九乡新闻网钱桥现任镇长:流体在管内流动阻力的计算1
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/04/27 13:47:13
第四节 流体在管内流动阻力的计算
一、 压力降—流动阻力的表现
流动阻力产生的根本原因——流体具有粘性，所以流动时产生内摩擦力。如图1—11所示，在贮槽下部连接的水平管上开两个小孔（A、B），分别插入两个竖直敞口玻璃管，调节出口阀开度，观察现象：
1) 当调节阀关闭时，即流体静止时，A、B管中液面高度与贮槽液面 平齐（可用静力学方程解释）。
2) 当打开阀门，流体开始流动后，发现A管液面低于贮槽液面，而B管液面又低于A管液面。
3) 随着流速继续增大，A、B管液面又继续降低，但A仍高于B，分析如下：
上述现象可用柏努利方程解释，分别取A、B点为
截面，列柏努利方程： 
+
+
=Z2+
+
+
说明：
（1）流体在无外 功加入，直径不变的水平管内流动时，两截面间的压差
与流动阻力而引起的压强降
数值相等。
（2）若流体流动的管子是垂直或倾斜放置的，则两截面间的压差
与流动阻力而引起的压强降
数值不相等。
二、 流体在圆型直管中阻力损失的计算通式
流体在圆管内流动总阻力分为直管阻力（又称沿程阻力）和局部阻力两部分。其中直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力，这里讨论它的计算。
范宁（Fanning）公式是描述各种流型下直管阻力的计算通式。
（1—30）
或 
（1—30a）
式中 λ——摩擦系数，无因次。
说明：
（1）层流时，
；
（2）湍流时，
。
利用范宁公式计算阻力时，主要问题是λ的确定。
（一） 层流时λ的求取
利用牛顿粘性定律可推导出
（1—31）
则 
（1—32）
（1—32a）
式（1—32）及（1—32a）称为哈根—泊谡叶方程，是流体层流时直管阻力的计算式，它是有严格理论依据的理论公式。
（二） 湍流时
的确定
由于湍流过程中质点运动情况复杂，所以尚无严格理论为依据，
的求取一般采用经验式或工程图，这里介绍查取方便的
图（摩擦因子图），如图1-12所示。
图 1—12 
图
该图中曲线分成四个区：层流区、过渡区、湍流区和完全湍流区。
1. 层流区
即
,在双数坐标中为一条直线，此时
无关。
2. 过渡区
通常将湍流区的曲线延至此区伸查取
值。
3.湍流区（图中虚线以下区域）
∵
，
（1） 当相对粗糙度
一定时， 
增大而下降，当
增至某一数值后，
下降缓慢；
（2）当
一定时，
增大而增大。
4.完全湍流区（又称阻力平方区）
当
达到一定范围时（图中虚线以上所示范围），
无关，故
，即流动阻力只与速度的平方成正比，故称此区为阻力平方区。
（三） 湍流时阻力计算步骤
（1）根据管材及使用情况选取ε；
（2）由已知流体查取流体物性数据μ和ρ；
（3）依Re在摩擦因子图上查取
值；
（4）将
值代入
中计算。
三、 非圆型管内的阻力计算
（1—33）
式中 
——当量直径，m；
——摩擦系数， 
。
即模仿圆管计算公式，式中非圆形管尺寸用当量直径
来描述
具体计算举例：
（１）圆管：
；
（２）矩形管：
；
（３）环形管：
。
式中 
——矩形的长和宽，m。
说明：
（１） 当量直径法用于湍流情况下阻力计算较准确，对层流计算时误差较大，应对
修正：
。
（２） 
中，
取非圆形管中的真实流速。
四、 局部阻力计算
流体流经管件、阀门时受到的干扰或冲击而引起的能量损失称为局部阻力损失。
计算局部阻力损失通常有以下两种方法：
（一） 局部阻力系数法
（1—34）
或 
（1—34a）
式中 ζ——局部阻力系数，无因次，一般由实验测定。
常见的两种情况：
（１） 流体自大容器进入管内，流通截面突然缩小，称为进口损失，ζc=0.5；
（２） 流体自管子流入容器或直接排入空间，称为出口损失，ζe=1.0；
（３） 其他情况如图1—13所示。
（二） 当量长度法
（1—35）
式中le称为管件或阀门的当量长度，单位为m。即流体流经局部的阻力，看成相当于流体流经一段同径直管
的直管阻力，
由实验测定，由有关手册查取。
五、 管路总能量损失计算
(1-36)
说明：
（１） 
为柏努利方程中由截面1—1至截面2—2，1Kg质量流体的全部能量损失。通常管路由直管和管件组成，所以管路阻力包括直管阻力和局部阻力两部分。
（２） 计算局部阻力时，可用阻力系数法，也可用当量长度法。对于同一管件，可用任一种方法计算，但不能用两种方法重复计算。
计算非圆形管内流体流速时,不能用当量直径计算流体流动截面积.，如套管换热器中环隙的截面积为
而不是
。