流动阻力及阻力损失计算方法

2 9 第五节 阻力损失 1-5-1 两种阻力损失 直管阻力和局部阻力 化工管路主要由两部分组成：一种是直管, 另一种是弯头、三通、阀门等各种管件。无论是直管或管件都对流动有一定的阻力, 消耗一定的机械能。直管造成的机械能损失称为直管阻力损失(或称沿程阻力损失)； 管件造成的机械能损失称为局部阻力损失。 对阻力损失作此划分是因为两种不同阻力损失起因于不同的外部条件，也为了工程计算及研究的方便, 但这并不意味着两者有质的不同。此外, 应注意将直管阻力损失与固体表面间的摩擦损失相区别。固体摩擦仅发生在接触的外表面, 而直管阻力损失发生在流体内部, 紧贴管壁的流体层与管壁之间并没有相对滑动。 图 1-33 阻力损失 阻力损失表现为流体势能的降低 图 1-33 表示流体在均匀直管中作定态流动, u1=u2。截面1、 2 之间未加入机械能, he=0。由机械能衡算式(1-42)可知： 212211PP gzpgzphf (1-71) 由此可知, 对于通常的管路，无论是直管阻力或是局部阻力, 也不论是层流或湍流, 阻力损失均主要表现为流体势能的降低, 即/P。该式同时表明, 只有水平管道, 才能以p (即 p1-p2)代替P以表达阻力损失。 层流时直管阻力损失 流体在直管中作层流流动时, 因阻力损失造成的势能差可直接由式(1-68)求出： 23 2dluP (1-72) 此式称为泊稷叶(Poiseuille)方程。层流阻力损失遂为： 23 2dluhf (1-73) 1-5-2 湍流时直管阻力损失的实验研究方法 层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的。湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究, 获得经验的计算式。这种实验研究方法是化工中常用的方法。因此本节通过湍流时直管阻力损失的实验研究, 对此法作介绍。实验研究的基本步骤如下： (1) 析因实验──寻找影响过程的主要因素 对所研究的过程作初步的实验和经验的归纳, 尽可能地列出影响过程的主要因素 对于湍流时直管阻力损失hf, 经分析和初步实验获知诸影响因素为： 流体性质：密度 、粘度 ； 流动的几何尺寸：管径d、管长l 、管壁粗糙度 (管内壁表面高低不平)； 流动条件：流速u； 于是待求的关系式应为： 3 0 ),,,,,(uldfhf  (1-74) (2) 规划实验──减少实验工作量 当一个过程受多个变量影响时, 通常用网络法通过实验以寻找自变量与过程结果的关系。以式(1-74)为例, 需要多...