流体在圆管内流动时的阻力计算(总)【行业特制】

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1、速度分布为抛物线形状。速度分布为抛物线形状。管中心的流速最大；管中心的流速最大；速度向管壁的方向渐减；速度向管壁的方向渐减；靠管壁的流速为零；靠管壁的流速为零；平均速度为最大速度的一半。平均速度为最大速度的一半。平均速度平均速度1优选课件12速度分布有两个区域：速度分布有两个区域：中心中心(较平坦较平坦);近管壁近管壁(速度梯度很大速度梯度很大);u壁壁=0.3近管壁有层流底层近管壁有层流底层；4中间为湍流区；中间为湍流区；5v越大，层流底层越薄；越大，层流底层越薄；特点：特点：湍流湍流滞流滞流由于质点的强烈碰撞与混合，由于质点的强烈碰撞与混合，湍流时速度分布至今尚未能够湍流时速度分布至今尚未

2、能够以理论导出，通常将其表示成经验公式或图的形式。以理论导出，通常将其表示成经验公式或图的形式。3 3、流体在圆管中湍流时的速度分布、流体在圆管中湍流时的速度分布2 2优选课件优选课件3优选课件 1 1、边界层的概念、边界层的概念粘性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中，而在这粘性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中，而在这一薄层外粘性影响很小，这一薄层称为边界层。一薄层外粘性影响很小，这一薄层称为边界层。通常将流通常将流体速度低于未受壁面影响的流速的体速度低于未受壁面影响的流速的99%的区域称为边界层。的区域称为边界层。 五、边界层五、边界层v0vv0v层流内层层流内层湍流边界层湍流边界

3、层x层流边界层层流边界层y边界层界线边界层界线v0主流区主流区4优选课件湍流时的滞流内层和缓冲层湍流时的滞流内层和缓冲层滞流内层或滞流底层滞流内层或滞流底层缓冲层或过渡层缓冲层或过渡层湍流主体湍流主体5优选课件边界层的基本特征边界层的基本特征（2）边界层内沿厚度方向，存在很大的速度梯度。边界层内沿厚度方向，存在很大的速度梯度。（3）边界层厚度沿流体流动方向是增加的。边界层厚度沿流体流动方向是增加的。（1） 与与物物体体的的特特征征长长度度相相比比，边边界界层层的的厚厚度度很很小小, .（4）边界层内的流态，也有层流和紊流两种流态。在边界层内的流态，也有层流和紊流两种流态。在湍流边界层里，靠近壁

4、面处仍有一薄层滞流内层。湍流边界层里，靠近壁面处仍有一薄层滞流内层。（5）滞流内层的厚度虽不大，但成为传热传质的主要阻）滞流内层的厚度虽不大，但成为传热传质的主要阻力。把流动流体分成两个区域这样一种流动模型，将粘性力。把流动流体分成两个区域这样一种流动模型，将粘性的影响限制在边界层内，可使实际流体的流动问题大为简的影响限制在边界层内，可使实际流体的流动问题大为简化，并且可以用理想的方法加以解决。化，并且可以用理想的方法加以解决。6优选课件实验证明，层流速度的抛物线分布规律要流过一段距离后才能充分发展成抛物线的形状。当液体深入到一定距离之后，管中心的速度等于平均速度当液体深入到一定距离之后，管中

5、心的速度等于平均速度的两倍时，层流速度分布的抛物线规律才算完全形成。尚未形的两倍时，层流速度分布的抛物线规律才算完全形成。尚未形成层流抛物线规律的这一段，成层流抛物线规律的这一段，称为称为层流起始段层流起始段。光滑管稳定段长度：光滑管稳定段长度：l l（0.050.050.060.06）d dReRe l滞流边界层滞流边界层2、层流边界层的形成、层流边界层的形成7优选课件3 3、曲面边界层分离现象、曲面边界层分离现象 当不可压缩粘性流体流过平板时，在边界层外边界上沿当不可压缩粘性流体流过平板时，在边界层外边界上沿平板方向的速度是相同的，而且整个流场和边界层内的压强平板方向的速度是相同的，而且整

6、个流场和边界层内的压强都保持不变。都保持不变。 当粘性流体流经曲面物体时，边界层外边界上沿曲面方当粘性流体流经曲面物体时，边界层外边界上沿曲面方向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压强也将同样发生向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压强也将同样发生变化，对边界层内的流动将产生影响，发生曲面边界层的分变化，对边界层内的流动将产生影响，发生曲面边界层的分离现象。离现象。在实际工程中，物体的边界往往是曲面（流线型或非流线在实际工程中，物体的边界往往是曲面（流线型或非流线型物体）。当流体绕流非流线型物体时，一般会出现下列现象：型物体）。当流体绕流非流线型物体时，一般会出现下列现象：物面上的边界层在某个

