化工原理第一章(管内流体流动的摩擦阻力损失)ppt课件.ppt

《化工原理第一章(管内流体流动的摩擦阻力损失)ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四节流体在管内的流动阻力损失一、流体在直管中的流动阻力二、管路上的局部阻力三、管路系统中的总能量损失第一章流体流动2021/10/4一、阻力的存在——（一个实验）【问题】为何B、C两处高度不同？一、流体在管内的流动阻力损失2021/10/42、流体流动阻力产生的原因及影响因素【形成原因】（1）流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力。——流动阻力产生的根源（内因）（2）固定的管壁或其他形状的固体壁面。——流动阻力产生的条件（外因）【影响因素】影响流动阻力的大小的因素有：（1）流体本身的物理性质；（2）流体的流动状况；（3）壁面的形状等。20

2、21/10/43、阻力的分类【管路的组成】（1）直管；（2）管件、阀门等。2021/10/4（1）直管阻力（沿程阻力）——流体流经一定管径的直管时所产生的阻力，是由于内部的粘性力导致的能量消耗。（2）局部阻力——流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力。是由于流道的急剧变化使流动边界层分离，所产生的大量漩涡消耗了机械能。【阻力的两种类型】2021/10/4【管路中的总阻力】管路中的总阻力＝直管阻力＋局部阻力直管阻力局部阻力2021/10/4二、流体在直管中的流动阻力1、流动阻力的实验测定如图所示，流体在水

3、平等径直管中作定态流动。2021/10/4在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程：因是直径相同的水平管：u1＝u2Z1＝Z2W＝0【结论】只需测定两截面处的压强差（通常使用U型管压差计），即可计算出阻力的大小。2021/10/4流动阻力的实验测定2021/10/42、直管阻力的计算通式对流动的流体截面间进行受力分析，可推得：式中l——管长，m；d——管径，m；u——管内流体的平均流速，m/s。——（单位：J/kg）2021/10/4【几点讨论】①此式为流体在直管内流动阻力的计算通式，称为范宁（Fanning）公式。式中λ为无因次系数，称

4、为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。【物理意义】表示单位质量的流体克服流动阻力所消耗的能量。2021/10/4②根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式：压头损失——单位重量的流体克服流动阻力所消耗的能量。压力损失——单位体积的流体克服流动阻力所消耗的能量。——（单位：m）——（单位：Pa）2021/10/4③压力损失（压力降）Δpf是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差Δp＝p1－p2意义不同，只有当管路为水平、管径不变时，二者才相等。④范宁公式对层流与湍流均适用，只是两种情况下摩擦系数λ

5、不同。2021/10/4三、层流时的摩擦系数根据流体在直管中作层流流动时，管中心最大速度与平均流速之间的关系：1、哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程式中Δpf——由于流动阻力引起的压力损失。（单位Pa=J/m3）2021/10/4（1）该式称为哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程，是流体在直管内作层流流动时压力损失的基本计算式。（2）结合前面的分析可知，流体在直管内层流流动时能量损失或阻力的计算式也可表示为：【表明】层流时阻力与速度的一次方成正比。【两点说明】（单位J/kg）2021/10/4将上式改写

6、为：与范宁公式比较，则：【结论】层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。2、层流时的摩擦系数——层流时的摩擦系数2021/10/4四、湍流时的摩擦系数（1）实验研究法又称经验研究法，用于复杂的、影响因素众多的工业过程；（2）首先，凭借经验，在复杂的过程问题中找出其所有的主要影响因素，将其视为“黑箱”，无须对过程本身的内在规律有深入的理解；（3）然后将待研究的目标函数用幂函数的形式表示，通过实验来确定目标函数与影响因素之间的关系，从而达到求出目标函数的目的。1、工程研究方法之——实验研究法2021/10/42、实验研究法的工具——量纲（因次）

7、分析法【作用】量纲（因次）分析法是一种工程研究方法。减少实验工作量和数据处理量。【方法】①按因次一致性原则将所有的变量组合成一个准数（无因次数群）关联式（如雷诺数Re即是由d、ρ、u、μ四个变量组成的无因次数群）；②用准数（无因次数群）代替单个变量进行实验。（1）何谓因次分析法2021/10/4③由于数群的数目总是比单个变量的数目少，就可以大大减少实验的次数，关联数据的工作也会有所简化。④根据相似理论，可将在实验室规模的小设备中用某种物料实验所得的结果应用到其它物料及实际的设备中去。【例如】只要雷诺数相似，任何模型试验可以互换：水下潜艇

8、模型可以在水池、水槽中测量；航空航天的飞行器模型可以在风洞中实验。2021/10/4（2）因次分析法的基础——因次一致性原则【原则】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。【例如】