1、4 4 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力4.1 4.1 流动的型态流动的型态对于水平直管对于水平直管人们发现两种规律：人们发现两种规律：雷诺实验表明存在两种流动类型雷诺实验表明存在两种流动类型(录像录像)判断依据：雷诺数判断依据：雷诺数 ppphf 21fhupgzupgz 2222222111 du Re1 1 层流和湍流的区别：层流和湍流的区别：层流层流 湍流湍流 无微团作径向运动无微团作径向运动 有微团作径向运动有微团作径向运动层流层从中心到管壁层流层从中心到管壁 层流内层附壁层流内层附壁 dydu dydu)(h hf f与与 无关无关 h hf f与与 有关有关 传热、传质慢
2、传热、传质慢 传热、传质快传热、传质快层流和湍流的本质区别层流和湍流的本质区别:是否存在速度、压强的脉动性是否存在速度、压强的脉动性2 2 流型判据流型判据 Re2000 Re2000 层流层流 三区两型三区两型 2000Re4000 2000Re4000 Re4000 湍流湍流 d d 3 3 时均速度和脉动速度时均速度和脉动速度 速度速度=时均速度时均速度+脉动速度脉动速度4 4 湍流的强度和尺度湍流的强度和尺度 湍流：主体流动湍流：主体流动+各种大小、强弱的旋涡各种大小、强弱的旋涡 uuu 5 5 湍流粘度湍流粘度：与流动状况有关，与物性无关与流动状况有关，与物性无关6 6 边界层边界层
3、 实际流体实际流体00，壁面无滑脱，壁面无滑脱边界层边界层-流动流体受固体壁面阻滞而造成流动流体受固体壁面阻滞而造成 速度梯度的区域速度梯度的区域 dydu)(7 7 圆管入口段圆管入口段入口段阻力大、传热、传质快入口段阻力大、传热、传质快4.2 4.2 流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布数学描述方法：数学描述方法：取控制体取控制体作力（热量、质量）衡算作力（热量、质量）衡算结合本过程的特征方程（如结合本过程的特征方程（如 ）解方程）解方程将结果整理成所需要的形式将结果整理成所需要的形式 dydu 1 1 取控制体作力衡算取控制体作力衡算 (p1-p2)r2-r2lgsin-2rl=
4、0 lsin=z2-z1得，得，(P P1 1-P P2 2)r=2l或或 与流体性质、流动类型无关与流体性质、流动类型无关 rl221PP 2 2 层流速度分布层流速度分布层流条件下：层流条件下：特征方程特征方程 边界条件边界条件 r=R 处处 u=0积分得积分得由由 ，得，得湍流条件下：由于湍流条件下：由于的困难而无法解析解的困难而无法解析解实测后归纳成实测后归纳成 n=f(Re)drdu 4.3 4.3 管内流动的阻力损失管内流动的阻力损失1 1 两种阻力损失两种阻力损失 根本原因根本原因黏性黏性划分：直管阻力损失（沿程阻力损失）划分：直管阻力损失（沿程阻力损失）局部阻力损失（管件、阀件
5、的阻力损失）局部阻力损失（管件、阀件的阻力损失）2 2 直管阻力损失直管阻力损失 影响因素：影响因素：物性因素物性因素，设备因素设备因素 d,l,操作因素操作因素 u机械能衡算机械能衡算直管，直管，u1=u2，fhuu 22222211 PP PPP 21fh3 3 泊谡叶方程泊谡叶方程层流时，已得层流时，已得得得应用条件：牛顿流体应用条件：牛顿流体 层流状态层流状态 圆直管速度分布稳定段（非入口段）圆直管速度分布稳定段（非入口段）层流直管阻力也可写成层流直管阻力也可写成 4 4 湍流直管阻力损失湍流直管阻力损失实验研究方法实验研究方法:基本要求：由小见大，由此及彼基本要求：由小见大，由此及彼
6、无量纲形式无量纲形式或或5 5 统一表达式统一表达式以不同的以不同的Re(方便地调节方便地调节u)，不同的人工粗糙管，不同的人工粗糙管,以水或空气就可做实验以水或空气就可做实验 hudulddf2,ddluhfRe,2/2hlduf22dRe,6 6 摩擦系数摩擦系数莫迪图莫迪图层流时，管内全部为层流，层流时，管内全部为层流，与与/d/d无关无关湍流时，层流内层厚度湍流时，层流内层厚度，,水力光滑管水力光滑管,与与ReRe有关有关,与与/d/d无关无关,与与ReRe、/d/d都有关都有关,完全湍流粗糙管完全湍流粗糙管,与与ReRe无关无关,与与/d/d有关有关同一根管子，可以既是光滑管，又是粗