7、位置开始脱离物面，物面上的边界层在某个位置开始脱离物面，并在物面附近出并在物面附近出现与主流方向相反的回流，流体力学中称这种现象为现与主流方向相反的回流，流体力学中称这种现象为边界层分边界层分离现象。离现象。8优选课件（1 1）当流速较小时）当流速较小时流体绕固体表面的流动：流体绕固体表面的流动：流体贴着固体壁缓慢流过，（流体贴着固体壁缓慢流过，（爬流爬流）9优选课件x（2 2）流速不断提高，达到某一程度时，）流速不断提高，达到某一程度时，边界层分离边界层分离Avmin=0，pmax；停滞点，驻点停滞点，驻点BvmaxpminCvmin=0，pmax；新停滞点，分离点新停滞点，分离点分离面分离

8、面空白区，涡流区空白区，涡流区AB加速减压加速减压BC减速加压减速加压旋涡旋涡流体质点进行着强烈的碰撞与混合而消耗能量，这流体质点进行着强烈的碰撞与混合而消耗能量，这部分能量损耗是由于固体表面形状而造成边界层分部分能量损耗是由于固体表面形状而造成边界层分离而引起的，称为离而引起的，称为形体阻力形体阻力。10优选课件 边界层分离边界层分离大量旋涡大量旋涡消耗能量消耗能量增大阻力增大阻力在流体输送中应设法避免或减轻边界层分离，在流体输送中应设法避免或减轻边界层分离，措施：选择措施：选择适宜的流速，改变固体的形体。适宜的流速，改变固体的形体。由于边界层分离造成的能量损失，称为由于边界层分离造成的能量

9、损失，称为形体阻力损失形体阻力损失如汽车、飞机、桥墩都是流线型如汽车、飞机、桥墩都是流线型在传热、传质混合中应加以利用。在传热、传质混合中应加以利用。11优选课件12优选课件（a）流线形物体；（b）非流线形物体边界层外部流动外部流动尾迹外部流动外部流动尾迹边界层13优选课件第四节第四节 流体在圆管内流动时的阻力计算流体在圆管内流动时的阻力计算 本节是在上节讨论管内流体流动现象基本节是在上节讨论管内流体流动现象基础上，进一步讨论柏努利方程式中能量损失础上，进一步讨论柏努利方程式中能量损失的计算方法。的计算方法。 1414优选课件优选课件流体具有流体具有粘性粘性，流动时存在着，流动时存在着内摩擦内

10、摩擦，它是流动阻力产生的它是流动阻力产生的根源根源；固定的；固定的管壁管壁或其他形状或其他形状固体壁固体壁面面促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供提供了了条件条件。流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流。流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力产生的原因与影响因素流动阻力产生的原因与影响因素可以归纳为：可以归纳为：流体在管路中流动时的阻力有两种：流体在管路中流动时的阻力有两种：2、局部阻力局部阻力粘性流体绕过固体表面的阻力为摩粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力与形

11、体阻力之和。流体流径管路中的管件、阀门及擦阻力与形体阻力之和。流体流径管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所产生的阻力。管截面的突然扩大或缩小等局部地方所产生的阻力。1、直管阻力直管阻力流体流径一定管径的直管时，因流流体流径一定管径的直管时，因流体内摩擦而产生的阻力。体内摩擦而产生的阻力。表皮阻力表皮阻力或或摩擦阻力摩擦阻力。15优选课件vp2p1Frrwl1122P1=p1A1=p1r2因为流体在等径水平管内作稳定流动，所以因为流体在等径水平管内作稳定流动，所以Fx=0，即：，即：外表面上的剪应力外表面上的剪应力(摩擦力摩擦力)：P2=p2A2=p2r2流体在半径为流体在半径

12、为R R 的水平管中作稳定流动。在流体中取一段长为的水平管中作稳定流动。在流体中取一段长为l l，半径为，半径为r r的流体圆柱体。在水平方向作用于此圆柱体的力有的流体圆柱体。在水平方向作用于此圆柱体的力有两端的总压力两端的总压力( (P P1 1-P-P2 2) )及圆柱体周围表面上的内摩擦力及圆柱体周围表面上的内摩擦力F F。一、滞流时的摩擦阻力一、滞流时的摩擦阻力16优选课件积分积分泊肃叶公式泊肃叶公式17优选课件vP1dFFP21122l则能量损失：则能量损失：式中：式中： 摩擦系数，摩擦系数， =64/Re=64/Re18优选课件例例:某油在一圆形导管中作滞流稳态流动，现管径和管长都

