文档介绍：如何计算流体阻力?
流体阻力如何产生?
流体内部是什么样子?
流体流动阻力
流体在管路系统中的流动可以分为
在均匀直管中的流动,产生以表面摩擦为主的沿程阻力
在各种管件(象阀门、弯管、设备进出口等)中的流动,由于流道变向、截面积变化、流道分叉汇合等产生以逆压差或涡流为主的局部阻力。
为了克服阻力,要消耗部分能量,称为阻力损失。这些阻力损失的直接表现是流体流过管路系统的压强降或压头损失。
流动阻力的表示方法
摩擦因数(沿程阻力);
阻力系数和当量长度(局部阻力)
摩擦因数
Fanning公式
计算内摩擦阻力的通式,适用于不可压缩流体的稳态流动
同时适宜层流和湍流,但针对两种流型的计算方法不同
摩擦因数、阻力损失与流速的关系
摩擦因数计算方法
圆管层流:解析法
圆管湍流: 因次分析
其它(类似律、唯象理论)
粗糙情况的影响
研究结果:经验关联式算图
非圆形管
局部阻力
光滑管
摩擦因数& 圆管层流流动阻力
Hagen-Poiseuille公式:
Fanning公式-摩擦因数的定义:
比较Hagen-Poiseuille公式和Fanning公式,得:
圆管层流的摩擦因数:
5
湍流& 因次分析法
由于湍流的复杂性,摩擦阻力的计算主要通过实验方法,建立摩擦因数的经验关联式。
湍流过程影响因素较多,如何把实验结果整现成便于应用的经验关联式? 化工中常采用因次分析法解决这个问题。
因次分析将影响传递过程的变量组合成无因次数群,这些数群可以代替单个变量,而数群的数目总比变量的数目少(Buckingham定理),从而简化实验和数据关联工作。
无因次数群可以通过过程因次分析或过程方程的无因次化得到,很多无因次准数在化工研究过程作用中已经约定俗成,并有特定含义。
化工专业课程学忆影响某过程或参数的无因次数群。如影响流体流动的有雷诺数Re、欧拉数(p/u2)、和管道长径比(l/d),这也可从范宁公式看出。
无因次边界条件相同:系统几何相似
圆管流动摩擦因数关联式
光滑管
Blasius公式: Blasius由1/7方律导出
Nikuradse-Karman公式(光滑粗糙管两种形式)
其他实验数据公式
粗糙管 Colebrook公式:page53
注意公式适用范围(雷诺数、粗糙度),选择合适的公式
公式不是供记忆的内容,而是计算的手段
Moody摩擦因数图
/d = 10-3 Re= 105
=