05 流体流动阻力与管路计算

冶金设备基础中南大学冶金学院5流体流动阻力与管路计算管道流动阻力的分类:沿程阻力（直管阻力）局部阻力（撞击阻力）流动阻力：流体在流动过程中由于内摩擦阻力及其与管壁间的摩擦、碰撞等造成的机械能损失。'fffhhh（5-1）fehuapgzWuapgz222222221111实际不可压缩流体柏努利方程：fh,fh冶金设备基础中南大学冶金学院流向τrxzyθrdrd图5-1管内层流示意图设不可压缩流体在圆管内作稳定层流流动，如图5-1所示。5.1管流沿程阻力5.1.1圆管内层流流动沿程阻力冶金设备基础中南大学冶金学院流体力学中，常将压头损失表示成单位质量流体的动压头的倍数，故上式可改写为2Re6426422dldldhf达西公式：（5-16）22dlhfJ·kg-1，为沿程流动阻力系数或摩擦系数，则得Re/64令达西公式——用来计算层流沿程阻力的。冶金设备基础中南大学冶金学院理论分析和实验表明，流体在圆管内紊流流动时，影响压头损失的主要因素有管径d、平均流速v、流体的密度ρ、粘度μ、管长l和管壁粗糙度ε，即),,,,,(ldfp（5-17）5.1.2圆管内紊流流动沿程阻力冶金设备基础中南大学冶金学院22dlphf（5-21）J·kg-1此即紊流的沿程流动阻力计算公式，它与计算层流沿程流动阻力的达西公式在形式上完全一致。摩擦系数是一个无量纲量，它是Re数和ε/d的函数，一般需通过实验测定其随Re和ε/d的变化规律。也可由图5-2摩狄摩擦系数图查得。，称之为沿程流动阻力摩擦系数，则有),Re1(2'df令步骤：a)计算Re和ε/d；b)从图中查得λ。冶金设备基础中南大学冶金学院图5-2摩狄摩擦系数图冶金设备基础中南大学冶金学院【例5-1】某液体以4.5m·s-1的流速流经内径为0.05m的水平钢管，液体的粘度为4.46×10-3Pa·s，密度为800kg·m-3，工业钢管的绝对粗糙度为4.6×10-5m。试计算流体流经40m管道的阻力损失。【解】步骤：计算Re和ε/d从图1-5-2查得λ由达西公式计算hf冶金设备基础中南大学冶金学院2300100359.41046.48005.405.0Re43d流动为紊流45102.905.0106.4d根据Re和ε/d值查图5-2，得024.0由式（5-21）可得阻力损失为1224.19425.405.040024.02kgJdlhf冶金设备基础中南大学冶金学院（1）式中的d以当量直径de代替。对圆形管,截面:A=πd2/4，流体的润湿周边长度:X=πd则d=4A/X=4R水R水——流道截面积与润湿周边长度之比，称为水力半径。de=4R水=4A/X定义:5.1.3非圆形直管沿程阻力对非圆形直管：22dlphfJ·kg-1冶金设备基础中南大学冶金学院对一外径为d1的内管与内径为d2的外管构成的环形通道d2d112212122)()(44ddddddde非圆形管层流流动，除d用de代替外，λ应采用下式计算：λ=C/Re（5-25）式中，C为常数。对边长为a的正方形管道：aaaaad442e冶金设备基础中南大学冶金学院5.2管流局部阻力（1）阻力系数法将阻力损失表示为动压头的倍数22uhf（5-26）式中：ξ—局部阻力系数，由实验测定，或用公式计算。流体流经管路的总阻力为：22'dlhhhfff（5-27）冶金设备基础中南大学冶金学院a.突然扩大：1122突然扩大)1(21AA（5-28）A1为小管截面，A2为大管截面当A1/A2=1时，ξ=0，当A1/A2≈0时，ξ≈1。冶金设备基础中南大学冶金学院1122突然缩小b.突然缩小此时，ξ随A1/A2的增大而减小。冶金设备基础中南大学冶金学院管件及阀门的局部阻力系数冶金设备基础中南大学冶金学院（2）当量长度法:将管路的局部阻力折合成相当于流体流过相同直径、长度为le的直管阻力，再用达西公式计算。22dlhefJ·kg-1（5-29）式中：le为管件或阀门的当量长度，m；流体流经管路的总阻力采用当量长度法计算时，则2)(2dldlhhhefff（5-30）冶金设备基础中南大学冶金学院1.5.3减少流动阻力的途径（1）缩短管长l，以减小hf；（2）减少管件及阀门数量,以减少hfˊ,宜尽量减少流道突变；（3）适当增大管径。由式（5-30）知：5/1dhf当d变为2d时，Σhf减少为原来的1/32。2)(2dldlhhhefff（5-30）