13、某油在一圆形导管中作滞流稳态流动，现管径和管长都增加一倍，问在流量不变时，直管阻力为原来的多少？增加一倍，问在流量不变时，直管阻力为原来的多少？解：1919优选课件优选课件例：某日化厂原料油在管中以层流流动，流量不变，问：例：某日化厂原料油在管中以层流流动，流量不变，问：例：某日化厂原料油在管中以层流流动，流量不变，问：例：某日化厂原料油在管中以层流流动，流量不变，问：（1 1）管长增加一倍，（）管长增加一倍，（）管长增加一倍，（）管长增加一倍，（2 2）管径增加一倍，（）管径增加一倍，（）管径增加一倍，（）管径增加一倍，（3 3）油）油）油）油温升高使粘度为原来的温升高使粘度为原来的温升高使

14、粘度为原来的温升高使粘度为原来的1 12 2（设密度变化不大）。三（设密度变化不大）。三（设密度变化不大）。三（设密度变化不大）。三种情况下摩擦阻力变化情况。种情况下摩擦阻力变化情况。种情况下摩擦阻力变化情况。种情况下摩擦阻力变化情况。解：解：解：解：PP32vl32vld d22 （PaPa）（1 1）管长增一倍）管长增一倍）管长增一倍）管长增一倍 l l2 22l2l11PP2 2PP1 12l2l1 1l l1 12 2（2 2）管径增一倍）管径增一倍）管径增一倍）管径增一倍 v v2 2v v1 1（d d1 1d d2 2）2 21 14 4PP2 2PP1 1（v v2 2 d d

15、2 22 2）（）（）（）（v v1 1 d d1 12 2）1 11616（3 3）油温升高）油温升高）油温升高）油温升高 2 2 1 12 2PP2 2PP1 1 2 2 1 11 12 22020优选课件优选课件例：某油矿用例：某油矿用30015mm的钢管输送原油，管长为的钢管输送原油，管长为160km，送油，送油量为量为300000kg/h，油管耐压，油管耐压60kgf/cm2（表压），油在（表压），油在50oC下输送，下输送，粘度为粘度为0.197Pas，密度为，密度为890kg/m3，问中途应设几个加压站？，问中途应设几个加压站？解：2121优选课件优选课件相传，量子理论家海森堡临

16、终时在病榻上宣布，他要带两个问题去见上帝：相对论和湍流。海森堡说：“我真的相信他对第一个问题会有答案”。湍流湍流22优选课件在印象派大师梵高的后期作品比如星空、麦田上的乌鸦里，人们可以发现一些漩涡式的图案。物理学家经过研究发现，梵高的画作里出现的那些深浅不一的漩涡竟然和半个世纪后科学家用来描述湍流现象的数学公式不谋而合。梵高这些画作全属其后期作品，当时他的癫痫症经常发作。物理学家发现，这些作品都能找到湍流经典数学模型的影子，并相信癫痫令梵高产生的幻觉，可能赋予他洞察湍流奥秘的能力。梵高梵高星空星空23优选课件风洞照片24优选课件根据多方面实验并进行适当数据处理后，根据多方面实验并进行适当数据处

17、理后，湍流运动湍流运动时流体的直管阻力为：时流体的直管阻力为： 为阻力系数，为阻力系数，层流时：层流时：湍流运动时阻力湍流运动时阻力hf在形式上与层流相同。在形式上与层流相同。范宁公式范宁公式二、湍流时的摩擦阻力二、湍流时的摩擦阻力25优选课件10824682468246824682468103104105106107雷诺数0.09l0.100.080.070.060.050.040.030.0250.020.0150.010.0090.0080.050.040.030.0150.0080.0060.004ed0.0020.00060.00040.00020.00010.000050.0000

18、10.0000050.0000010.0010.00080.010.02层层流流区区过过渡渡区区湍流区湍流区光滑管光滑管完全湍流区完全湍流区阻力平方区阻力平方区思考思考：由图可见，：由图可见，Re，这与阻力损失随，这与阻力损失随Re增大而增大是否矛盾？增大而增大是否矛盾？Moody图图例如：例如：Re=40000，=0.002=0.002，= =？26优选课件上图可以分成上图可以分成4个不同区域。个不同区域。层流区：层流区：Re 2000， =64/Re，与，与 无关。无关。过渡区：过渡区：2000 Re 10Re105 5时，其值主要由管壁粗糙度决定。此时可按尼时，其值主要由管壁粗糙度决定。

