流體流動阻力課件.ppt

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1、流體流動阻力一、流動阻力損失的構(gòu)成化工管路主要由直管和各種管件與閥門兩部分構(gòu)成。管子：表示方法：φA×B，其中A指管外徑，B指管壁厚度，如φ108×4即管外徑為108mm，管壁厚為4mm。管件：管與管的連接部件，主要用來改變管道方向、連接支管、改變管徑等。閥門：用于開關(guān)管路或調(diào)節(jié)流量等。截止閥閘閥閘閥截止閥閥門管子管件(彎頭)輸送機械(泵)麥汁一級發(fā)酵罐柱式供氧器泵板式滅菌器二級發(fā)酵罐酵母分離器攪拌式多罐型啤酒連續(xù)發(fā)酵流程圖菌種啤酒酵母泥管路系統(tǒng)管路中的阻力直管阻力：局部阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時由于流體的內(nèi)摩擦力、渦流應(yīng)力而產(chǎn)生的阻力。流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴

2、大及縮小等局部地方所引起的阻力。因此，流體流動時克服流動阻力（內(nèi)摩擦力、渦流應(yīng)力、形體阻力）產(chǎn)生的能量損失（或稱流動阻力損失），由直管阻力損失hf和局部阻力損失hf/組成：根據(jù)柏努利方程：（Pa）是指單位體積流體流動時所損失的機械能，其單位為Pa，故常以表示，稱△pf為流動阻力引起的壓強降?！鱌f與柏努利方程中兩截面的壓強差△P是兩個截然不同的概念We=0、△Z=0、△u2/2=0時，△Pf與△P在絕對值上相等只有在：一、直管阻力以u流速在水平直管作穩(wěn)態(tài)流動1、計算圓形直管阻力的通式垂直作用于截面1-1’上的壓力：垂直作用于截面2-2’上的壓力：平行作用于流體表面上的摩擦力為：——圓

3、形直管內(nèi)能量損失與摩擦應(yīng)力關(guān)系式與比較得：——圓形直管阻力所引起能量損失的通式稱為范寧公式。（對于滯流或湍流都適用）λ為無因次的系數(shù)，稱為摩擦因數(shù)。化工管路光滑管粗糙管玻璃管、黃銅管、塑料管鋼管、鑄鐵管管壁粗糙度絕對粗糙度相對粗糙度壁面凸出部分的平均高度，以ε表示。絕對粗糙度與管道直徑的比值即ε/d。2管壁粗糙度ε對λ的影響滯流流動時：管壁上凹凸不平的地方都被有規(guī)則的流體層所覆蓋，而流動速度又比較緩慢，流體質(zhì)點對管壁凸出部分不會有碰撞作用。所以，在滯流時，摩擦系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān)，只與Re有關(guān)。湍流流動時：靠管壁處總是存在一滯流內(nèi)層，厚度以δL表示：1）δL>ε：λ=λ(Re)，與ε

4、無關(guān)2）δL<ε：λ=λ(Re，ε/d)壁面凸出部分便伸入湍流區(qū)內(nèi)與流體質(zhì)點發(fā)生碰撞，使渦流加劇。Re愈大，滯留內(nèi)層愈薄，粗糙度對λ的影響愈顯著。3滯流時的摩擦系數(shù)——哈根-泊謖葉公式與范寧公式對比，得：——滯流流動時λ與Re的關(guān)系平均速度4湍流時的摩擦系數(shù)λ質(zhì)點運動狀況復(fù)雜，只能通過因次分析法，建立經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式,見課本P50-53。由于λ的關(guān)聯(lián)式多且復(fù)雜，使用不方便。工程計算中，常用下圖查λ值：1)滯流區(qū)：Re≤2000λ=64/Re，與ε/d無關(guān)，呈一條直線2)過渡區(qū)：2000≤Re≤4000滯流或湍流λ-Re曲線均可用，為安全計，一般查湍流λ-Re曲線3)湍流區(qū)：4000≤Re及

5、虛線下區(qū)域ε/d一定時，Re↑，λ↓；Re一定時，ε/d↑，λ↑4)完全湍流區(qū)：虛線以上區(qū)域λ不隨Re變化，只與ε/d有關(guān)。能量損失hf與u2成正比例，所以此區(qū)又稱為阻力平方區(qū)ε/d不變時，λ＝常數(shù)。當(dāng)l／d亦為一定值時，對于圓形管道，流體流徑的管道截面為:5.非圓形直管內(nèi)的阻力損失水力半徑rH：流體在流道里的流道截面積A與潤濕周邊長度Π之比rH=A/Π當(dāng)量直徑de：取4倍的水力半徑稱為非圓形管的當(dāng)量直徑dede=4rH=4A/Π潤濕周邊長度為：對于長寬分別為a與b的矩形管道：對于一外徑為d1的內(nèi)管和一內(nèi)徑為d2的外管構(gòu)成的環(huán)形通道湍流：非圓形管道可用當(dāng)量直徑de代替圓形管直徑d進(jìn)行

6、流動阻力計算滯流：計算非圓形管道滯流流動阻力時，除用de替代d，還須對λ作修正注意：不能用de來計算流體通過的截面積、流速和流量三、局部阻力1阻力系數(shù)法將局部阻力表示為動能的某一倍數(shù)?；颚啤植孔枇ο禂?shù)，由實驗測得J/kgPa1）突然擴大與突然縮小取小管的流速u，ξ可根據(jù)小管與大管的截面積之比查圖。管出口：流體自管子進(jìn)入容器或從管子排放到管外，相當(dāng)于突然擴大。A1/A2≈0，查表得管出口阻力系數(shù)，ξe=1.0。管入口：流體自容器進(jìn)入管內(nèi)，相當(dāng)于突然縮小，A2/A1≈0，管進(jìn)口阻力系數(shù)，ξc=0.5。2）管出口和管入口若截面在管出口內(nèi)側(cè)，截面的壓強可取管外空間的壓強，但此時流體未離開

7、管路，截面仍具有動能，流速等于管內(nèi)流速，出口損失不應(yīng)計入系統(tǒng)的總能量損失內(nèi)，ξe=0；若截面處在管子出口外側(cè)，表示流體已離開管路，動能為零，出口損失計入總能量損失內(nèi)，ξe=1.0。3）管件與閥門不同管件與閥門的局部阻力系數(shù)可從手冊中查取。2當(dāng)量長度法當(dāng)量長度：流體流經(jīng)管件、閥門等時引起的局部阻力損失hf/等同于流過一段與其具有相同直徑、長度為le的直管的阻力，le稱為該部件的當(dāng)量長度，故：實際上是為了計算方便，把局部阻力折算成直徑相同、長度為le的直管所產(chǎn)