阻力損失的計(jì)算方法.doc

1.5阻力損失1.5.1兩種阻力損失直管阻力和局部阻力 化工管路主要由兩部分組成：一種是直管，另一種是彎頭、三通、閥門等各種管件。直管造成的機(jī)械能損失稱為直管阻力損失（或稱沿程阻力損失）管件造成的機(jī)械能損失稱為局部阻力注意 將直管阻力損失與固體表面間的摩擦損失相區(qū)別阻力損失表現(xiàn)為流體勢(shì)能的降低 由機(jī)械能衡算式（1-42）可知： (1-71)層流時(shí)直管阻力損失 流體在直管中作層流流動(dòng)時(shí)，因阻力損失造成的勢(shì)能差可直接由式（1-68）求出： (1-72)此式稱為泊稷葉（Poiseuille)方程。層流阻力損失遂為： (1-73)1.5.2湍流時(shí)直管阻力損失的實(shí)驗(yàn)研究方法實(shí)驗(yàn)研究的基本步驟如下：（1）析因?qū)嶒?yàn)尋找影響過程的主要因素對(duì)所研究的過程作初步的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的歸納，盡可能的列出影響過程的主要因素。對(duì)湍流時(shí)直管阻力損失，經(jīng)分析和初步實(shí)驗(yàn)獲知諸影響因素為：流體性質(zhì)：密度、粘度；流動(dòng)的幾何尺寸：管徑d、管長(zhǎng)l、管壁粗糙度（管內(nèi)壁表面高低不平）：流動(dòng)條件：流速u。于是待求的關(guān)系式為： (1-74)（2）規(guī)劃實(shí)驗(yàn)減少實(shí)驗(yàn)工作量因次分析法的基礎(chǔ)是：任何物理方程的等式兩邊或方程中的每一項(xiàng)均具有相同的因次，此稱為因次和諧或因次的一致性。以層流時(shí)的阻力損失計(jì)算式為例，式（1-73）可寫成如下形式 (1-75)式中每一項(xiàng)都為無因次項(xiàng)，稱為無因次數(shù)群。換言之，未作無因次處理前，層流時(shí)阻力的函數(shù)形式為： (1-76)作無因次處理后，可寫成 (1-77)湍流時(shí)的式（1-74）也可寫成如下的無因次形式 (1-78)（3）數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確表達(dá)獲得無因次數(shù)群之后，各無因次數(shù)群之間的函數(shù)關(guān)系仍需由實(shí)驗(yàn)并經(jīng)分析確定。方法之一是將各無因次數(shù)群（1、2、3）之間的函數(shù)關(guān)系近似的用冪函數(shù)的形式表達(dá)， (1-79)此函數(shù)可線性化為 (1-80)對(duì)式（1-78）而言，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，阻力損失與管長(zhǎng)l成正比，該式可改寫為 (1-81)1.5.3直管阻力損失的計(jì)算式統(tǒng)一的表達(dá)方式對(duì)于直管阻力損失，無論是層流或湍流，均可將式（1-81）改寫成如下的 (1-82)形式(范寧公式），以便于工程計(jì)算。式（182）中摩擦系數(shù)為Re數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，即 (1-83)摩擦系數(shù)對(duì)Re2000的層流直管流動(dòng)，根據(jù)理論推導(dǎo)，將式（1-73）改寫成（1-82）的形式后可得： (1-84)研究表明，湍流時(shí)的摩擦系數(shù)可用下式計(jì)算 (1-85)使用簡(jiǎn)單的迭代程序不難按已知數(shù)Re和相對(duì)粗糙度/d求出值，工程上為避免試差迭代，也為了使與Re、/d的關(guān)系形象化，將式（1-84）、式（1-85）制成圖線。見圖1-34 該圖為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)。Re4000，流動(dòng)進(jìn)入湍流區(qū)，摩擦系數(shù)隨雷諾系數(shù)Re的增大而減小。此時(shí)式（1-85）右方括號(hào)中第二項(xiàng)可以略去，即 (1-86)粗糙度對(duì)的影響實(shí)際管的當(dāng)量粗糙度非圓形管的當(dāng)量直徑實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于非圓形管內(nèi)的湍流流動(dòng)，如采用下面定義的當(dāng)量直徑代替圓管直徑，其阻力損失仍可按式（1-82）和圖1-34進(jìn)行計(jì)算。 (1-87)1.5.4局部阻力損失突然擴(kuò)大與突然縮小 突然擴(kuò)大時(shí)產(chǎn)生阻力損失的原因在于邊界層脫體。流道突然擴(kuò)大，下游壓強(qiáng)上升，流體在逆壓強(qiáng)梯度下流動(dòng)，極易發(fā)生邊界層分離而產(chǎn)生旋渦，如圖1-35a。流道突然縮小時(shí)，見圖1-35b。局部阻力損失的計(jì)算局部阻力系數(shù)與當(dāng)量長(zhǎng)度