19、此时可按尼时，其值主要由管壁粗糙度决定。此时可按尼时，其值主要由管壁粗糙度决定。此时可按尼库拉则（库拉则（库拉则（库拉则（NikuradseNikuradse）公式计算）公式计算）公式计算）公式计算 （1.141.142lg2lg）-2-2。n n管道：管道：管道：管道：光滑管：玻璃管，黄钢管，铅管，塑料管光滑管：玻璃管，黄钢管，铅管，塑料管光滑管：玻璃管，黄钢管，铅管，塑料管光滑管：玻璃管，黄钢管，铅管，塑料管 粗糙管：钢管，铸铁管粗糙管：钢管，铸铁管粗糙管：钢管，铸铁管粗糙管：钢管，铸铁管2828优选课件优选课件阻力计算公式有时也写作：阻力计算公式有时也写作：阻力计算公式有时也写作：阻力计

20、算公式有时也写作：HHf f4f4f（l ld d） （v v2 22g2g） f f称为沿程阻力系数称为沿程阻力系数称为沿程阻力系数称为沿程阻力系数 f f4 4 在较广的湍流范围内，在较广的湍流范围内，在较广的湍流范围内，在较广的湍流范围内，f f0.046Re0.046Re-0.2-0.2柯尔本（柯尔本（柯尔本（柯尔本（ColburnColburn）公式）公式）公式）公式2929优选课件优选课件实践证明，实践证明，湍流运动时，管壁的粗糙度对阻力损湍流运动时，管壁的粗糙度对阻力损失有较大的影响。失有较大的影响。q绝对粗糙度绝对粗糙度e：管壁粗糙部分的平均高度。：管壁粗糙部分的平均高度。q相

21、对粗糙度相对粗糙度 =e /d：dve管壁的粗糙度管壁的粗糙度3030优选课件优选课件材料与加工精度；材料与加工精度；光滑管：玻璃管，铜管等；光滑管：玻璃管，铜管等；粗糙管：钢管、铸铁管等。粗糙管：钢管、铸铁管等。使用时间；使用时间；绝对粗糙度可查表或相关手册。表绝对粗糙度可查表或相关手册。表2-4 粗糙度的产生粗糙度的产生3131优选课件优选课件dvbbebe层流运动层流运动层流运动层流运动流体运动速度较慢流体运动速度较慢流体运动速度较慢流体运动速度较慢,与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦系数与与管壁碰撞不大，因此阻力、摩擦

22、系数与 无关，无关，无关，无关， 只与只与只与只与RRee有关。层流时，有关。层流时，有关。层流时，有关。层流时， 在粗糙管的流动与在在粗糙管的流动与在在粗糙管的流动与在在粗糙管的流动与在光滑管的流动相同。光滑管的流动相同。光滑管的流动相同。光滑管的流动相同。粗糙度对流体流动类型的影响粗糙度对流体流动类型的影响3232优选课件优选课件湍流运动湍流运动湍流运动湍流运动，阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。，阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。，阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。，阻力与层流相似，此时称为水力光滑管。，RRee bb 质点通过凸起部分时产生漩涡质点通过凸起部分时产生漩涡质点通过凸

23、起部分时产生漩涡质点通过凸起部分时产生漩涡能能能能耗耗耗耗 。b b eeebeedbv3333优选课件优选课件直管阻力计算步骤直管阻力计算步骤: :（1 1）根据题目所给条件，求出雷诺准数，判断流体流动形态）根据题目所给条件，求出雷诺准数，判断流体流动形态）根据题目所给条件，求出雷诺准数，判断流体流动形态）根据题目所给条件，求出雷诺准数，判断流体流动形态（2 2）求摩擦阻力系数）求摩擦阻力系数）求摩擦阻力系数）求摩擦阻力系数 Re2000Re4000Re4000，湍流，湍流，湍流，湍流， （ReRe， ）对光滑管，对光滑管，对光滑管，对光滑管，ReRe3103103 31101105 5，

