化工原理15-18管内流体流动的阻力课件.ppt

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1、1.5-1.6流体流动形态及阻力计算教学目的：重点：了解流体流动时产生阻力的原因，掌握流动阻力的计算，并应用于实际管路中阻力的计算。流体在圆管内流动时阻力的计算1实际流体的Bernoulli方程:流体流动的阻力与流体的性质(如粘度等)、流体流动形态、导管的长度、管径、壁面情况以及流动时的变动状态（如缩小、扩张等）有关。阻力∑hf直管阻力(沿程阻力)——由于内摩擦力而产生的能量损失局部阻力截面骤然变化流动方向改变流经管件、仪表等——由于局部障碍引起边界层分离而造成能量损失?2一、管、管件及阀门简介管:管子铸铁管（水管、煤气管、污水管）钢管（有缝、无缝

2、）特殊钢管有色金属管塑料管橡胶管管子光滑管（玻璃管、铜管、铅管、塑料管等）粗糙管（旧钢管、铸铁管）管壁的相对粗糙度3管件：弯管（弯头）大小头冲压弯管与管的连接部分，它主要是用来改变管道方向、连接支管、改变管径及堵塞管道等。4管件承插管件法兰法兰封头5阀门:安装于管道中用以切断或调节流量。球阀截止阀闸阀止逆阀6（1）雷诺实验1883年,英国物理学家OsboneReynolds作了如下实验。二流体流动的形态雷诺实验装置7（2）雷诺实验现象两种稳定的流动状态：滞流（层流）、湍流（紊流）。用红墨水观察管中水的流动状态(a)层流(b)过渡流(c)湍流8二流体

3、流动的形态滞流(laminarflow):也称为层流，流体的质点作一层滑过一层的位移，层与层之间没有明显的干扰。各层间分子只因扩散而转移。流体的流速沿断面按抛物线分布；管中流体的平均流速为最大流速的1/2。Re≤2000uumaxd层流时流体在圆管中的速度分布9湍流(turbulentflow):流体在流动时，流体的质点有剧烈的骚扰涡动，只是靠近管壁处还保留滞流的形态。接近管中央相当大范围内的流体流速接近于最大流速。管内流体的平均流速为管中央最大流速的0.8左右。10流动形态的判据——雷诺数（Reynold’snumber）雷诺数：滞流湍流过渡状态

4、滞流转变的临界值相应的流速称为临界流速NOTE：工业上输送流体时大多数是以湍流形态进行的。11当量直径(equivalentdiameter)对于非圆形导管，计算Re时，应以当量直径de代替特征数中的直径d：例：直径d1的外套管与直径d2的内套管所形成的环行通道的当量直径为：12三边界层及边界层分离（boundarylayer）边界层：流体的流速低于未受壁面影响的流速的99%的区域。主流区：在边界层以外，速度梯度接近为零的区域。边界层边界层边界层边界层主流区主流区滞流湍流13图1-25湍流流动NOTE：滞流内层的厚度虽然不大，但粘附在壁面，成为传热

5、和传质的主要阻力；Re值越大，滞流内层厚度越小，传递过程的阻力随之减小。14边界层的形成与发展从管口到形成边界层所经历的管长称为稳定段长度，此长度与管的形状、管壁粗糙程度及雷诺数等因素有关。15边界层分离BNOTE：边界层分离会导致流体流动阻力的增大。流体流经管件、阀门、管束或异形壁面时，也会发生边界层分离。边界层分离的必要条件：粘性和逆压梯度16改变物体表面的形状，如汽车、飞机都是流线型减小或避免边界层分离的措施17阻力∑hf直管阻力(沿程阻力)hf局部阻力hl四流体在圆管内流动时的阻力计算18在定态下不可压缩流体在等径水平直管内流过。管的上下

6、游各设一测压口，在测压口所在的1、2两截面间列机械能衡算方程，可得管流阻力也常用所引起的压力降来表示，定义为单位体积流体流动产生的机械能损失：特别强调，与伯努利方程中两截面的压力差是两个截然不同的概念。管流阻力的表示方法19◆滞流时的摩擦阻力——主要是流体的内摩擦力服从牛顿粘性定律：1直管阻力的计算20◆湍流时的流动阻力l/d——几何相似数；——摩擦阻力系数，是Re，e/d的函数。Fanning公式管壁的相对粗糙度:——管的粗糙度，mm21查表：摩擦阻力系数22摩擦阻力系数经验公式计算：对光滑管：柏拉相修斯（Blasius）公式柯纳柯夫（Kyp

7、naKOB）公式粗糙管：接近一常数,其值主要取决于管壁的粗糙度。尼库拉则(Nokuradse)公式用沿程阻力系数表示阻力计算公式:柯尔本(Colburn)公式232局部阻力当流体在管道系统中流经各种管件、阀门、接头、改变方向，导管截面积骤然变化时，流体质点发生扰动而形成涡流，产生摩擦阻力，这类阻力称为局部阻力。局部阻力的计算：②当量长度法:将局部阻力的压头损失折算成相应长度的管子所造成的压头损失，再并入总管长度来计算。此相应的管子长度称为当量长度le。局部阻力①阻力系数法:24管件与阀门的当量长度共线图。25例1-20:用

8、泵将25oC的甲苯液体从地面储罐输送至高位槽，体积流量5×10-3m3/s，已知泵吸入管89mm×4mm的无缝钢管，直管