流体流动过程中能量损失与管道计算.ppt

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1、1.4流体流动过程中能量损失与管道计算实际流体由于具有粘性，在流动时就产生阻力。对于不可压缩流体来说，这种阻力使流体的一部分机械能，不可逆地转化为热能而损失到环境中去。这部分能量便不再参加流体动力学过程，称之为能量损失。单位重量（单位体积）流体的能量损失，称为水头损失（压头损失）并以hw(或△p)表示。流体都是在管道或渠道中输送的。根据产生阻力的部位不同，把阻力分为沿程阻力和局部阻力两类。沿程阻力:产生于整个流动路程上，由于流体的粘性和流体质点之间的互相碰撞而产生的阻力；局部阻力：产生于管道中的管件，阀件，出入口等处，是由于这些局部位置所造成的对流动的障碍或干扰而产

2、生的附加阻力。沿程阻力用沿程压头损失hL表示，局部阻力用局部压头损失hM表示。单位为米流体柱或帕。因此，柏努利方程中的压头损失项实际流体在流动过程中才会产生流动阻力，为了克服该阻力才有阻力损失，因此，在工程上常将能量损失表示为动能的某一倍数，这一倍数称为阻力系数。1.4.1流态和雷诺试验1.4.1.1雷诺试验在一般流动过程中，由于流体流动速度不同，流体质点的运动可能处于两种完全不同的状态。一种是流体质点互不干扰而有规则的层流运动。而另一种则是流体质点速度存在脉动的湍流流动。层流中，流体质点沿其轨迹层次分明地向前运动，其轨迹是一些平滑的随时间变化较慢的曲线。湍流中流体

3、质点的轨迹杂乱无章，互相交错，而且迅速地变化，流体微团(或称涡体)在顺流向运动的同时，还作横向、垂向和局部逆向运动，也与它周围的流体发生混掺。那么流体质点在什么情况下发生层流流动，什么情况下发生湍流流动，什么情况下发生从层流向湍流过渡呢？在讨论这个问题之前，现看一下雷诺试验：试验时首先稍微开启阀门K，流体便开始缓慢的由水箱G中流出。然后将细管上的阀门P稍微开启，则有有色液体从T1管流入玻璃管T中，在T管中形成一条直线，且很稳定。随后如果将阀门K再稍微开大一些，则玻璃管中流体的流速随之增大，但是上述现象任然不变，染色流束仍将保持稳定流态。也就是说当玻璃管内的流速较低时

4、，从细管注入的颜色液体能成为单独的一股细流前进，同玻璃内的水不相混杂。但当K开启到一定程度时，也就是当玻璃管内的流速较高时，从细管注入的那股带颜色的细流马上消失在水中，同水混杂起来。前一种情况说明流体运动时，流体的质点成为互不干扰的细流前进，各股流互相平行，层次分明。流体的这种流态是层流。后一种情况说明流体流动时，出现一种紊乱态。流体各质点作不规则的运动。液流内各股细流相互更换位置，流体质点有轴向和横向运动，互相撞击产生湍动和旋涡，这种流态叫湍流或称紊流。层流、湍流示意图：1.4.1.2雷诺准数（1）雷诺准数：式中D：管道直径；v：流速；ρ：流体密度；µ：动力粘度。

5、（2）雷诺准数的物理意义：表示作用于流体上的惯性力与粘性力之比（相对大小）。对于在平直的圆管中流动的流体：Re≤2320：流态属层流Re≥4000：流态属湍流2320

6、之比，即1.4.1.3水力半径和当量直径因此，水力半径反映了管道或设备的集合因素对流动状态，也就是对阻力大小的影响。对于圆形管道，于是即圆管直径为水力半径的4倍，对于非圆形管道或设备，也取水力半径的4倍表示其尺寸，即取当量直径：De=4RH它与相同数值的圆管直径D对流动状况产生相同的影响，对于圆管De=D。对于长度a、宽度b的矩形截面的管道，对于内径为D1的管道里套着一根外径为D2的圆管两者之间的环形通道：必须着重指出，当量直径只是用来代替圆管的直径D，以表明管道的几何因素对某些流体力学现象有相同的影响。它不应该代替圆管的直径去计算不属于这个范围的物理量，例如截面积

7、、流速、流量等。例如上述的环形管道的截面积是而不是；其间的流量是Qm3/s时，流速应是，而不是1.4.2沿程能量损失式中hl----沿程能量损失，；l-----管长，m；d----管径，对非圆形管道取当量直径de，m；-----气体的动压头，；----沿程阻力系数（或摩擦系数）。（1）在层流流态下，摩擦系数为（2）紊流流态下沿程阻力系数光滑的金属管道：A=0.32n=0.25表面粗糙的金属管道：A=0.129n=0.12砖砌管道：A=0.175n=0.12在一般工程计算时，值可近似选取。光滑的金属管道：＝0.02～0.025；一般氧化的金属管道：＝0.035～0