流体力学基础11

第一章流体力学基础1.3流体流动的基本方程1.3.4总能量衡算和机械能衡算方程（2）局部阻力系数法此法近似认为局部摩擦损失是平均动能的某一个倍数，即(1-122)式中，z是局部阻力系数，由实验测定。常用管件和阀件的z值列于表1-2。注意，计算时，式1-122中流速要用较小管道中的值。以上两种方法均为近似估算方法，而且两种计算方法所得结果不会完全一致。但从工程角度看，两种方法均可。在管路系统中，直管摩擦损失与局部摩擦损失之和等于总摩擦损失，对等径管，则(1-123)显然，采用当量长度法便于将直管摩擦损失与局部摩擦损失合起来计算。长距离输送时以直管摩擦损失为主，短程输送时则以局部摩擦损失为主。2．突然扩大和突然缩小在尺寸不同的两个管子连接处，或管子与管件、阀件等连接处常会遇到管径突然扩大或突然缩小的问题，如图1-33所示。（1）突然扩大流体流过突然扩大管道时，由于流道突然扩大，流速减小，压力相应增大，流体在这种逆压流动过程中极易发生边界层分离（详见第1.5节），产生旋涡，见图1-33(a)。由边界层分离所造成的机械能损失要远大于此过程中流体与壁面间的摩擦损失。通过理论分析可以证明，突然扩大时摩擦损失的计算式为：(1-124)故局部阻力系数(1-125)式中A1、A2??小管、大管的横截面积；u1??小管中的平均流速。不同A1/A2下的z值见表1-2。管出口情形，即流体从管流入容器，是突然扩大中的一种特殊情况，此时A1A2，A1/A20，由式1-125得管出口的局部阻力系数zo=1。（2）突然缩小如图1-33(b)所示，当流体由大管流入小管时，流股突然缩小，此后，由于流动惯性，流股将继续缩小，直到0-0面时，流股截面缩到最小，此处称为缩脉。经过缩脉后，流股开始逐渐扩大，直至在1-1面处重新充满整个管截面。流体在缩脉之前是顺压流动的，而在缩脉之后则和突然扩大情形类似为逆压流动，因而在缩脉之后会产生边界层分离和涡流，可见，突然缩小的机械能损失主要还在于突然扩大。突然缩小时的摩擦损失计算式为：(1-126)局部阻力系数(1-127)式中A1、A2??小管、大管的横截面积；u1??小管中的平均流速。不同A1/A2下的z值见表1-2。管入口情形，即流体由容器流入管子，是突然缩小中的一种特殊情况，此时A1/A20，由式1-127得管入口的局部阻力系数zi=0.5。式中：Pa，r=870kg/m3，m/s，可见属湍流流动，查表1-1并取管壁绝对粗糙度e=0.3mm，则e/d=0.00909，查图1-30得l=0.038（或按式1-117计算得）。查表1-2得有关的各管件局部阻力系数分别为：突然缩小：z1=0.5；90°标准弯头：z2=0.75；球心阀（全开）：z3=6.4。于是将以上各数据代入机械能衡算式中，得：m本题也可将2-2面取在管出口外侧，此时，u2=0，而wf中则要多一项突然扩大局部损失项，其值恰好为u22/2，故管出口截面的两种取法，其计算结果完全相同。例1-7如图1-34所示，将敞口高位槽中密度870kg/m3、粘度0.8′10-3Pa×s的溶液送入某一设备B中。设B中压力为10kPa（表压），输送管道为f38′2.5无缝钢管，其直管段部分总长为10m，管路上有一个90°标准弯头、一个球心阀（全开）。为使溶液能以4m3/h的流量流入设备中，问高位槽应高出设备多少米即z为多少米？解选取高位槽液面为1-1面、管出口内侧截面为2-2面，并取2-2面为位能基准面。在1-1面与2-2面间列机械能衡算式： 返回目录上一页化工原理网络教程下一页