流体流动阻力.ppt

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1、流体流动阻力流体流动阻力一、流体的粘度1、流体的粘性流体粘性的表现：流动时流体层之间产生内摩擦力流体阻力：流体沿着管道流动因克服摩擦阻力而消耗的能量，称为流体阻力。内摩擦力：流体运动时内部相邻两流体层间的相互作用力，称为内摩擦力，是流体粘性的表现，又称粘滞力或粘性摩擦力。流体要克服内摩擦力而流动就必须消耗能量，使部分机械能转变为热能而损失掉，内摩擦力是流体流动时造成能量损失的根本原因。造成能量损失的根本原因：由于流体有粘性，流动时产生了内摩擦。1、流体的粘性式中：F---两层流体间的内摩擦力；du/dy---速度梯度；μ---称为

2、粘性系数，简称粘度。2、牛顿粘性定律剪应力粘度的物理意义:在单位接触面积上,速度梯度为一个单位时,由流体的粘性所引起的内摩擦力的大小。促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。粘度的物理意义粘度的单位单位换算：1Pa·S=1000mPa·S=10P=1000cP1mPa·S=1cP（1P=100cP）粘度是衡量流体粘性大小的物理量，其大小可由实验测定，查附表（图P368）一般温度升高，液体的粘度会降低，而气体的粘度会升高。压力对粘度影响较小，可忽略。牛顿型流体：凡是内摩擦力与速度的关系符合牛顿粘性定理的流体，称为牛顿型流体。如一般的气

3、体和结构的液体（如水、稀糖液、酒、酸液、碱液等）都属于牛顿型流体。非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定理的流体，称为非牛顿型流体。如某些高分子溶液、胶体溶液、果酱、高浓度的糖液、纸浆及泥浆等都属于非牛顿型流体。本书只讨论牛顿型流体。牛顿型流体与非牛顿型流体二、流体的流动型态实验表明，流体在圆型直管内流动时当Re<2000，流动型态属于层流；当Re>4000，流动型态属于湍流；当Re=2000～4000，流动型态属过渡状态。2、雷诺数Re——判别流动型态的依据：1、流动型态分为：层流（滞流）、湍流（紊流）3、当量直径de矩形管：圆管：d内

4、ab注意：de仅用于计算非圆形管或设备的当量直径，用于计算Re用，不能用其计算实际截面积。对于环形管：有一条截面为400×300mm的矩形输气管道，管内流动的是温度为40oC、压力为0.1×98.07kN/m2（表压）的热空气，输气量为9600kg/h，试判断管内空气的流动型态。解：用雷诺数判断，当量直径de为：例题：空气的密度为空气的流速查附录得40°C时空气的粘度μ=19.1×10-6pa·s,所以，属湍流。（p=p大+p表=101.3+0.1×98.07）速度分布规律：管中心处最大，距离管壁越近，速度越小，在管壁处质点速度为

5、零。层流：速度分布曲线为抛物线。三、流体在圆管内速度分布湍流：速度分布曲线似抛物线。湍流时的速度分布层流内层层流内层：靠管壁作层流流动的流体层，称为层流内层。其厚度随Re的增大而减薄。δ四、流动阻力的计算在流体输送系统中，流体的阻力包括流体通过管路及各种设备（如换热器、塔设备及反应器等）的流动阻力。流体在管路中的流动阻力，可分为直管阻力和局部阻力。直管阻力:流体在直管段中流动时，由于流体的粘性和质点之间的相对位移从而产生摩擦而引起的能量损失，又称为沿程阻力。局部阻力:流体通过管路中的管件（如弯头、三通、变径管等）流量计、阀门等局部

6、障碍而产生的阻力。四、流动阻力的计算流体总阻力为直管阻力和局部阻力之和，即：式中：∑Wf----总阻力，J/kgWf-------直管阻力，J/kgW'f-------局部阻力，J/kg四、流动阻力的计算由前面分析可知,流体流动产生阻力的根本原因是由于实际流体有粘性,流动时流体层之间产生了内摩擦，此外还与其流动的状态以及管道的大小、长短、管路的结构等等因素有关。工程上采用了复杂问题简单化的方法四、流动阻力的计算1.直管阻力计算式---范宁公式直径相同的水平管：由于两截面压力差产生的推力为：方向与流动方向一致1.直管阻力计算式---

7、范宁公式流体在管壁处的摩擦力：方向与流动方向相反1.直管阻力计算式---范宁公式λ---摩擦因数（摩擦系数）式中:L------直管段的长度m;d------管道的内直径m;u------流体流速m/s;△Pf---表示1m3流体在流动过程中因克服流动阻力所消耗的能量，称为压力降。单位J/m3=N/m2流体阻力的计算基准:能量损失压头损失压力降确定摩擦因素λ值以上计算直管阻力的公式，统称为范宁公式。计算阻力的的关键是确定摩擦因素λ值，由λ计算式可知,其摩擦应力是难以计算的。λ值大小随流动状态Re及管壁粗糙度而变化。摩擦因素λ值一般

8、由实验测定。管壁粗糙度对摩擦因素λ的影响粗糙度管壁粗糙度对摩擦因素λ的影响层流时的摩擦因数λ层流时:流体在圆形直管内作层流流动时的压降为：流体在圆形直管内作层流流动时的压降为：流体在圆形直管内作层流流动时，其阻力的大小与管路的长度L、流速u以及流体