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1、1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象1.4.1 1.4.1 流体流动类型与雷诺准数流体流动类型与雷诺准数流体流动类型与雷诺准数流体流动类型与雷诺准数1.1.1.1.雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺实验（Reynolds testReynolds test）滞流或层流滞流或层流滞流或层流滞流或层流湍流或紊流湍流或紊流湍流或紊流湍流或紊流1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象雷诺数雷诺数雷诺数雷诺数（Reynolds numberReynolds number）R Re e的物理意义：流体流动中惯性力与黏滞力的比。是流体的物理意义：流体流动中惯性力与黏滞力的比。是流体的物理意义：流体流动中惯性力
2、与黏滞力的比。是流体的物理意义：流体流动中惯性力与黏滞力的比。是流体湍动程度的大小的体现。若惯性力较大时，湍动程度的大小的体现。若惯性力较大时，湍动程度的大小的体现。若惯性力较大时，湍动程度的大小的体现。若惯性力较大时，R Re e数较大；当数较大；当数较大；当数较大；当黏滞力较大时，黏滞力较大时，黏滞力较大时，黏滞力较大时，R Re e数较小。数较小。数较小。数较小。对于非圆形管，内径对于非圆形管，内径对于非圆形管，内径对于非圆形管，内径d d用当量直径用当量直径用当量直径用当量直径d de e来代替：来代替：来代替：来代替：d de e=4=4水利学半径水利学半径水利学半径水利学半径圆形管
3、圆形管圆形管圆形管正方形管正方形管正方形管正方形管长方形管长方形管长方形管长方形管圆形套管：设大环套内径为圆形套管：设大环套内径为圆形套管：设大环套内径为圆形套管：设大环套内径为D D，小管外径为，小管外径为，小管外径为，小管外径为d d，则：，则：，则：，则：1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象2.2.流动形态的判据流动形态的判据流动形态的判据流动形态的判据-Reynolds number-Reynolds number雷诺数反映了流体流动的湍动程度，可以判断雷诺数反映了流体流动的湍动程度，可以判断雷诺数反映了流体流动的湍动程度，可以判断雷诺数反映了流体流动的湍动程度，可以判断 流体的流
4、动型态。流体的流动型态。流体的流动型态。流体的流动型态。当当当当R Re e20002000，为滞流（层流），为滞流（层流），为滞流（层流），为滞流（层流）laminar flow laminar flow R Re e40004000，为湍流（紊流），为湍流（紊流），为湍流（紊流），为湍流（紊流）turbulent flow turbulent flow R Re e1000010000时，为稳定的湍流。时，为稳定的湍流。时，为稳定的湍流。时，为稳定的湍流。20002000R Re e40004000，为过度流，为过度流，为过度流，为过度流(transitional(transitional
5、 flow)flow)是一种不稳定的状态。是一种不稳定的状态。是一种不稳定的状态。是一种不稳定的状态。1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象 滞流与湍流的比较滞流与湍流的比较滞流与湍流的比较滞流与湍流的比较流体质点运动的方式流体质点运动的方式流体质点运动的方式流体质点运动的方式-基本特征基本特征基本特征基本特征管内滞流时，流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点管内滞流时，流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点管内滞流时，流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点管内滞流时，流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不干扰。互不碰撞，互不干扰。互不碰撞，互不干扰。互不碰撞，互不干扰
6、。流体可以看作无数同心圆筒薄层一层套一层作同向平行运动。流体可以看作无数同心圆筒薄层一层套一层作同向平行运动。流体可以看作无数同心圆筒薄层一层套一层作同向平行运动。流体可以看作无数同心圆筒薄层一层套一层作同向平行运动。管内湍流时，流体质点作不规则的杂乱运动，相互碰撞，产管内湍流时，流体质点作不规则的杂乱运动，相互碰撞，产管内湍流时，流体质点作不规则的杂乱运动，相互碰撞，产管内湍流时，流体质点作不规则的杂乱运动，相互碰撞，产生大大小小的漩涡。碰撞阻力黏性阻力生大大小小的漩涡。碰撞阻力黏性阻力生大大小小的漩涡。碰撞阻力黏性阻力生大大小小的漩涡。碰撞阻力黏性阻力管内湍流时，流体质点在沿管轴流动的同时