24、0.3164R0.3164Re-0.25e-0.25（3 3） 与与与与ReRe及及及及 关系图的使用关系图的使用关系图的使用关系图的使用先计算出先计算出先计算出先计算出ReRe及及及及 ，在图上找出对应坐标点（，在图上找出对应坐标点（，在图上找出对应坐标点（，在图上找出对应坐标点（ReRe， ），最后由该），最后由该），最后由该），最后由该点向点向点向点向 轴作垂线对应的值即为轴作垂线对应的值即为轴作垂线对应的值即为轴作垂线对应的值即为 值。值。值。值。（4 4）求出）求出）求出）求出 值后代入范宁公式，值后代入范宁公式，值后代入范宁公式，值后代入范宁公式，HHf f （l ld d） （v

25、 v2 22g2g），即可），即可），即可），即可求出阻力损失值，注意统一单位。求出阻力损失值，注意统一单位。求出阻力损失值，注意统一单位。求出阻力损失值，注意统一单位。3434优选课件优选课件例例例例2-152-15，用，用，用，用Dg40Dg40的钢管（的钢管（的钢管（的钢管（48mm3.5mm48mm3.5mm）输送水，）输送水，）输送水，）输送水，q qv v为为为为6m6m3 3h h，管长，管长，管长，管长200m200m， 0.00150.0015，求输送压力差和功，求输送压力差和功，求输送压力差和功，求输送压力差和功率。率。率。率。解：水的流速：解：水的流速：解：水的流速：解：

26、水的流速：v vq qv v（3600d3600d2 24 4）1.26m1.26ms s Re Redvdv 0.0411.2610000.0411.2610000.001005 0.001005 5.14105.14104 4 湍流湍流湍流湍流 从从从从ReRe 图中找到图中找到图中找到图中找到 0.02540.0254PPf f （l ld d） （vv2 22 2）0.02542001000 0.02542001000 1.261.262 2（0.04120.0412）98.4kPa98.4kPa输送时还有部分静压头转化为流动时的动压头，其值相当于：输送时还有部分静压头转化为流动时的动

27、压头，其值相当于：输送时还有部分静压头转化为流动时的动压头，其值相当于：输送时还有部分静压头转化为流动时的动压头，其值相当于：vv2 22 210001.2610001.262 22 20.8kPa0.8kPa所需总压力差为：所需总压力差为：所需总压力差为：所需总压力差为：PP98.498.40.80.899.2 kPa99.2 kPa理论功率理论功率理论功率理论功率P P为：为：为：为：P=qP=qv vPP6 6360099.210360099.2103 3 165w165w计算表明计算表明计算表明计算表明: :压头主要消耗在摩擦阻力上，转化成动压头的量很小，压头主要消耗在摩擦阻力上，转化

28、成动压头的量很小，压头主要消耗在摩擦阻力上，转化成动压头的量很小，压头主要消耗在摩擦阻力上，转化成动压头的量很小，常可忽略。常可忽略。常可忽略。常可忽略。3535优选课件优选课件流体流经管件时，其速度的大小、方向等发生变化，流体流经管件时，其速度的大小、方向等发生变化，出现漩涡，内摩擦力增大，形成局部阻力。出现漩涡，内摩擦力增大，形成局部阻力。局部阻力以湍流为主，层流很少见，因为层流流体局部阻力以湍流为主，层流很少见，因为层流流体受阻后一般不能保持原有的流动状态。受阻后一般不能保持原有的流动状态。常见的局部阻力有：常见的局部阻力有：突扩突扩突缩突缩弯头弯头三通三通三、局部阻力三、局部阻力363

29、6优选课件优选课件组成组成：由：由管、管件、阀门管、管件、阀门以及以及输送机械输送机械等组成的。等组成的。作用作用：将生产设备连接起来，担负输送任务。：将生产设备连接起来，担负输送任务。 当流体流经管和管件、阀门时，为克服流动阻力当流体流经管和管件、阀门时，为克服流动阻力而消耗能量。因此，在讨论流体在管内的流动阻力时，而消耗能量。因此，在讨论流体在管内的流动阻力时，必需对管、管件以及阀门有所了解。必需对管、管件以及阀门有所了解。1 1、管路系统、管路系统 3737优选课件优选课件分类分类：按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料管及橡胶管等；按材料：铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属、塑料

