《化工原理》课程教学资源（讲稿）（A）Ⅰ_67344_课程资源_化工原理（A）Ⅰ_流体在管内的流动阻力

1.5 流体在管内的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力管路上的局部阻力二、三、管路系统中的总能量损失

1.5 流体在管内的流动阻力 1 一、流体在直管中的流动阻力 二、管路上的局部阻力 三、管路系统中的总能量损失

u2uiP2Pih+W一gZgZ22PC流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力。流动阻力产生的根源固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流体内部产生相对运动。流动阻力产生的条件

——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，促使流体内 部产生相对运动。 + + + e = + + +hf u p W gZ u p gZ   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 2

直管阻力流体流经一定管径的直管时由于流体管路中的阻力的内摩擦而产生的阻力，以h表示，流体流经管路中的管件、阀门及管局部阻力截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力，以h，表示。Zhr=hf +h

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，以hf表示。 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，以hf′表示。  hf = hf hf +  3

Zh,:单位质量流体流动时损失的机械能，单位为J/kg;Zhf.单位重量流体流动时损失的机械能，单位为J/N=m;gphr:单位体积流体流动时损失的机械能，单位为J/m2=Pa以Ap,表示注意：1.Ap，并不是两截面间的压强差Ap，Apr只是一个符号；（△p,）是流动阻力引起的压强降

h J/ kg;  f：单位质量流体流动时损失的机械能，单位为J/ N m; g hf ：单位重量流体流动时损失的机械能，单位为 ＝  3 . . ; . J / f f p  h m Pa   = ：单位体积流体流动时损失的机械能，单位为 以 表示 注意： 1. pf 并不是两截面间的压强差 p，pf 只是一个符号 ； ( ) pf 是流动阻力引起的压强降。 4

2、一般情况下，△P与△P在数值上不相等；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△P在绝对数值上才相等。Ap = P2 - Pi = pWe- pg△Z -p△2

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。 h f u p = p − p = We − gZ −  −  2 2 2 1 2、一般情况下，△P与△Pf在数值上不相等； 5

1-5-1流体在直管中的流动阻力、计算圆形直管阻力的通式2FLF12-1-流体以速度u在一段水平直管内作稳定流动，对于不可压缩流体，可写出截面1一1’与2一2’间的柏努利方程式为：gz ++=gZ2+++h因为是水平等径管：Z,=Z2ui=uz，上式可简化为：Pi-p,=ph

1-5-1流体在直管中的流动阻力 一、计算圆形直管阻力的通式 流体以速度u在一段水平直管内作稳定流动，对于不可压缩 流体，可写出截面l—l’与2—2’间的柏努利方程式为： hf u p gZ u p gZ + + = + + +   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 因为是水平等径管：Z1 ＝Z2 u1 ＝u2 ，上式可简化为： p p h 1 2 − =  f 6

d2垂直作用于截面1-1'上的压力：=iA=P"元d2垂直作用于截面2-2'上的压力：P2=P2A2=P2N平行作用于流体表面上的摩擦力为：F = S= t元dlP-P2 -F=0元d? - t元dl = 0p1P224P01(pi - P2) d? = 元dlH4411pi - p272

垂直作用于截面1-1’上的压力 ： P1 = p1 A1 2 1 4 p d  = 垂直作用于截面2-2’上的压力 ： P2 = p2 A2 2 2 4 p d  = 平行作用于流体表面上的摩擦力为 ： F = S = dl P1 − P2 − F = 0 0 4 4 2 2 2 p1 d − p d −dl =   ( p p ) d dl  − = 2 1 2 4 − =  d l p p 4 1 2 7

与 Pi-P=ph，比较，得：441ohT= P- P2 = △pd圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式公式的变换?u?2214144t1hf:22d22dupdup8tu令元=?Ou228

1 2 4 f l h p p p d   =  = − =     =  d l hf 4 ——圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式 与 p p h 1 2 − =  f 比较，得： 公式的变换  d l hf 4 = 2 4 2 2 4 2 2 2 2 2 u d l u u d l u hf =    =        2 8 u  令 =  2 2 u d l hf =    8

u=元hf2z二Apf=phf圆形直管阻力所引起能量损失的通式--范宁公式（对于层流或瑞流都适用为无因次的系数，称为摩擦因数几= f(Re,ε / d)

2 2 f f l u p h d   = =    —— 圆形直管阻力所引起能量损失的通式-范宁公式 （ 对于层流或湍流都适用） 2 2 u d l hf =    λ为无因次的系数，称为摩擦因数 。  = f (Re,  / d ) 9

二、管壁粗糙度对摩擦系数的影响光滑管玻璃管、黄铜管、塑料管化工管路粗糙管钢管、铸铁管壁面凸出部分的平均高度，以表示。绝对粗糙度管壁粗糙度绝对粗糙度与管道直径的比值，即/d相对粗糙度10

二、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 10