宁波大学：《化工基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 流体力学基础——管内流动阻力与能量损失（局部阻力损失）

15管内流动阻力与能量损失 15.1流体阻力与范宁公式 15.2量纲分析方法 1.5.3湍流时摩擦损失的计算 1.5.4局部阻力损失 第一章流体力学基础 1/27

第一章 流体力学基础 1/27 1.5 管内流动阻力与能量损失 1.5.1 流体阻力与范宁公式 1.5. 2 量纲分析方法 1.5. 3 湍流时摩擦损失的计算 1.5. 4 局部阻力损失

机械能衡算方程: g1+++W=g2+7+2+W 2 P 第一章流体力学基础 2/27

第一章 流体力学基础 2/27 s Wf u p W gz u p gz + + + = + + +   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 机械能衡算方程：

1.5.4局部摩擦损失计算式 由于流体的流速或流动方向突然发生变化而产生涡流,从而导 致形体阻力。 R →3A1A 2 (1)局部摩擦损失的两种近似算法 局部阻力系数法 u -部阻力系数, f,局 可查有关图表 (P53页) *当量长度法: 2<2 1-量长度,可 d 2 查有关图表 第一章流体力学基础 3/27

第一章 流体力学基础 3/27 R d  A1 A2 u  （1）局部摩擦损失的两种近似算法 当量长度法： 局部阻力系数法 le ------当量长度，可 2 查有关图表 2 , u d l w e f 局 =  2 2 , u wf 局 =  -----局部阻力系数， 可查有关图表 1.5.4 局部摩擦损失计算式 由于流体的流速或流动方向突然发生变化而产生涡流，从而导 致形体阻力。 (P53页)

突然扩大和突然缩小 a.突然扩大 b.突然缩小 突然扩大时: 小 管出口。=1 突然缩小时: 突然缩小的机械能损失主要还在于突然扩大 管入口0.5 第一章流体力学基 27

第一章 流体力学基础 4/27 突然扩大和突然缩小 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2 a. 突然扩大 b. 突然缩小 突然扩大时： 管出口 o =1 2 2 u 小 w f =  突然缩小时： 突然缩小的机械能损失主要还在于突然扩大 管入口 i =0.5 u

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截止阀 球阀 隔膜阀 闸阀

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结:管路系统的总阻力损失为 +∑ 2 W=(n d 2 2+∑ 2 若出口处2-2面控制面取管出口外侧,则W中应包括出口阻力 损失,其大小为 ,但2-2面的动能为零(P54页); 若出口处控制面取管出口内侧,则W中应不包括出口阻力损 失,但2-2面的动能不为零 管入口 阀门 弯管 管出口 机械能衡算方程:2 +1++=+2m 感’第一章流体力学基础

第一章 流体力学基础 7/27 总结： 管路系统的总阻力损失为 管入口 弯管 管出口 阀门 s Wf u p W gz u p gz + + + = + + +   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 机械能衡算方程： 若出口处2-2面控制面取管出口外侧，则Wf中应包括出口阻力 损失，其大小为 ，但 2-2面的动能为零（P54页） ； 2 2 u 2 ( ) 2 ( ) 2 2 u d u l d l l W e f   = + + =    u 2 2 若出口处控制面取管出口内侧，则Wf中应不包括出口阻力损 失，但2-2面的动能不为零

例:一高位槽与内径为100m的钢管相连,槽内为常温水,直 管总长为30m,系统内有90弯头3个,闸阀(全开)和标准阀 (全开)各一个,水从管口流出,问欲得到22.7m3/h的流量, 槽内水面应比管口高多少米?(e=0.2mm) 解:以高位槽液面为1-1截面,管出口外侧为2-2截面,以管出 口中心线为基准水平面,在1-1和2-2截面间列BE gz1+u2/2+p1/p=gz2+u2/2+p2/p+∑W z2=0;p1=p2=0(表压);d=0.1m;p=1000kg/m3;u1=0, 动能u2/2=0,管中水的流速u=q/A=0.803m/s R=dup/p=0.1×0.803×1000/(1.0×103)=80300(湍流) e/d=0.002,查图1-24(P48页)得λ=0.0256 由容器管口,5=0.5,管子出口5。=1.0;闸阀全开ξ=0.17; 标准阀全开=6.0; 90弯头3个,5=3×0.75=2.25, ∑=0.5+1.0+0.17+6+2.25=9.92 ∑W=(入1/d+∑5)u2/2 (0.0256×30/0.1+9.92)×0.8032/2=5.67J/kg 代入BE得Z=0.611m,高位槽水面应比管出口中心线高0.611m

例：一高位槽与内径为100mm的钢管相连，槽内为常温水，直 管总长为30m,系统内有900弯头3个，闸阀（全开）和标准阀 （全开）各一个，水从管口流出，问欲得到22.7m3/h的流量， 槽内水面应比管口高多少米？（ε=0.2mm） 解：以高位槽液面为1-1截面，管出口外侧为2-2截面，以管出 口中心线为基准水平面，在1-1和2-2截面间列BE gz1 +u1 2/2+p1 /ρ= gz2 +u2 2/2+p2 /ρ+Σ Wf z2 =0; p1 =p2 =0(表压); d=0.1m; ρ=1000kg/m3; u1=0， 动能u2 2/2 =0，管中水的流速u＝qV/A=0.803m/s Re =duρ/μ=0.1×0.803×1000／(1.0×103)=80300(湍流) ε／d=0.002,查图1-24 (P48页)得λ=0.0256 由容器管口,ζc =0.5,管子出口ζe =1.0 ;闸阀全开ζ=0.17; 标 准 阀 全 开 ζ=6.0; 900 弯 头 3 个 , ζ=3×0.75=2.25, Σζ=0.5+1.0+0.17+6+2.25=9.92 Σ Wf =(λl／d+Σζ) u 2/2 =(0.0256×30／0.1+9.92)×0.8032/2 =5.67J/kg 代入BE得 Z=0.611m ，高位槽水面应比管出口中心线高0.611m

1.6管路计算 1.6.1简单管路 习题课 1.6.2复杂管路 习题课 第一章流体力学基础 9/27

第一章 流体力学基础 9/27 1.6 管路计算 1.6.1 简单管路 习题课 1.6.2 复杂管路 习题课

1.6管路计算管路 简单管路 复杂管路 已有公式: L 2 g+“+B+0,=g2+2+22+ 1+l 2 ∑w。=A +∑ 第一章流体力学基础 10/27

第一章 流体力学基础 10/27 s wf u p w gz u p gz + + + = + + +   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 u1 A1 = u2 A2 2 2 2 2 u d u l d l l w e f       = + +  =    1.6 管路计算 已有公式：    复杂管路 简单管路 管路