30、管及橡胶管等；按加工方法按加工方法：钢管又有有缝与无缝之分；钢管又有有缝与无缝之分；按颜色：按颜色：有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。有色金属管又可分为紫钢管、黄铜管、铅管及铝管等。表示方法表示方法：AAB B，其中，其中A A指管外径，指管外径，B B指管壁厚度，指管壁厚度，如如1081084 4即管外径为即管外径为108mm108mm，管壁厚为，管壁厚为4mm4mm。（1）管子）管子(pipe)3838优选课件优选课件作用作用：改变管道方向改变管道方向(弯头弯头); 连接支管连接支管(三通三通);改变管径改变管径(变形管变形管);堵塞管道堵塞管道(管堵管堵)。螺旋接头螺旋接头

31、卡箍接头卡箍接头弯头弯头三通三通变形管变形管管件管件：管与管的连接部件。管与管的连接部件。（2）管件）管件(pipefitting)3939优选课件优选课件v截止阀截止阀 (globe valve) v闸阀闸阀 (gate valve)(gate valve)v止逆阀止逆阀(check valve): (check valve): 单向阀单向阀装于管道中用以装于管道中用以开关管路开关管路或或调节流量调节流量。（3）阀门阀门(Valve)4040优选课件优选课件v截止阀截止阀 (globe valve)(globe valve) 特点特点：构造较复杂构造较复杂。在阀体部分液。在阀体部分液体流动方

32、向经数次改变，体流动方向经数次改变，流动阻力较流动阻力较大大。但这种阀门。但这种阀门严密可靠严密可靠，而且，而且可较可较精确地调节流量精确地调节流量。应用应用：常用于蒸汽、压缩空气及液体输常用于蒸汽、压缩空气及液体输送管道。若流体中含有悬浮颗粒时应避免使送管道。若流体中含有悬浮颗粒时应避免使用。用。结构结构：依靠阀盘的上升或下降，依靠阀盘的上升或下降，改变阀盘与阀座的距离，以达到调改变阀盘与阀座的距离，以达到调节流量的目的。节流量的目的。4141优选课件优选课件v闸阀闸阀 (gate valve)(gate valve)：闸板阀闸板阀特点特点：构造简单，液体阻力小，构造简单，液体阻力小，且不易

33、为悬浮物所堵塞，故常用于且不易为悬浮物所堵塞，故常用于大直径管道。其缺点是闸阀阀体高；大直径管道。其缺点是闸阀阀体高；制造、检修比较困难。制造、检修比较困难。应用应用：较大直径管道的开关较大直径管道的开关。结构结构：闸阀是利用闸板的上升或下降，以调节管路中流体的闸阀是利用闸板的上升或下降，以调节管路中流体的流量。流量。4242优选课件优选课件v止逆阀止逆阀(check valve):(check valve): 单向阀单向阀特点特点：只允许流体单方向流动。只允许流体单方向流动。应用应用：只能在单向开关的特殊情只能在单向开关的特殊情况下使用。况下使用。 结构结构：如图所示。当流体自左向右流动时，

34、阀自动开启；如如图所示。当流体自左向右流动时，阀自动开启；如遇到有反向流动时，阀自动关闭。遇到有反向流动时，阀自动关闭。4343优选课件优选课件2、局部阻力的计算方法、局部阻力的计算方法由局部阻力引起的能耗损失的计算方法有两种：由局部阻力引起的能耗损失的计算方法有两种：阻力系数法阻力系数法和和当量长度法当量长度法。 为局部阻力系数。由实验得出，可查表或图。为局部阻力系数。由实验得出，可查表或图。（1 1） 阻力系数法阻力系数法阻力系数法阻力系数法4444优选课件优选课件 l le e为当量长度。为当量长度。 将流体流经管件时，所产生的局部阻力折将流体流经管件时，所产生的局部阻力折合成相当于流经

35、长度为合成相当于流经长度为l le e的直管所产生的阻力。的直管所产生的阻力。l le e由实验确定，可查表。由实验确定，可查表。（2）当量长度法）当量长度法4545优选课件优选课件46优选课件 注意：注意：在计算局部阻力损失时，公式中的流速在计算局部阻力损失时，公式中的流速v v均均为为截面积较小管中的平均流速截面积较小管中的平均流速。管道总阻力管道总阻力当量长度法：当量长度法：Hf（lle）d（v22g）阻力系数法：阻力系数法：Hf=（l/dv2/2g+v2/2g）=（l/d+）v2/2g4747优选课件优选课件3 3、管路计算、管路计算 （1）分类）分类简单管路：串联管路简单管路：串联管