7、糙管同一根管子，可以既是光滑管，又是粗糙管 查查Re=2104,/d=0.01时的时的=0.041查查Re=3105,/d=0.0005时的时的=0.018查查Re=104,/d=0.0001时的时的=0.03问题：用高位槽向反应器内送水，问题：用高位槽向反应器内送水，Z至少多大？至少多大？若厂房高度限于若厂房高度限于8m以内，不用泵，应该以内，不用泵，应该 如何设计管路？如何设计管路？问题：用高位槽向反应器内送水，问题：用高位槽向反应器内送水，Z至少多大？至少多大？若厂房高度限于若厂房高度限于8m以内，不用泵，应该以内，不用泵，应该 如何设计管路？如何设计管路？问题：中试实验装置中有一真空管
8、道，管内流动问题：中试实验装置中有一真空管道，管内流动 着液体，若要取样，该怎么取？着液体，若要取样，该怎么取？问题：中试实验装置中有一真空管道，管内流动问题：中试实验装置中有一真空管道，管内流动 着液体，若要取样，该怎么取？着液体，若要取样，该怎么取？7 7 非圆形直管阻力损失非圆形直管阻力损失 用当量直径用当量直径d de e这里这里d de e仅用于仅用于 和和速度速度u u为实际平均速度，而为实际平均速度，而8 8 局部阻力损失局部阻力损失管件阀件处流道变化大，产生大量旋涡，消耗了管件阀件处流道变化大，产生大量旋涡，消耗了机械能机械能1 1 2 2 3 3闸阀闸阀 截止阀截止阀 单向阀
9、单向阀(止回阀止回阀)单向阀单向阀(止回阀止回阀)球阀球阀 球阀球阀 碟阀碟阀 管件管件(弯头、接头弯头、接头)管件管件(视盅视盅)10 局部阻力计算式局部阻力计算式工程上取工程上取 ，-阻力系数阻力系数 或或 ，le-当量长度当量长度实测的实测的和和le已成图表，供设计使用已成图表，供设计使用注意：注意：1.两种方法并不一致，都有近似两种方法并不一致，都有近似 2.计算所取速度要看图表规定计算所取速度要看图表规定阻力的单位有三种：阻力的单位有三种：损失压降损失压降 Pa=N/m2 损失能量损失能量 J/kg 损失压头损失压头 J/N=m 查截止阀全开查截止阀全开,接管内径接管内径d=100m
10、m时时的当量长度的当量长度le查管道出口查管道出口损失损失值值工程计算工程计算(一一)水平管输液水平管输液 在在250kPa的压差下输送的压差下输送=800kg/m3,=0.1Pas的液体，管长的液体，管长l+le=10km,管内径管内径d=300mm。求求:流量为多少流量为多少m3/s？解：画简图，从解：画简图，从1 1至至2 2排机械能守恒式排机械能守恒式 因因较大，可先设较大，可先设Re2000Re2000，层流层流验验原设成立，计算有效原设成立，计算有效 Re64 smlldue/7.0100001.0323.0250000)(3222 P200016781.08007.03.0Re
11、dusmudqV/050.07.03.0785.04322 工程计算工程计算(二二)高位槽送液高位槽送液 由一高位槽向由一高位槽向搅拌搅拌釜釜送料送料液液，料液性质同料液性质同20的水，流量的水，流量1.3l/s,镀锌铁管镀锌铁管423mm,管管长长10m，90弯头弯头4个，闸阀个，闸阀(全开全开)1个。个。试求：试求：Z应为多少应为多少m。解：解：查查9090弯头弯头=0.75,=0.75,闸阀全开闸阀全开=0.17,=0.17,出口出口=1=1取取=0.2mm,/d=0.0056,=0.2mm,/d=0.0056,查查=0.033=0.033由高位槽液面至反应器液面作机械能衡算由高位槽液面
12、至反应器液面作机械能衡算smdquV/28.1036.014.3103.144232 41061.4001.0100028.1036.0Re dugudlgpZ2)(2 m13.281.9228.1)117.075.04036.0102 033.0(81.9101034两个工程计算的不同特点：两个工程计算的不同特点：1 1已知设备状况，求生产能力已知设备状况，求生产能力(输送能力输送能力)-操作型问题操作型问题2 2已知生产能力要求，求设备状况已知生产能力要求，求设备状况 -设计型问题设计型问题本次讲课习题：本次讲课习题：第一章第一章 1117雷诺实验雷诺实验 返回返回 三通三通 返回返回弯头弯头 返回返回阀门阀门 返回返回
