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时间:2019-08-23
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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
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