5局部阻力的计算与管路计算(共用)

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1、第一部分直管阻力的计算（续）四、流体在非圆形直管中流动时能量损失的计算无论层流、湍流仍可以按圆管的阻力损失计算。2luduρεh=λ⋅⋅Re=fd2µd①需将范宁公式和R数计算式中的管径d换为当量直径d，但二者ee中的流速仍然用流体在非圆形管中的真实流速，不能用当量直径来计算。相对粗糙度的计算也需将管径换为当量直径d。e当量直径：4倍的流通截面积与润湿周边长之比，即4Ad=eΠ润湿周边长度：指流通截面上，固体壁面被流体润湿的总长度。矩形管润湿周边长度=4个边长度和同心套管润湿周边长度=内管的外圆周长+外管的内圆周长当量直径的定义是

2、经验性的，并无理论根据。据此计算的非规则管中的流动阻力与实际有一定偏差。②湍流时的λ查moody图；层流时需要对摩擦系数公式矫正64Cλ=λ=ReReC——常数，无量纲，其值由非圆形管管截面形状而定，其值见有关手册(P41表1-3)。第二部分局部阻力的计算一、局部阻力产生的原因流体流经除了直管之外的部位时，即在管件（如弯头、变径接头、活接头、三通等）、阀门、管子进出口、管子弯曲处、安装在管道上的流量计上的机械能的损耗。分离区分离区流体流经特殊形状的固体分离区表面时，由于流道的急剧变化，流体的流速和流动方向突突然扩大三通汇流闸阀然发

3、生变化，产生边界层分分离区分离区分离区离，导致涡流的产生。局部阻力产生的原因：分离区可简单地理解为，因为流体在这些部位产生了旋涡引起。突然缩小管道弯头管道进口流通截面突然缩小的那个图，有些教材没画粗管中的有涡流，只有细管中示意了涡流。流体流动时动量传递造成内摩擦力的产生。在旋涡区，流体质点剧烈的碰撞、混合，动量传递剧烈，流体内摩擦力↑，损耗流体的机械能。另一方面，旋涡的存在会强化流体内部的相对运动，而相对运动时产生内摩擦（①有速度差，②有粘性），消耗机械能。局部阻力=流体流经这些部件时的摩擦阻力损失+尾流区的形体阻力损失（涡流损失

4、）。实验测定局部阻力损失应注意：流体流经弯头、阀门等处所产生的旋涡会带到下游，要经过一定长度（约50倍管径d）后，管内流动才能重新达到充分发展的流动。也就是说，局部损失的起因虽是局部的，但其完成却需要约50d的距离。二、几种典型的局部阻力（1）（流通截面）突然扩大当流体流过突然扩大的管道时，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，即流股与壁面之间的空间产生旋涡，使高速流体的动能变为热量散失。（当流体从管路流入截面较大的容器或流体从管路排放到大气时，也是属于流通截面突然扩大）损失产生的原因：以从小截面流向

5、突然扩大的大截面管道为例，由于流体质点有惯性，流体质点的运动轨迹不可能按照管道的形状突然转弯扩大，即整个流体在离开小截面管后只能向前继续流动，逐渐扩大，这样在管壁拐角处流体与管壁脱离形成旋涡区。旋涡区外侧流体质点的运动方向与主流的流动方向不一致，形成回转运动，因此流体质点之间发生碰撞和摩擦，消耗流体的一部分能量。同时旋涡区本身也不是稳定的，在流体流动过程中旋涡区的流体质点将不断被主流带走，也不断有新的流体质点从主流中补充进来，即主流与旋涡之间的流体质点不断地交换，发生剧烈的碰撞和摩擦，在动量交换中，产生较大的能量损失，这些能量损失

6、转变为热能而消失。惯性（inertia）：物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。（2）（流通截面）突然缩小contractvena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。直到截面A-A处，流股截面缩到最小，称为缩脉。经过缩脉之后，流股开始逐渐扩大，直至重新充满整个管截面。在缩脉之前，管内压力逐渐减小，而在缩脉之后，流通截面逐渐扩大，会产生边界层分离和涡流。（当流体从容器进入管路的入口，是自很大的截面突然缩小到很小的截面。）孔板流量计也是流通截面突然缩小，产生局部阻力损失（3）弯头（90°、45

7、°弯头）或弯管，也因边界层分离，产生流动阻力损失流体以一定的动量撞击壁面，由于具有可压缩性，流通截面缩小。（4）流体流过特殊固体壁面（如阀门或桥墩）也产生边界层分离三、局部阻力的计算方法1、阻力系数法局部阻力损失表示为动能的倍数。222u'u'ρuh′f=ζ⋅或Hf=ζ⋅或∆pf=ζ⋅22g2ζ——局部阻力系数，无量纲。一般由实验测定，收录进手册。u——与该局部阻力部件连通的两根管子，其中小管中的平均线速度。①管件与阀门的局部阻力系数ζ查有关手册。短P43表1-2。②流通截面突然变化的局部阻力系数ζ特殊情况，不用通过实验测定，可导

8、出理论公式：●流通截面突然扩大的ζ2⎛A⎞⎜1⎟ζ=1−⎜⎟A⎝2⎠12exitA对于管子出口，1≈0,=1（出口：流体自管子进入容器或排放到ζeA管外空间）2●流通截面突然缩小的ζ2⎛A⎞⎜2⎟ζ=0.51−⎜⎟A⎝1⎠21A2对于管子进口，≈0