7、还伴着随机的管内湍流时，流体质点在沿管轴流动的同时还伴着随机的管内湍流时，流体质点在沿管轴流动的同时还伴着随机的管内湍流时，流体质点在沿管轴流动的同时还伴着随机的径向脉动径向脉动径向脉动径向脉动，任一点处的速度大小和方向都随时变化。微观，任一点处的速度大小和方向都随时变化。微观，任一点处的速度大小和方向都随时变化。微观，任一点处的速度大小和方向都随时变化。微观上为不稳地流动，但宏观上可以当做稳定流动处理。上为不稳地流动，但宏观上可以当做稳定流动处理。上为不稳地流动，但宏观上可以当做稳定流动处理。上为不稳地流动，但宏观上可以当做稳定流动处理。1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象速速速速度度度
8、度和和和和压压压压力力力力围围围围绕绕绕绕“平平平平均均均均值值值值”时时时时均均均均速速速速度度度度波波波波动动动动，该该该该值值值值不随时间改变不随时间改变不随时间改变不随时间改变1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象湍流流动是一个湍流流动是一个湍流流动是一个湍流流动是一个时均流动上叠加了一个随机的脉时均流动上叠加了一个随机的脉时均流动上叠加了一个随机的脉时均流动上叠加了一个随机的脉动量动量动量动量 。湍流的特征是湍流的特征是湍流的特征是湍流的特征是出现速度的脉动出现速度的脉动出现速度的脉动出现速度的脉动。质点的径向脉动是湍流的最基本特点，层流时只有轴质点的径向脉动是湍流的最基本特点，层
9、流时只有轴质点的径向脉动是湍流的最基本特点，层流时只有轴质点的径向脉动是湍流的最基本特点，层流时只有轴向速度而径向速度为零，湍流时则出现了向速度而径向速度为零，湍流时则出现了向速度而径向速度为零，湍流时则出现了向速度而径向速度为零，湍流时则出现了径向脉动速径向脉动速径向脉动速径向脉动速度度度度u ui i。1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象 阻力的来源阻力的来源阻力的来源阻力的来源滞流的滞流的滞流的滞流的流动流动流动流动阻力来阻力来阻力来阻力来自自自自流体流体流体流体本身所具有的粘性本身所具有的粘性本身所具有的粘性本身所具有的粘性而引起的内摩擦而引起的内摩擦而引起的内摩擦而引起的内摩擦；
10、湍流时流体质点彼此碰撞混合，产生大量的旋涡，湍流时流体质点彼此碰撞混合，产生大量的旋涡，湍流时流体质点彼此碰撞混合，产生大量的旋涡，湍流时流体质点彼此碰撞混合，产生大量的旋涡，产生的附加阻力比粘性产生的阻力大得多。产生的附加阻力比粘性产生的阻力大得多。产生的附加阻力比粘性产生的阻力大得多。产生的附加阻力比粘性产生的阻力大得多。1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象 流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布流体在圆管内的速度分布r r r r=R R R R，u ur r=0=0=0=0；r r=0=0，u ur r=u umaxmax 。1.4 1.4 流体流动现象
11、流体流动现象滞流时，流体的流速沿管子断面呈抛物线分布滞流时，流体的流速沿管子断面呈抛物线分布滞流时，流体的流速沿管子断面呈抛物线分布滞流时，流体的流速沿管子断面呈抛物线分布滞流时的平均流速滞流时的平均流速滞流时的平均流速滞流时的平均流速 u umm=0.5=0.5 u umaxmax1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象湍流时的流速分布状况与抛物线相近，但顶端稍平坦，湍流时的流速分布状况与抛物线相近，但顶端稍平坦，湍流时的流速分布状况与抛物线相近，但顶端稍平坦，湍流时的流速分布状况与抛物线相近，但顶端稍平坦，湍流程度越高，越平坦，湍流程度越高，越平坦，湍流程度越高，越平坦，湍流程度越高，越平
12、坦，靠近管壁处的滞流底层越薄。靠近管壁处的滞流底层越薄。靠近管壁处的滞流底层越薄。靠近管壁处的滞流底层越薄。湍流的速度分布至湍流的速度分布至湍流的速度分布至湍流的速度分布至今尚未能够以理论今尚未能够以理论今尚未能够以理论今尚未能够以理论导出，通常将其表导出，通常将其表导出，通常将其表导出，通常将其表示成经验公式或图示成经验公式或图示成经验公式或图示成经验公式或图的形式。的形式。的形式。的形式。湍流时的平均流速湍流时的平均流速湍流时的平均流速湍流时的平均流速 u umm=0.8=0.8u umaxmax1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象 从流动形态的
