螺旋管内单相湍流摩擦阻力计算方法新探.pdf

《螺旋管内单相湍流摩擦阻力计算方法新探.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第52卷第4期化　工　设　备　与　管　道Vol.52No.42015年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug.2015·单元设备·螺旋管内单相湍流摩擦阻力计算方法新探毛宇飞，齐伟，刘庆君（河海大学机电工程学院，江苏常州213022）摘要：对螺旋管内单相湍流摩擦阻力的计算方法进行了研究，发现传统的螺旋管单相阻力公式均无法直接应用于具有一定表面粗糙度的螺旋管。基于已有的实验结论，并借鉴直管内湍流粗糙过渡区摩擦阻力的经验处理方法，提出了一个新的螺旋管内单相湍流摩擦阻力计算公式。通过与国内外相关实验数据的对比，证明该公式能准确预测螺旋管内管流

2、由水力光滑管至水力粗糙管整个过渡区内的摩擦阻力。公式形式简单，计算方便，具有工程实用意义。关键词：螺旋管；湍流；摩擦阻力；粗糙度中图分类号：TQ051.1；TH126文献标识码：A文章编号：1009-3281（2015）04-0020-005螺旋管是一种典型的空间曲线管，具有空间利22LGLGTpf==m4f（1）d2ttd2用率大、传热效率高、可自由膨胀等优点。因此螺λ和f的关系是λ=4f，本文采用Darcy摩擦阻力旋管式的传热或流体输送设备在能源、动力、石油、系数。化工等工业领域中得到了广泛应用。流体输送过程中流体在螺旋管内流动时的一个显著特点就

3、是在的沿程阻力计算是流体力学的基本课题之一。在等垂直于主流方向的流动截面上产生了二次回流，从而截面管道内，粘性流体运动时的能量损失主要来自导致管道流动阻力的增大。下面从众多已有螺旋管单摩擦阻力所引起的沿程压力损失。工程中采用的流相摩擦阻力公式中选取4个较为典型的来进行比较与体输送管道通常具有一定的表面粗糙度，当流体流分析。动Reynolds数相对较大时，管道表面粗糙度对摩擦[1]Ito公式（1959）是在光滑弯管实验数据基础阻力的影响不能忽略。上拟合得到，但在工程中被广泛用于预测普通螺旋管目前，国内外学者对螺旋管（包括弯管）内单[1-8]内的单相湍流摩

4、擦压降，很多螺旋管内气液两相摩擦相湍流摩擦阻力已进行了大量的研究，相应提出压降公式也是基于该公式拟合得到。Ito公式具有两了很多种计算摩擦阻力系数的经验公式，但这些公式种形式：本身均没有考虑管壁表面粗糙度的影响，导致它们要-02.5（2）mIto=0.304Re+0.029dD/么只能应用于水力光滑的螺旋管，要么只能应用于特-02.01.定的螺旋管。粗糙螺旋管内单相湍流阻力计算有待进mIto=0.3164/Re^hdD（3）2一步探讨。本文在已有研究工作的基础上，通过对摩公式（2）和公式（3）的计算结果在6

5、据进行综合分析，提出适用范围内基本一致，比较时取其中一种即可。[2]于计算粗糙螺旋管内整个湍流区单相摩擦系数的经Mori（1967）通过对光滑弯管内的二次回流验公式，为工业中相关设备的设计与优化提供依据。进行理论分析，提出了一种半经验半理论的计算公1传统计算公式分析收稿日期：2015-01-071.1传统计算公式基金项目：国家自然科学基金（No.51206040）；河海大学中央高校基本科研业务费项目（No.2013B19014）。管道内单相流体流动中产生的摩擦压降Δpf通作者简介：毛宇飞（1979—），男，江苏宜兴人，讲师，硕士生导师。[9]常采用如下

6、公式计算：主要从事热工过程中多相流动与传热研究工作。2015年8月毛宇飞，等.螺旋管内单相湍流摩擦阻力计算方法新探·21·式：个摩擦阻力公式如下：-1/80.1503..Dn--0.20^10112Dn.2h^dD/h0.5（4）mAlie=0.18Re^hdD/q（7）mMori=+2公式（7）通过引入螺旋当量直径这一参数来考式（4）中无量纲参数Dn=Re(d/D)。[3]虑螺旋节距对摩擦阻力的影响。但事实上，对于工Srinivasan（1968）对螺旋管内单相湍流摩擦程实际中所采用的螺旋管道，其螺旋直径一般明显阻力进行实验研究，提出以下公式：大于螺

7、旋节距，此时是否考虑螺旋节距对计算结果-02.01.mSrin=0.336Re^hdD/（5）的影响并不大，弯管和普通螺旋管的阻力公式一般0.5式（5）的实验验证范围是湍流区Re（d/D）≤可以通用。14000。Srinivasan公式（5）与Ito公式（3）在形式1.2传统公式与相关实验数据的比较上完全一致，只是由实验确定的经验常数有所区别，[8]根据Colombo（2012）提供的AISI316不锈相同流动条件下，Srinivasan公式计算值是Ito公式钢螺旋管（d=12.53mm，D=1000mm，p=80mm）计算值的约1.06倍。内单相水摩

8、擦压降实验数据，对Ito公式、Mori公式、[5]Ali（2001）认为传统的螺旋管摩擦阻力公