管时，由于流体

2、内摩擦而产生的阻力；流体内摩擦而产生的阻力；局部阻力局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门及管：流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。力。fffhhh1.5.1 直管阻力计算直管阻力计算流动阻力引起的压强降流动阻力引起的压强降 (J/m3=Pa)不同于两截面间的压强差不同于两截面间的压强差2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理4fehWpuZg22fehuZgWppp2212ffph1.5.1 直管阻力计算直管阻力计算2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理51.5.1 直管阻力计算直管

3、阻力计算2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理6fhpp21fhpugZpugZ2222121122Z1=Z2u1=u2dldpp4)(221dlpp421224422udludlhf22824uu22udlhf22udlhpff1.5.2 摩擦系数摩擦系数的确定的确定2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理7摩擦系数摩擦系数，无因次，是，无因次，是雷诺数雷诺数与管壁与管壁粗糙度粗糙度的函数。的函数。管壁粗糙度可用绝对粗糙度与相对粗糙度管壁粗糙度可用绝对粗糙度与相对粗糙度来表示。来表示。绝对粗糙度绝对粗糙度是指壁面突出部分的平均高度，用是指壁面突出部分的平均高

4、度，用表示。表示。相对粗糙度相对粗糙度是指绝对粗糙度与管道直径之比，是指绝对粗糙度与管道直径之比，即即/d。1.5.2 摩擦系数摩擦系数的确定的确定2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理8 d u 表表1-2 某些工业管道的绝对粗糙度某些工业管道的绝对粗糙度2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理9管道类别管道类别绝对粗糙度绝对粗糙度/mm金金属属管管无缝黄铜管、钢管及铝管无缝黄铜管、钢管及铝管新的无缝铜管或镀锌铁管新的无缝铜管或镀锌铁管新的铸铁管新的铸铁管具有轻度腐蚀的无缝钢管具有轻度腐蚀的无缝钢管具有显著腐蚀的无缝钢管具有显著腐蚀的无缝钢管旧的铸铁管旧的铸

5、铁管0.010.050.10.20.30.20.30.5以上以上0.85以上以上非非金金属属管管干净玻璃管干净玻璃管橡皮软管橡皮软管木管道木管道陶土排水管陶土排水管很好整平的水泥管很好整平的水泥管石棉水泥管石棉水泥管0.00150.010.010.030.251.250.456.00.330.030.8 1.5.2 摩擦系数摩擦系数的确定的确定2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理10流体作流体作层流层流流动时，管壁上凹凸不平的地方都被流动时，管壁上凹凸不平的地方都被有规则的流体层所覆盖，摩擦系数与管壁粗糙度有规则的流体层所覆盖，摩擦系数与管壁粗糙度无关，无关，仅为仅为Re的

6、函数的函数。当流体作当流体作湍流湍流流动时，如果滞流内层的厚度流动时，如果滞流内层的厚度b大大于壁面的绝对粗糙度，即于壁面的绝对粗糙度，即b，此时管壁粗糙度，此时管壁粗糙度对摩擦系数的影响对摩擦系数的影响与层流相近与层流相近。1.5.2 摩擦系数摩擦系数的确定的确定2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理11随着随着Re数的增加，当数的增加，当b时，壁面凸出部分便伸时，壁面凸出部分便伸入湍流区内与流体质点发生碰撞，此时入湍流区内与流体质点发生碰撞，此时壁面粗糙壁面粗糙度度对摩擦系数的影响便成为重要的因素。对摩擦系数的影响便成为重要的因素。1.5.2.1 层流时摩擦系数计算层流时

7、摩擦系数计算2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理1228RlpufR=d/2232dlupf22udlpfRe6464du1.5.2.1 层流时摩擦系数计算层流时摩擦系数计算2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理13【例例1-14】甘油在甘油在20下以下以510-4 m3/s的流量在内径为的流量在内径为27mm的钢管内的钢管内流动，试计算通过每米管长所产生的流动，试计算通过每米管长所产生的压降？压降？2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理14解：由附录可查表得解：由附录可查表得20甘油的的密度为甘油的的密度为1261kg/m3，粘度为，粘

8、度为1499mPas。管内流速为。管内流速为雷诺数为雷诺数为故流动为层流，摩擦系数为故流动为层流，摩擦系数为425 100.873m/s0.0274SVuA2000826.191014991261873. 0027. 0Re3du228. 3826.1964Re64则每米管长所产生的压降为则每米管长所产生的压降为2211261 0.8733.22857.45kPa20.0272fluphd 1.5.2.2 湍流时摩擦系数计算湍流时摩擦系数计算2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理15湍流时内摩擦应力可湍流时内摩擦应力可仿仿牛顿黏性定律写出牛顿黏性定律写出 涡流黏度涡流黏度e不

9、是流体的物理性质，它不是流体的物理性质，它与流体与流体的流动状况有关的流动状况有关。由于湍流时流体质点运动情况复杂，目前由于湍流时流体质点运动情况复杂，目前还不能完全依靠理论导出一个表示还不能完全依靠理论导出一个表示e的关系的关系式，也式，也不能完全用理论分析法建立求解湍不能完全用理论分析法建立求解湍流时流时的公式的公式。duedy1.5.2.2 湍流时摩擦系数计算湍流时摩擦系数计算湍流时，须通过实验建立湍流时，须通过实验建立经验关联式。借经验关联式。借助助量纲分析量纲分析方法规则组织试验，可以减少方法规则组织试验，可以减少试验工作量，并使试验结果整理成便于推试验工作量，并使试验结果整理成便于

10、推广应用的经验关联式。广应用的经验关联式。2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理161.5.2.2 湍流时摩擦系数计算湍流时摩擦系数计算量纲分析的基础是量纲一致性原则和量纲分析的基础是量纲一致性原则和定理。定理。量纲一致性的原则量纲一致性的原则：凡是根据基本物理：凡是根据基本物理规律导出的物理方程，其中各项的因次规律导出的物理方程，其中各项的因次必相同必相同。定理定理：无因次数群的数目，等于影响该无因次数群的数目，等于影响该现象物理量数目现象物理量数目n减去表示这些物理量的减去表示这些物理量的基本因次数目基本因次数目m。2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理

11、17量纲分析的基本步骤量纲分析的基本步骤找出影响湍流直管阻力的影响因素：找出影响湍流直管阻力的影响因素：将上式用幂函数来表示：将上式用幂函数来表示：写出各物理量的因次写出各物理量的因次 2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理18),(uldpfqkjcbafulKdp12LMTpfLd Ll 1 LTu3 ML11TMLL量纲分析的基本步骤量纲分析的基本步骤将各因次代入上式得将各因次代入上式得根据因次一致性原则，根据因次一致性原则，等式两端的各基本等式两端的各基本因次的指数必然相等因次的指数必然相等 2022年年6月月1日日20时时46分分化工原理化工原理19qkjcbaLT