13、分布上：从流动形态的分布上：从流动形态的分布上：从流动形态的分布上：滞流时整个流动层都是滞流层滞流时整个流动层都是滞流层滞流时整个流动层都是滞流层滞流时整个流动层都是滞流层1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象1.4.3 1.4.3 流体流动的边界层流体流动的边界层流体流动的边界层流体流动的边界层（boundary layerboundary layer）边界层边界层边界层边界层-在壁面附近存在的较大的速度梯度的流体层。在壁面附近存在的较大的速度梯度的流体层。在壁面附近存在的较大的速度梯度的流体层。在壁面附近存在的较大的速度梯度的流体层。边界层的形成边界层的形成边界层的形成边界层的形成边界层
14、产生的原因：流体的粘性。边界层产生的原因：流体的粘性。边界层产生的原因：流体的粘性。边界层产生的原因：流体的粘性。工程规定边界层外缘的流速工程规定边界层外缘的流速工程规定边界层外缘的流速工程规定边界层外缘的流速：u u=0.99=0.99u u0 0 1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象 边界层的发展边界层的发展边界层的发展边界层的发展1 1 1 1）流体在平板上的流动）流体在平板上的流动）流体在平板上的流动）流体在平板上的流动x x，边界层有一个发展过程；最终流型可能是滞，边界层有一个发展过程；最终流型可能是滞，边界层有一个发展过程；最终流型可能是滞，边界层有一个发展过程；最终流型可能是
15、滞流，也可能发展为湍流。流，也可能发展为湍流。流，也可能发展为湍流。流，也可能发展为湍流。平板上流动的流体边界层平板上流动的流体边界层平板上流动的流体边界层平板上流动的流体边界层层流边界层厚度：层流边界层厚度：层流边界层厚度：层流边界层厚度：湍流边界层厚度：湍流边界层厚度：湍流边界层厚度：湍流边界层厚度：边界层内的流动为边界层内的流动为边界层内的流动为边界层内的流动为滞流滞流滞流滞流 ；边界层内的流动为边界层内的流动为边界层内的流动为边界层内的流动为湍流；湍流；湍流；湍流；在平板前缘处，在平板前缘处，在平板前缘处，在平板前缘处，x x=0=0，则，则，则，则=0=0。随着流动路程的增长，边界层
16、。随着流动路程的增长，边界层。随着流动路程的增长，边界层。随着流动路程的增长，边界层逐渐增厚；随着逐渐增厚；随着逐渐增厚；随着逐渐增厚；随着流体的粘度减小，边界层逐渐减薄流体的粘度减小，边界层逐渐减薄流体的粘度减小，边界层逐渐减薄流体的粘度减小，边界层逐渐减薄。1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象圆形直管内进口段的边界层圆形直管内进口段的边界层圆形直管内进口段的边界层圆形直管内进口段的边界层对称发展对称发展对称发展对称发展边界层厚度边界层厚度边界层厚度边界层厚度：当当当当x x=0=0时，时，时，时，=0=0当当当当x x=x x0 0时，时，时，时，=R=R稳定段长度：稳定段长度：稳定段
17、长度：稳定段长度：x x0 0/d=0.0575Re/d=0.0575Re进口段管内流动的边界层也可以从滞流转变为湍流，于管内流动的边界层也可以从滞流转变为湍流，于管内流动的边界层也可以从滞流转变为湍流，于管内流动的边界层也可以从滞流转变为湍流，于x x0 0处在管中心线上汇合。处在管中心线上汇合。处在管中心线上汇合。处在管中心线上汇合。x x0 0(40-100)(40-100)d d;=R R安装仪表！安装仪表！安装仪表！安装仪表！边界层分离：边界层分离：边界层分离：边界层分离：形体阻力：固体表面形状造成边界层分离而引起能量损耗形体阻力：固体表面形状造成边界层分离而引起能量损耗形体阻力：固
18、体表面形状造成边界层分离而引起能量损耗形体阻力：固体表面形状造成边界层分离而引起能量损耗流体在管径突然扩大或缩小，或流经直角、弯管、球体等情流体在管径突然扩大或缩小，或流经直角、弯管、球体等情流体在管径突然扩大或缩小，或流经直角、弯管、球体等情流体在管径突然扩大或缩小，或流经直角、弯管、球体等情况时，会发生倒流，引起流体与固体壁面发生分离现象，并况时，会发生倒流，引起流体与固体壁面发生分离现象，并况时，会发生倒流，引起流体与固体壁面发生分离现象，并况时，会发生倒流，引起流体与固体壁面发生分离现象，并产生大量的旋涡，结果造成流体能量的损失。产生大量的旋涡，结果造成流体能量的损失。产生大量的旋涡，