36、路管径不变管径不变(按管路有无分支分类按管路有无分支分类)；管径不同管径不同复杂管路复杂管路并联管路；并联管路；分支管路分支管路ABABC并联管路并联管路分支管路分支管路4848优选课件优选课件（3）管路计算中的几种情况管路计算中的几种情况已知已知d,l,qv,求求He已知已知d,l,He,求求v,qv已知已知l,qv,He,求求d第一种情况比较简单，方便；第一种情况比较简单，方便；后两种情况存在着共同的问题，后两种情况存在着共同的问题，即流速即流速v或管径或管径d为未知，因此不能计算为未知，因此不能计算Re，则无法判断流体，则无法判断流体的流型，故不能确定摩擦系数的流型，故不能确定摩擦系数。

37、在工程计算中常采用试差法。在工程计算中常采用试差法或其它方法来求解。或其它方法来求解。（2 2）计算依据）计算依据连续性方程式连续性方程式，柏努利方程式，柏努利方程式，能量损失计算能量损失计算4949优选课件优选课件 V=V1+V2VAB12证明证明HfAB= Hf1 =Hf2 （各支管总阻力相等）（各支管总阻力相等）并联并联 注意：在计算并联管路的能量损失时，只需计算一根支管注意：在计算并联管路的能量损失时，只需计算一根支管的能量损失即可，绝不能将并联的各管段的阻力全部加在一起的能量损失即可，绝不能将并联的各管段的阻力全部加在一起作为并联管路的能量损失。作为并联管路的能量损失。5050优选课

38、件优选课件各支管的流量比各支管的流量比5151优选课件优选课件分支处总机械能为定值分支处总机械能为定值0-10-2P1P2012VV1V2流体在支管终了时的总机械能与能量损失之和必相等。流体在支管终了时的总机械能与能量损失之和必相等。 V=V1+V2证明：证明：比较上两式，得比较上两式，得分支分支5252优选课件优选课件举例：举例：（1）求输送流体的）求输送流体的He例例:用直径用直径1084mm的管道从低于地面的管道从低于地面4m的水井中抽水，的水井中抽水，把水打到一个敞口的大蓄水池中，蓄水池水面高于地面把水打到一个敞口的大蓄水池中，蓄水池水面高于地面30m，已知管中水的流速为，已知管中水的

39、流速为2m/s，管子长度与管路全部局部阻力，管子长度与管路全部局部阻力损失的当量长度之和为损失的当量长度之和为100m，摩擦阻力系数，摩擦阻力系数=0.02，求离心求离心泵的扬程。泵的扬程。解：以地面为基准水平面，以大气压强为压强的基准，则解：以地面为基准水平面，以大气压强为压强的基准，则H1=-4,v=0,p1=0,H2=30,v2=0,p2=0,5353优选课件优选课件例例:用内径为用内径为100mm的钢管把江水送入敞口蓄水池中，池的水的钢管把江水送入敞口蓄水池中，池的水面高出江面面高出江面30m，管长（包括当量长度）为，管长（包括当量长度）为60m，水在管内的，水在管内的流速为流速为1.

40、5m/s，摩擦阻力系数，摩擦阻力系数=0.0035,现库存有四台水泵（离现库存有四台水泵（离心泵），问能否从中选用一台？心泵），问能否从中选用一台？IIIIIIIVqv升/秒17161512He米42383532解解:以江面为基准水平面，以大气压强为压强基准，则以江面为基准水平面，以大气压强为压强基准，则H1=0，p1=0,v1=0,H2=30,p2=0,v2=0,所以，选所以，选IV号离心泵号离心泵5454优选课件优选课件例例:每小时将每小时将20000kg氯苯于氯苯于45oC下用泵从反应器输送到高位槽中，下用泵从反应器输送到高位槽中，反应器液面上方保持反应器液面上方保持200mmHg的压强

41、，高位槽液面上方为大气压。的压强，高位槽液面上方为大气压。管子为管子为764mm的不锈钢管，总长为的不锈钢管，总长为26.6m，管线上有两个全开，管线上有两个全开闸阀，一个孔径为闸阀，一个孔径为d0=48mm的孔板流量计（局部阻力系数为的孔板流量计（局部阻力系数为4）和和5个标准弯头，氯苯输送高度为个标准弯头，氯苯输送高度为15m，若泵总效率为，若泵总效率为70%，求泵，求泵所需的功率。（氯苯密度为所需的功率。（氯苯密度为1073kg/m3,粘度粘度0.63cP,突然缩小：突然缩小：=0.5，突然放大：，突然放大：=1)V解解:以反应器液面为以反应器液面为1-1截面，截面，以高位槽液面为以高位

