制药化工原理课件第一章(1).pdf

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1、2012/9/16第一章流体流动第四节流体在管内的流动阻力(FluidFlowandPumping)在伯努利方程中，总能量损失包括两项：2概述直管阻力（沿程阻力）hf：2'第一节流体静力学方程流体在直管中流动时，因流体与管壁之间以及各层流体之间的内摩擦力而产生的阻力。第二节流体在管内的流动1局部阻力h’hf：第节第三节流体在管内的流动现象流体在流动过程中遇到局部障碍，而使流体或流向第四节流体在管内的流动阻力突然变化，由此产生的阻力。第五节管路计算阻力损失=直管阻力损失+局部阻力损失12第六节流速与流量的测量'o1'ohfhfhf制

2、药化工原理第一章流体流动1/56制药化工原理第一章流体流动2/56第四节流体在管内的流动阻力一.直管阻力流体流过一段直管因摩擦阻力而引起的能量损失。一.直管阻力2lu以单位质量流体为基准：hJkg(153)二.局部阻力fd22三.管路系统的总能量损失lu以单位体积流体为基准：pfPa(154)d2四.降低管路系统流动阻力的途径(1-53)、(1-54)式为直管阻力计算通式――范宁公式2lu以单位重量流体为基准：Hmfd2gλ：摩擦阻力系数，无因次；l：直管长度，m制药化工原理第一章流体流动3/

3、56制药化工原理第一章流体流动4/56一.直管阻力一.直管阻力计算直管阻力的关键是摩擦系数，与哪些因素有关？流体做层流流动：管壁凸凹部位被层流内层覆盖，摩擦系数与流体的流动类型和管壁粗糙度有关流体流速小，流体质点对管壁凸光滑管：玻璃管、黄铜管、塑料管凹处不能产生碰撞，故摩擦系数管道与管壁粗糙度无关，只与雷诺数层流：粗糙管：钢管、铸铁管有关。他们之间的关系由实验确定流体做湍流流动：其关系绘于图1-29绝对粗糙度(ε)：管壁凸出部分的平均高度，mm管壁存在层流内层，但其厚度与u流体湍动程度有关，导致流体质管径d一定，ε↑→阻力↑；

4、ε一定，d↓→ε对阻力影响↑点对管壁凸凹处产生碰撞不同，绝对粗糙度不能全面反映管壁粗糙程度对流动阻力的影响。摩擦系数即与雷诺数有关，也与相对粗糙度(ε/d)：绝对粗糙度与管径的比值，无因次管壁粗糙度有关。制药化工原理第一章流体流动5/56制药化工原理第一章流体流动6/5612012/9/16一.直管阻力①层流区：Re≤2000λ与Re成直线关系：Re↑→λ↓，直管阻力如何变化？完全湍流区64lu264lu264lu232luhdfd2Red2dud2d2Re64层流时：阻力与管长、粘度和

5、流速成正比，与密度和管内径Re平方成反比。层过湍流区流渡区区Re,d32lup哈根－泊谡叶(Hagon-Poiseuille)方程f2d制药化工原理第一章流体流动7/56制药化工原理第一章流体流动8/56一.直管阻力一.直管阻力②湍流区：Re≥4000③完全湍流区：Re≥4000虚线以下区域：虚线以上区域：λ与雷诺数Re和管壁的相对粗糙度ε/d有关曲线近似为水平直线，λ与Re无关，只与ε/d有关，ε/d↑，λ↑。Re↑，λ↓；ε/d↑，λ↑管路一定，ε/d可视为定值，λ也为定值光滑管摩擦系数曲线2luRe

6、=3000-10000，曲线近似为直线，回归为：hfd20.3164柏拉休斯方程（半理论公式）Re0.25完全湍流时：阻力与管长和流速平方成正比，与管内径成反比21.750.25lu0.1582lu因为流动阻力与流速平方成正比，所以该区称为阻力方区hf0.251.25d2d制药化工原理第一章流体流动9/56制药化工原理第一章流体流动10/56一.直管阻力一.直管阻力④过渡区：2000＜Re＜4000非圆形直管阻力流道截面积该区域内流体流动类型易受外界影响当量直径：d4水力半径4e润湿周边长度工程上为安

7、全起见，通常将湍流曲线延长查取λ。内管外径为d，外管内径为d的环形管道：d12d21224(dd)21d4dde21(dd)21管的长宽分别为a和b的矩形：a4ab2abbde2(ab)ab制药化工原理第一章流体流动11/56制药化工原理第一章流体流动12/5622012/9/16注意：例1-5不能使用当量直径计算流速和流量；流体在非圆形管道内流动，阻力损失可用范宁公式计算，某液体以4.5m/s的流速流经内径为0.05m的水平工用当量直径代替管径；业管道。液体的粘度为4.46×10-3Pa·s，密度为800

8、矩形管，截面长宽比应不大于3；环形截面，可靠性较差。kg/m3，工业钢管的绝对粗糙度为4.6×10-5m，试湍流流动，用当量直径计算阻力损失结果较可靠；层流流动，用当量直径计算阻力损失，摩擦系数需校正：