19、结果造成流体能量的损失。产生大量的旋涡，结果造成流体能量的损失。1.4 1.4 流体流动现象流体流动现象研究边界层的意义：研究边界层的意义：研究边界层的意义：研究边界层的意义：在边界层内，在边界层内，在边界层内，在边界层内，d du u/d/dy y较大，较大，较大，较大，内摩擦阻力也较大；内摩擦阻力也较大；内摩擦阻力也较大；内摩擦阻力也较大；主流区内，主流区内，主流区内，主流区内，d du u/d/dy y00，内摩擦阻力也，内摩擦阻力也，内摩擦阻力也，内摩擦阻力也00，主流主流主流主流区的流体可视为理想流体。区的流体可视为理想流体。区的流体可视为理想流体。区的流体可视为理想流体。粘粘粘粘性
20、性性性的的的的影影影影响响响响限限限限制制制制在在在在边边边边界界界界层层层层内内内内，并并并并且且且且传传传传热热热热和和和和传传传传质质质质的的的的阻阻阻阻力力力力也限制在边界层内，使实际流体的流动问题大大简化了也限制在边界层内，使实际流体的流动问题大大简化了也限制在边界层内，使实际流体的流动问题大大简化了也限制在边界层内，使实际流体的流动问题大大简化了1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf流动阻力产生的根源流动阻力产生的根源流动阻力产生的根源流动阻力产生的根源:流体的黏性流体的黏性流体的黏性流体的黏性+固体表面特性固体表面特性固体表面特性固体表面特性流动阻力产生的条件流动阻
21、力产生的条件流动阻力产生的条件流动阻力产生的条件:固体壁面促使流体内部发生相对运动固体壁面促使流体内部发生相对运动固体壁面促使流体内部发生相对运动固体壁面促使流体内部发生相对运动流动阻力的影响因素流动阻力的影响因素流动阻力的影响因素流动阻力的影响因素:流体本身的物理性质流体本身的物理性质流体本身的物理性质流体本身的物理性质流动状况流动状况流动状况流动状况流道形状及尺寸流道形状及尺寸流道形状及尺寸流道形状及尺寸直管阻力损失直管阻力损失直管阻力损失直管阻力损失h hf f：流体沿直管流动时，因内摩擦力而产生流体沿直管流动时，因内摩擦力而产生流体沿直管流动时，因内摩擦力而产生流体沿直管流动时，因内摩
22、擦力而产生的阻力损失。的阻力损失。的阻力损失。的阻力损失。1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf局部阻力损失局部阻力损失局部阻力损失局部阻力损失h hf f：流体在通过阀门、管件的进出口时由于局流体在通过阀门、管件的进出口时由于局流体在通过阀门、管件的进出口时由于局流体在通过阀门、管件的进出口时由于局部的障碍，使得流速部的障碍，使得流速部的障碍，使得流速部的障碍，使得流速或或或或，或方向发生改变而造成的能量损，或方向发生改变而造成的能量损，或方向发生改变而造成的能量损，或方向发生改变而造成的能量损失。形体阻力失。形体阻力失。形体阻力失。形体阻力+相应的摩擦阻力相应的摩擦阻力相应的
23、摩擦阻力相应的摩擦阻力 h hf f=h hf f +h hf f h hf f-单位质量流体流动时的能量损失单位质量流体流动时的能量损失单位质量流体流动时的能量损失单位质量流体流动时的能量损失,J/kg J/kg h hf f /g/g -单位重量流体流动时的能量损失单位重量流体流动时的能量损失单位重量流体流动时的能量损失单位重量流体流动时的能量损失,m,mh hf f =P Pf f -单位体积流体流动时的能量损失单位体积流体流动时的能量损失单位体积流体流动时的能量损失单位体积流体流动时的能量损失,Pa,Pa1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf1.5.1 1.5.1 流体在
24、直管中流动的阻力流体在直管中流动的阻力流体在直管中流动的阻力流体在直管中流动的阻力h hf f1.1.圆形直管内的阻力圆形直管内的阻力圆形直管内的阻力圆形直管内的阻力-范宁公式范宁公式范宁公式范宁公式(Fanning formula)(Fanning formula)-摩擦阻力系数摩擦阻力系数摩擦阻力系数摩擦阻力系数(friction(friction factor)factor)流体阻力会引起压强的降低，若用压强降表示，则：流体阻力会引起压强的降低，若用压强降表示，则：流体阻力会引起压强的降低，若用压强降表示，则：流体阻力会引起压强的降低，若用压强降表示，则：1.5 流体在管内的流动阻力流体
