化工原理(少学时)课件和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案1.4-2流体流动阻力

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1、1.4.2流体流动阻力直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。流体在水平等径直管中作定态流动。一、直管阻力的表现形式若管道为倾斜管，则水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。二、直管阻力的通式由于压力差而产生的推动力：流体的摩擦力：令定态流动时——直管阻力通式（范宁Fanning公式）其它形式：——摩擦系数（摩擦因数）则J/kg压头损失m流体摩擦阻力损失计算式对层流、湍流均适用，只是摩擦系数计算式不同。三、层流时的摩擦系数速度分布方程又——哈根-泊谡叶

2、（Hagen-Poiseuille）方程能量损失层流时阻力与速度的一次方成正比。变形：比较得四、湍流时的摩擦系数1.因次分析法目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。基础：因次一致性即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且每一项都应具有相同的因次。基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N＝（n－m）个独立的无因次数群表示。湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：，（2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流动条件：u物理变量n

3、＝7基本因次m＝3（M/T/L)无因次数群N＝n－m＝4无因次化处理式中：——欧拉（Euler）准数即该过程可用4个无因次数群表示。——相对粗糙度——管道的几何尺寸——雷诺数根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即或莫狄（Moody）摩擦因数图：（1）层流区（Re≤2000）λ与无关，与Re为直线关系，即,即与u的一次方成正比。（2）过渡区（2000

4、斯（Blasius）式：适用光滑管Re＝5×103～105（2）考莱布鲁克（Colebrook）式2.管壁粗糙度对摩擦系数的影响光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。绝对粗糙度：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值。层流流动时：流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与无关，只与Re有关。湍流流动时：光滑管流动只与Re有关，与无关。完全湍流粗糙管只与有关，与Re无关。例1-11分别计算下列情况下，流体流过φ76×3mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失,已知（1）密度为910kg/m3、粘度为72cP的

5、油品，流速为1.1m/s；（2）20℃的水，流速为2.2m/s,。五、非圆形管内的流动阻力当量直径：套管环隙，内管的外径为d1，外管的内径为d2:边长分别为a、b的矩形管:说明：（1）Re与hf中的直径用de计算；（2）层流时：正方形C＝57套管环隙C＝96（3）流速用实际流通面积计算。1.4.6局部阻力一、阻力系数法将局部阻力表示为动能的某一倍数。或ζ——局部阻力系数J/kgJ/N=m1.突然扩大2.突然缩小3.管进口及出口进口：流体自容器进入管内。ζ进口=0.5进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外空间。ζ出口=1出口阻力系数4.管

6、件与阀门蝶阀二、当量长度法将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为Le的直管所产生的阻力。Le——管件或阀门的当量长度，m。总阻力：减少流动阻力的途径：管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯；尽量不安装不必要的管件和阀门等；管径适当大些。例1-12如图所示，料液由常压高位槽流入精馏塔中。进料处塔中的压力为0.2at（表压），送液管道为φ38×3mm、长8m、ε=0.3mm的钢管。管路中装有90°标准弯头2个,180°回弯头一个，全开标准球阀一个（ζ=6.4）。塔的进料量要维持在3m3/h，试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米？已知ρ=86

7、1kg/m3，粘度μ=0.643cp。hpa