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1、第一章 流体流动（4）流体流动阻力,化工原理（上）,1.4 流体流动阻力,1.4.1 直管阻力1.4.2 局部阻力,一、定义：,直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；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。,1.4.1 直管阻力,流体在水平等径直管中作定态流动。,若管道为倾斜管，则,流体的流动阻力表现为机械能的减少； 水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。,由于压力差而产生的推动力：,流体的摩擦力：,二、直管阻力的通式,直管阻力通式（范宁Fanning公式）,摩擦系数（摩擦因数）,令,其它形式：,该公式层流与湍流均适用； 注意
2、与 的区别。,速度分布方程,又,哈根-泊谡叶 （Hagen-Poiseuille）方程,三、层流时的摩擦系数,能量损失,层流时阻力与速度的一次方成正比 。,变形：,比较得,1. 管壁粗糙度对摩擦系数的影响,光滑管：玻璃管、铜管、铅管及塑料管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。,绝对粗糙度 ：管道壁面凸出部分的平均高度。相对粗糙度 ： 绝对粗糙度与管内径的比值。,四、湍流时的摩擦系数,层流流动时： 流速较慢，与管壁无碰撞，阻力与 无关，只与Re有关。,湍流流动时：,水力光滑管只与Re有关，与 无关。,完全湍流粗糙管只与 有关，与Re无关。,2. 因次分析法,目的：（1）减少实验工作量； （2）结果具有普
3、遍性，便于推广。,基础：因次一致性 即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。,化学工程中通常以影响因素的幂函数形式表示各因素对所研究量的影响，即表示为如下代数解析式：,基本定理：白金汉（Buckinghan）定理 设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N （nm）个独立的无因次数群表示。,湍流时压力损失的影响因素：（1）流体性质：，（2）流动的几何尺寸：d，l，（管壁粗糙度）（3）流动条件：u,物理变量 n 7基本因次 m3无因次数群 Nnm4,无因次化处理,即该过程可用4个无因次数群表示。,相对粗糙度,管道的几何尺寸,雷
4、诺数,欧拉（Euler）准数,根据实验可知，流体流动阻力与管长成正比，即,或,莫狄（Moody）摩擦因数图：,（1）层流区（Re 2000） 与 无关，与Re为直线关系，即 ,即 与u的一次方成正比。,（2）过渡区（2000Re4000),将湍流时的曲线延伸查取值 。,（3）湍流区（Re4000以及虚线以下的区域）,（4）完全湍流区 （虚线以上的区域）,与Re无关，只与 有关 。,该区又称为阻力平方区。,一定时，,经验公式 ：,（1）柏拉修斯（Blasius）式：,适用光滑管Re5103105,（2）考莱布鲁克（Colebrook）式,当量直径：,五、 非圆形管内的流动阻力,套管环隙，内管的外
5、径为d1，外管的内径为d2 :,边长分别为a、b的矩形管 :,说明：（1）Re与hf中的直径用de计算；（2）层流时：,正方形 C57套管环隙 C96,（3）流速用实际流通面积计算 。,一、阻力系数法,将局部阻力表示为动能的某一倍数。,或,局部阻力系数,J/kg,J/N=m,1.4.2 局部阻力,1. 突然扩大,2. 突然缩小,3. 管进口及出口进口：流体自容器进入管内。 进口 = 0.5 进口阻力系数出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外 空间。 出口 = 1 出口阻力系数4 . 管件与阀门,蝶阀,二、当量长度法,将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为le的直管所产生的阻力 。,le 管件或阀门的当量长度，m。,总阻力：,减少流动阻力的途径：,管路尽可能短，尽量走直线，少拐弯； 尽量不安装不必要的管件和阀门等； 管径适当大些。,例1 如图所示，料液由常压高位槽流入精馏塔中。进料处塔中的压力为0.2at（表压），送液管道为452.5mm、长8m的钢管。管路中装有180回弯头一个，全开标准截止阀一个，90标准弯头一个。塔的进料量要维持在5m3/h，试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米？,