25、在管内的流动阻力hf摩擦阻力系数摩擦阻力系数摩擦阻力系数摩擦阻力系数（friction factorfriction factor）管壁粗糙程度对管壁粗糙程度对管壁粗糙程度对管壁粗糙程度对 的影响的影响的影响的影响绝对粗糙度绝对粗糙度绝对粗糙度绝对粗糙度-壁面凸出部分的平均高度壁面凸出部分的平均高度壁面凸出部分的平均高度壁面凸出部分的平均高度相对粗糙度相对粗糙度相对粗糙度相对粗糙度=/=/d d1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf流体滞流时，壁面凸凹不平的地方被流体层遮流体滞流时，壁面凸凹不平的地方被流体层遮流体滞流时，壁面凸凹不平的地方被流体层遮流体滞流时，壁面凸凹不平的地方
26、被流体层遮盖，流体质点对管壁凸出部分不产生碰撞。盖，流体质点对管壁凸出部分不产生碰撞。盖，流体质点对管壁凸出部分不产生碰撞。盖，流体质点对管壁凸出部分不产生碰撞。与管壁粗糙度无关。与管壁粗糙度无关。与管壁粗糙度无关。与管壁粗糙度无关。1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf如果湍流时，滞流内层厚度如果湍流时，滞流内层厚度如果湍流时，滞流内层厚度如果湍流时，滞流内层厚度 b b，则管壁，则管壁，则管壁，则管壁粗糙度对粗糙度对粗糙度对粗糙度对 的影响也与滞流相似的影响也与滞流相似的影响也与滞流相似的影响也与滞流相似若湍流的滞流内层厚度若湍流的滞流内层厚度若湍流的滞流内层厚度若湍流的滞流
27、内层厚度 b b，则管壁粗糙度对，则管壁粗糙度对，则管壁粗糙度对，则管壁粗糙度对 的影的影的影的影响成为重要因素。响成为重要因素。响成为重要因素。响成为重要因素。ReRe越大，影响越显著。越大，影响越显著。越大，影响越显著。越大，影响越显著。1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hfRe2000Re2000Re2000Re2000，为滞流，为滞流，为滞流，为滞流，只与只与只与只与ReReReRe有关，与管壁粗糙程度无有关，与管壁粗糙程度无有关，与管壁粗糙程度无有关，与管壁粗糙程度无关。关。关。关。Re4000Re4000Re4000Re4000或或或或1000010000100001
28、0000，为湍流或稳定的湍流，此时，为湍流或稳定的湍流，此时，为湍流或稳定的湍流，此时，为湍流或稳定的湍流，此时不仅与不仅与不仅与不仅与ReReReRe有关，还与管壁粗糙程度有关。有关，还与管壁粗糙程度有关。有关，还与管壁粗糙程度有关。有关，还与管壁粗糙程度有关。此时此时此时此时 可由经验公式求算或查表。可由经验公式求算或查表。可由经验公式求算或查表。可由经验公式求算或查表。1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf湍流时，不同的管材的湍流时，不同的管材的湍流时，不同的管材的湍流时，不同的管材的 的几种经验公式的几种经验公式的几种经验公式的几种经验公式:光滑管为例光滑管为例光滑管为例
29、光滑管为例柏拉修斯公式：柏拉修斯公式：柏拉修斯公式：柏拉修斯公式：Re=310Re=3103 31101105 5顾毓珍公式：顾毓珍公式：顾毓珍公式：顾毓珍公式：Re=310Re=3103 33103106 61.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf1.5.2 1.5.2 局部阻力局部阻力局部阻力局部阻力h hf f 局部阻力系数法局部阻力系数法局部阻力系数法局部阻力系数法 -用动压头的倍数表示损失的能量用动压头的倍数表示损失的能量用动压头的倍数表示损失的能量用动压头的倍数表示损失的能量-局部阻力系数（局部阻力系数（局部阻力系数（局部阻力系数（local resistance fa
30、ctorlocal resistance factor）由实验测得。由实验测得。由实验测得。由实验测得。若用压强降来表示若用压强降来表示若用压强降来表示若用压强降来表示,则：则：则：则：1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf局部阻力系数局部阻力系数局部阻力系数局部阻力系数-管路突然放大或突然缩小，管路突然放大或突然缩小，管路突然放大或突然缩小，管路突然放大或突然缩小，值由小管与大管的截值由小管与大管的截值由小管与大管的截值由小管与大管的截面积之比面积之比面积之比面积之比A A1 1/A/A2 2查得，且流速取小管的流速。查得，且流速取小管的流速。查得，且流速取小管的流速。查得，且
