1.51.5流体流动阻力流体流动阻力书P28-401.5.1管、管件和阀门简介1.5.2直管阻力1.5.3局部阻力●直管阻力：流体流经等径直管时产生的阻力。●局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。11.5.11.5.1管、管件和阀门管、管件和阀门简介简介一、管1.铸铁管2.有缝钢管23.无缝钢管4.不锈钢管（合金钢管）3二、连接方式1.承插式连接2.螺纹连接43.焊接连接4.法兰连接5三、管件6堵塞管路连接管路7改变流体流通的截面积8四、阀门1.截止阀9流动阻力大；用于流量调节。102.闸阀11流动阻力小；主要用于大直径管路启、闭。12133.单向阀或止逆阀作用是让流体单向通过管路。141.5.21.5.2直管阻力直管阻力一、阻力的表现形式z2z1流体在等径直管中作定态流动p1p2在1-1和2-2间列B.E.：z+1g=z2g+W+f1−2ρρ15pp∴W=()()1+gz−2gz+f1−2ρ1ρ2pΔWf=ρf()()=p1+ρgz1−2+pρ2gz若管道为水平管，则：pΔf=p1−p2=Δp●流体的流动阻力表现为势能差；●水平安装时，流动阻力等于两截面的静压能差。16二、直管阻力的通式Δp水平等径直管，τ分布：τ=r2ldΔp在壁面处：r=R=τ;=τ⇒τ=d2ww4l24τwl8τwlρuΔpf=Δp=⇒Δpf(=)dρu2d28τw令λ=2ρu17lρu2则Δpf=λPad2——直管阻力通式（范宁Fanning公式）λ——摩擦系数（摩擦因数）lu2h=λmfd2glu2W=λJ/kgfd2●该公式层流与湍流均适用。18三、圆形直管内层流流动的阻力计算Δp速度分布方程：u=R2max4μl1d又u=maxuR=22水平等径直管：Δpf=Δp32μluΔp=fd2——哈根-泊谡叶（Hagen-Poiseuille）方程1932μlu能量损失W=J/kgfρd2层流时阻力与速度的一次方成正比32μlu64μlu264lu2变形：W==⋅⋅=⋅⋅fρd2dρud2Red264比较得：λ=Re20四、圆形直管内湍流流动的阻力计算1.量纲分析法影响因素：（1）流体性质：ρ，μ（2）流动的几何尺寸：d，l，ε（管壁粗糙度）（3）流动条件：upΔff=,(ρ,μu,dε),l,目的：（1）减少实验工作量；（2）结果具有普遍性，便于推广。21●基础：量纲一致性原则即每一个物理方程式的两边不仅数值相等，而且应具有相同的量纲。●基本定理：白金汉（Buckinghan）π定理设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本量纲数为m个，则该物理现象可用N＝(n－m)个独立的无量纲的特征数（无因次数群）表示。22abcdef无量纲化过程：pΔfKd=ρluμε－1－2[Δpf]＝MLT[d]＝L[l]＝L[u]＝LT－1[ρ]＝ML－3[μ]＝ML-1T-1[ε]＝L23abcdefpΔf=KdlρuμεML-1T-2＝K[L]a[L]b[LT－1]c[ML－3]e[ML-1T-1]f[L]gML-1T-2＝K[M]e+d[L]a+b+c-3d-e+f[T]-c-e按量纲一致性原则：e＋d＝1a＋b＋c－3d－e＋f＝－1－c－e＝－2a＝－b－e－fc＝2－ed＝1－e24b−efΔpf⎛l⎞⎛ρdu⎞⎛ε⎞=K⎜⎟2⎜⎟⎜⎟⎜⎟ρu⎝d⎠⎝μ⎠⎝d⎠即该过程用4个无量纲的特征数表示。物理变量：n＝7；基本量纲：m＝3符合π定律无量纲的特征数：N＝n－m＝4Δpf⎛ρdulε⎞无量纲化处理：=ψ⎜,,⎟ρu2⎝μdd⎠ΔpEu=f——欧拉（Euler）准数ρu225dρuRe=——雷诺准数μl/d——管子的长径比ε/d——相对粗糙度2.阻力损失计算Δpf⎛ε⎞l对均匀直管:∆p∝l，得=ϕ⎜Re,⎟fρu2⎝d⎠d⎛ε⎞lρu2ε变形pΔf=φ⎜Re,⎟λ=φ(Re,)⎝d⎠d2d26（1）莫狄（Moody）摩擦因数图层流区过渡区湍流区完全湍流区271）层流区（Re≤2000