42、槽液面为2-2截面，以反截面，以反应器液面为基准水平面，以真应器液面为基准水平面，以真空为压强基准，则空为压强基准，则H1=0,H2=15,v1=0,v2=0,d=76-24=68mm,5555优选课件优选课件查表得：查表得：e=0.3mm,=e/d=0.3/68=0.044,查图得：查图得：=0.035656优选课件优选课件局部阻力：局部阻力：突然缩小：突然缩小：=0.5，突然放大：突然放大：=1，孔板流量计：孔板流量计：=4，闸阀：闸阀：le=0.652，标准弯头：标准弯头：le=35泵消耗的功率为：泵消耗的功率为：5757优选课件优选课件（2）可以计算管路中流体流速和流量（试差法）可以计

43、算管路中流体流速和流量（试差法）例例:原油在原油在1144mm的钢管流过，管路总长为的钢管流过，管路总长为3km（包括当量长度），若管路中允许压强降（包括当量长度），若管路中允许压强降3kgf/cm2，试，试求管路中原油的流率。原油的密度为求管路中原油的流率。原油的密度为850kg/m3，粘度为，粘度为5.1cP。解：原油在管路中流动时因摩擦而产生的压强降为：解：原油在管路中流动时因摩擦而产生的压强降为：如压强降等于或接近如压强降等于或接近3kgf/cm2，则就接受计算结果。，则就接受计算结果。5858优选课件优选课件计算过程为：先假定一个流速，计算雷诺数，再查出摩擦阻力系计算过程为：先假定一

44、个流速，计算雷诺数，再查出摩擦阻力系数，然而计算压强降，如不满足题意，则重新假定流速，这种方数，然而计算压强降，如不满足题意，则重新假定流速，这种方法称为试差法。法称为试差法。5959优选课件优选课件偏小。再设：偏小。再设：6060优选课件优选课件例例在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用在风机出口后的输气管壁上开一测压孔，用U型管测得该型管测得该处静压力为处静压力为186mmH2O，测压孔以后的管路包括，测压孔以后的管路包括80m直管及直管及4个个90弯头。管出口与设备相通，设备内的表压为弯头。管出口与设备相通，设备内的表压为120mmH2O。输气管为铁管，内径输气管为铁管，内径500mm。

45、所输送的空气温度为。所输送的空气温度为25，试，试估计其体积流量。估计其体积流量。解：解：本题已知风机压头求气体流速，在流速未知时无法先计本题已知风机压头求气体流速，在流速未知时无法先计算算Re以求以求、hf，故采用试差法。故采用试差法。空气的平均压力空气的平均压力=（186+120）/2=154mmH2O1atm（10330mmH2O）及）及0时空气的密度为时空气的密度为1.293kg/m3，故，故154mmH2O（表压）及（表压）及25时空气的密度为：时空气的密度为：6161优选课件优选课件25时空气的粘度：时空气的粘度：=0.0184cP=1.8410-5Pas在测压口处（截面在测压口处

46、（截面1）与管出口处（截面）与管出口处（截面2）列机械能衡算式：）列机械能衡算式：式中：式中：H1=H2（输气管道中，一般情况下（输气管道中，一般情况下H可忽略）可忽略）He=0，v2=0p1=186mmH2O=1825Pap2=120mmH2O=1177Pav1为所求为所求(a)6262优选课件优选课件管路：管路：d=0.5ml=80mle=4350.5=70m(90le/d=35)将已知值代入式（将已知值代入式（a）：）：6363优选课件优选课件化简得：化简得：设设=0.02，代入上式，解出，代入上式，解出v1=13.4m/s。查图得：查图得：=0.0205复核：复核：该值与所设的该值与所

47、设的值相差甚微，可认为所求得的值相差甚微，可认为所求得的v1=13.4m/s已已够正确，据此计算体积流量为够正确，据此计算体积流量为假设假设较简单，原因较简单，原因值变化范围较小，一般为值变化范围较小，一般为0.020.03之之间。间。6464优选课件优选课件（3）可以计算管路所需要的管径（试差法）可以计算管路所需要的管径（试差法）例例:从水塔经管道输送水，塔的水面比出口高从水塔经管道输送水，塔的水面比出口高10m，管长，管长500m，局部阻力为沿程阻力的，局部阻力为沿程阻力的50%，水温为，水温为20oC，输水量，输水量为为10m3/h，求导管的最小直径。，求导管的最小直径。解：以大气压强为压强基准：解：以大气压强为压强基准：6565优选课件优选课件6666优选课件优选课件习 题n n16,22n n176767优选课件优选课件