31、流速取小管的流速。1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf 管件与阀门的管件与阀门的管件与阀门的管件与阀门的 从手册中查从手册中查从手册中查从手册中查 进口时进口时进口时进口时,c c=0.5=0.5，若为光滑管则若为光滑管则若为光滑管则若为光滑管则 减半减半减半减半 出口时出口时出口时出口时,e e=1=1总的阻力为：总的阻力为：总的阻力为：总的阻力为：1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf 当量长度法（当量长度法（当量长度法（当量长度法（equivalent lengthequivalent length）将各种局部阻力损失折合成相当长度的直管的阻力损失，将各种局
32、部阻力损失折合成相当长度的直管的阻力损失，将各种局部阻力损失折合成相当长度的直管的阻力损失，将各种局部阻力损失折合成相当长度的直管的阻力损失，与此相当的直管长度称为当量长度。与此相当的直管长度称为当量长度。与此相当的直管长度称为当量长度。与此相当的直管长度称为当量长度。用用用用l le e表示，其值由实验测定表示，其值由实验测定表示，其值由实验测定表示，其值由实验测定总的阻力为：总的阻力为：总的阻力为：总的阻力为：1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf阻力通式：阻力通式：阻力通式：阻力通式：1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力hf例例例例:用泵把用泵把用泵把用泵把20
33、20苯从地下贮罐送到高位槽苯从地下贮罐送到高位槽苯从地下贮罐送到高位槽苯从地下贮罐送到高位槽,流量流量流量流量300L/min,300L/min,高位槽液面比贮罐液面高高位槽液面比贮罐液面高高位槽液面比贮罐液面高高位槽液面比贮罐液面高10m,10m,上方均为大气压上方均为大气压上方均为大气压上方均为大气压.泵的吸入泵的吸入泵的吸入泵的吸入管为管为管为管为 89mm4mm 89mm4mm 的无缝钢管的无缝钢管的无缝钢管的无缝钢管,长长长长15m,15m,管路上装有一全开管路上装有一全开管路上装有一全开管路上装有一全开的底阀的底阀的底阀的底阀,一个标准弯头一个标准弯头一个标准弯头一个标准弯头,泵排
34、出管为泵排出管为泵排出管为泵排出管为 57mm3.5mm57mm3.5mm无缝钢无缝钢无缝钢无缝钢管管管管,长长长长50m,50m,一个全开的闸阀一个全开的闸阀一个全开的闸阀一个全开的闸阀,一个全开的截止阀和一个全开的截止阀和一个全开的截止阀和一个全开的截止阀和3 3个标准个标准个标准个标准弯头弯头弯头弯头,假设贮罐送和高位槽的液面维持恒定假设贮罐送和高位槽的液面维持恒定假设贮罐送和高位槽的液面维持恒定假设贮罐送和高位槽的液面维持恒定,求泵的轴功率求泵的轴功率求泵的轴功率求泵的轴功率,设泵的效率为设泵的效率为设泵的效率为设泵的效率为70%.70%.解解解解:取贮罐液面为取贮罐液面为取贮罐液面为
35、取贮罐液面为1-1,1-1,高位槽液面为高位槽液面为高位槽液面为高位槽液面为2-2,2-2,并以并以并以并以 1-1 1-1截面为基准面截面为基准面截面为基准面截面为基准面.在两截面之间列在两截面之间列在两截面之间列在两截面之间列柏努利方程柏努利方程柏努利方程柏努利方程Z Z1 1 g g +u u1 12 2/2+/2+p p1 1/+/+WWe=Ze=Z2 2g g +u u2 22 2/2+/2+p p2 2/+/+h hf f 其中其中,Z,Z1 1=0,Z=0,Z2 2 =10,=10,p p1 1=p p2 2 贮罐送和高位槽的液面维持恒定贮罐送和高位槽的液面维持恒定贮罐送和高位槽
36、的液面维持恒定贮罐送和高位槽的液面维持恒定u u1 1 0,0,u u2 200柏努利方程可简化为柏努利方程可简化为柏努利方程可简化为柏努利方程可简化为:WWe=10g+e=10g+h hf f =98.1+=98.1+h hf f (1)(1)吸入管路的能量损失吸入管路的能量损失吸入管路的能量损失吸入管路的能量损失 h hf f ,a,a h hf f ,a,a=h hf f ,a,a+h h f f ,a,ad da a=89-24=81mm=0.081m,=89-24=81mm=0.081m,l la a=15m=15m查表得查表得查表得查表得:底阀的当量长度底阀的当量长度底阀的当量长度
37、底阀的当量长度 6.3m 6.3m标准弯头的当量长度标准弯头的当量长度标准弯头的当量长度标准弯头的当量长度 2.7m 2.7m进口局部阻力系数进口局部阻力系数进口局部阻力系数进口局部阻力系数c=0.5c=0.5 h hf f ,a,a=h hf f ,a,a+h h f f ,a,a查查查查 2020苯的物性参数为苯的物性参数为苯的物性参数为苯的物性参数为=880kg/m=880kg/m3 3,=6.510,=6.5104 4 Pa.sPa.s查查查查 =0.3mm/d=0.3/81=0.0037,=0.3mm/d=0.3/81=0.0037,查得查得查得查得=0.029=0.029 h hf
38、 f ,a,a=h hf f ,a,a+h h f f ,a,a(2)(2)排出管路的能量损失排出管路的能量损失排出管路的能量损失排出管路的能量损失 h hf f ,b,b h hf f,b,b=h hf f,b,b+h h f f,b,bd db b=57-23.5=50mm=0.05m,=57-23.5=50mm=0.05m,l lb b=50m=50m查表得查表得查表得查表得:全开闸阀的当量长度全开闸阀的当量长度全开闸阀的当量长度全开闸阀的当量长度 0.33m 0.33m3 3个标准弯头的当量长度个标准弯头的当量长度个标准弯头的当量长度个标准弯头的当量长度 31.6=4.8m 31.6=
39、4.8m全开止截阀的当量长度全开止截阀的当量长度全开止截阀的当量长度全开止截阀的当量长度 17m 17m出口局部阻力系数出口局部阻力系数出口局部阻力系数出口局部阻力系数e=1e=1/d=0.3/50=0.006,/d=0.3/50=0.006,查得查得查得查得=0.0313=0.0313 h hf f,b,b=h hf f,b,b+h h f f,b,b管路的能量损失管路的能量损失管路的能量损失管路的能量损失 h hf f =h hf f ,a,a+h hf f ,b,b =4.28+150=154.28J/kg =4.28+150=154.28J/kgWWe=10g+e=10g+h hf f
40、 =98.1+=98.1+h hf f =98.1+154.28252.4J/kg=98.1+154.28252.4J/kgN Ne=e=WWe e WWs s=V Vs s WWe e =252.4880300/1000/601.11 kW=252.4880300/1000/601.11 kW轴功率轴功率轴功率轴功率N=Ne/=1.11/0.7=1.591kWN=Ne/=1.11/0.7=1.591kW1.6 管路计算管路计算一、化工系统中的管路系统一、化工系统中的管路系统一、化工系统中的管路系统一、化工系统中的管路系统1 1、分类、分类、分类、分类简单管路：串联管路简单管路：串联管路简单管
41、路：串联管路简单管路：串联管路 复杂管路：分支管路（有去无回）复杂管路：分支管路（有去无回）复杂管路：分支管路（有去无回）复杂管路：分支管路（有去无回）并联管路（殊途同归）并联管路（殊途同归）并联管路（殊途同归）并联管路（殊途同归）1.6 管路计算管路计算2 2、计算类型与方法、计算类型与方法、计算类型与方法、计算类型与方法管路计算管路计算管路计算管路计算 设计型设计型设计型设计型给定流体流量，选用合适的管路。给定流体流量，选用合适的管路。给定流体流量，选用合适的管路。给定流体流量，选用合适的管路。关键：确定流速关键：确定流速关键：确定流速关键：确定流速操作型操作型操作型操作型管管管管路路路路
42、已已已已固固固固定定定定，要要要要求求求求核核核核算算算算输输输输送送送送能能能能力力力力或其它技术指标或其它技术指标或其它技术指标或其它技术指标1.6 管路计算管路计算计算方法计算方法计算方法计算方法伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程阻力计算公式阻力计算公式阻力计算公式阻力计算公式1.6 管路计算管路计算二、简单管路计算二、简单管路计算二、简单管路计算二、简单管路计算1 1、相同管径、相同管径、相同管径、相同管径V Vs s、u u恒定，直接计算恒定，直接计算恒定，直接计算恒定，直接计算 h hf f=h hf f +h hf f 2 2、不同管
43、径、不同管径、不同管径、不同管径V Vs s恒定，但流速不同，分段计算恒定，但流速不同，分段计算恒定，但流速不同，分段计算恒定，但流速不同，分段计算 h hf f=h hf1f1 +h hf2f2+.+.+h hf f 1.6 管路计算管路计算三、复杂管路计算三、复杂管路计算三、复杂管路计算三、复杂管路计算流量相互制约，但仍然遵循物料衡算和能量衡算。流量相互制约，但仍然遵循物料衡算和能量衡算。流量相互制约，但仍然遵循物料衡算和能量衡算。流量相互制约，但仍然遵循物料衡算和能量衡算。1 1、并联管路、并联管路、并联管路、并联管路如果如果如果如果=Const.=Const.V=VV=V1 1+V+V
44、2 2+V+V3 3各支路能损相等各支路能损相等各支路能损相等各支路能损相等A-BA-B：1.6 管路计算管路计算支路支路支路支路1 1：支路支路支路支路2 2：支路支路支路支路3 3：1.6 管路计算管路计算阻力计算只考虑任一支路，阻力计算只考虑任一支路，阻力计算只考虑任一支路，阻力计算只考虑任一支路，绝不能相加绝不能相加绝不能相加绝不能相加流量分配原则：各支路阻力相等流量分配原则：各支路阻力相等流量分配原则：各支路阻力相等流量分配原则：各支路阻力相等V=VV=V1 1+V+V2 2+V+V3 3试差计算。若试差计算。若试差计算。若试差计算。若 1 1=2 2=3 3，则可直接计算，则可直接
45、计算，则可直接计算，则可直接计算1.6 管路计算管路计算2 2、分支管路、分支管路、分支管路、分支管路V=VV=V1 1+V+V2 2 V V2 2=V=V3 3+V+V4 4V=VV=V1 1+V V3 3+V+V4 4 阻力计算：分支点总机械能一定阻力计算：分支点总机械能一定阻力计算：分支点总机械能一定阻力计算：分支点总机械能一定E EB B=E EC C+h hf,B-C f,B-C=E ED D+h hf,B-Df,B-DE ED D=E EE E+h hf,D-E f,D-E=E EF F+h hf,D-Ff,D-F分支终了的机械能与该分支能损之和分支终了的机械能与该分支能损之和分支
46、终了的机械能与该分支能损之和分支终了的机械能与该分支能损之和=分支点的机械能分支点的机械能分支点的机械能分支点的机械能1.6 管路计算管路计算流量分配原则：机械能关系流量分配原则：机械能关系流量分配原则：机械能关系流量分配原则：机械能关系E EE E+h hf,D-E f,D-E E EF F+h hf,D-Ff,D-FE ED,max D,max E EC C+h hf,B-Cf,B-CE ED D+h hf,B-Df,B-DE EB,max B,max E EA,maxA,max=E EB B+h hf,AB f,AB 1.6 管路计算管路计算四、管路计算的任务：四、管路计算的任务：四、管
47、路计算的任务：四、管路计算的任务：d d,V Vs s,WeWe1 1、基本类型、基本类型、基本类型、基本类型已知已知已知已知d d,l l,l le e,V Vs s等，求等，求等，求等，求 h hf f,WWe e,h h等等等等已知已知已知已知h h,d d,l l,l le e,h hf f 等，求等，求等，求等，求V Vs s(u u)采用试差法求解采用试差法求解采用试差法求解采用试差法求解已知已知已知已知h h,u u,l l,l le e,h hf f 等，求等，求等，求等，求d d已知已知已知已知l l,l le e,h hf f 等，求等，求等，求等，求d d,u,Hu,He
48、 e1.6 管路计算管路计算例：并联管路，支管例：并联管路，支管例：并联管路，支管例：并联管路，支管1 1为为为为 573,573,长长长长3030mm，2 2为为为为 894,894,长长长长5050mm，总管水量为，总管水量为，总管水量为，总管水量为60 60 mm3 3/h/h，求求求求两支管中两支管中两支管中两支管中的流量，支管长均含局部阻力的当量长度，两管的流量，支管长均含局部阻力的当量长度，两管的流量，支管长均含局部阻力的当量长度，两管的流量，支管长均含局部阻力的当量长度，两管的的的的 相等。相等。相等。相等。解：解：解：解：代入数据，化简，得：代入数据，化简，得：代入数据，化简，
49、得：代入数据，化简，得：V V1 1=0.406=0.406V V2 21.6 管路计算管路计算V V=V V1 1+V V2 2=60/3600=60/3600解得：解得：解得：解得：V V1 1=0.0052=0.0052mm3 3/s=18.7/s=18.7mm3 3/h h V V2 2=0.0115=0.0115mm3 3/s=41.4/s=41.4mm3 3/h h1.6 管路计算管路计算例：例：例：例：1212水流动管路，左支管水流动管路，左支管水流动管路，左支管水流动管路，左支管 702,702,计算长度计算长度计算长度计算长度4242mm，右支管为右支管为右支管为右支管为 7
50、62,762,计算长度计算长度计算长度计算长度8484mm，三通及出口，三通及出口，三通及出口，三通及出口阻力忽略，两槽液面恒定，两槽水面垂直距离阻力忽略，两槽液面恒定，两槽水面垂直距离阻力忽略，两槽液面恒定，两槽水面垂直距离阻力忽略，两槽液面恒定，两槽水面垂直距离2.62.6mm,总流量总流量总流量总流量5555mm3 3/h,/h,求求求求流往两槽的水量流往两槽的水量流往两槽的水量流往两槽的水量1.6 管路计算管路计算解：取截面解：取截面解：取截面解：取截面0 0，1 1，2 2，分别在，分别在，分别在，分别在0-10-1，0-20-2之间列之间列之间列之间列BeBe：1.6 管路计算管路