基础化学实验教学示范《化工原理实验》课程教学课件（上册，PPT讲稿）第一章 流体流动 1.5 流体在管内流动阻力

流体在直管中的流动阻力第一章1、计算圆形直管阻力的通式流体流动2、管壁粗糙度对摩擦系数的影响3、层流时的摩擦系数4、瑞流时的摩擦系数与量纲分析5、流体在非圆型直管内的流动阻力第五节二、管路上的局部阻力流体在管内流动阻力三、管路系统中的总能量损失下页滋口帮助2025/11/11

2025/11/11 第 一 章 流体流动 一、流体在直管中的流动阻力 1、计算圆形直管阻力的通式 2、管壁粗糙度对摩擦系数的影响 3、层流时的摩擦系数 4、湍流时的摩擦系数与量纲分析 5、流体在非圆型直管内的流动阻力 二、管路上的局部阻力 三、管路系统中的总能量损失 第 五 节 流体在管内流动阻力

流体阻力的产生：流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力。流动阻力产生的根源直管阻力：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管路中的阻力局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部Ehf =hf +h'地方所引起的阻力。返下页回页2025/11/11

2025/11/11 ——流动阻力产生的根源 流体具有粘性，流动时存在内部摩擦力。 管路中的阻力 直管阻力： 局部阻力： 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 流体流经管路中的管件、阀门及 管截面的突然扩大及缩小等局部 地方所引起的阻力。  f h f = h f + h 流体阻力的产生：

流体阻力的表现形式：21FFF11'公22unppgZ122pZ, = Z2u =uh-C返下页回页2025/11/11

2025/11/11 流体阻力的表现形式： hf u p gZ u p gZ + + = + + +   2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 u1 = u2   f f p h P P  = = −  1 2 Z1 = Z2

一、流体在直管中的流动阻力1、计算圆形直管阻力的通式一范宁公式12P2D12对面1一1和2一2之间的液柱进行受力分析rd pi _ rd p2 - T wdl = 04441Apf = Pi- P2TWd返下页页回2025/11/11

2025/11/11 1、计算圆形直管阻力的通式－范宁公式 1 1 2 2 d w u l p1 p2 对面1－1和2－2之间的液柱进行受力分析： 0 4 4 2 2 1 2 − − dl = d p d p  w    d l p p p f w 4 1 2  = − = 一、流体在直管中的流动阻力

41puT.W:8二Apf = Pi- P2 = TwA2d2dpuTW=8puAp21Ap2范宁公式2dOpu2gdpg入为摩擦系数，量纲为1，与流动型态有关。返页回顶2025/11/11

2025/11/11 2 8 4 2 1 2 2 u d l d u l p p p w f w     = − = = 2 8 u w   令  = 2 2 u d l pf   =  2 2 u d p l h f f   =  = g u d l g p H f f 2 2   =  = 范宁公式 为摩擦系数，量纲为1，与流动型态有关

2、管壁粗糙度对摩擦系数的影响光滑管玻璃管、黄铜管、塑料管化工管路粗糙管钢管、铸铁管壁面凸出部分的平均高度，绝对粗糙度以ε表示。管壁粗糙度相对粗糙度绝对粗糙度与管道直径的比值即E /d。返T页回页2025/11/11

2025/11/11 化工管路 光滑管 粗糙管 玻璃管、黄铜管、塑料管 钢管、铸铁管 管壁粗糙度 绝对粗糙度 相对粗糙度 壁面凸出部分的平均高度， 以ε表示 。 绝对粗糙度与管道直径的比值 即ε /d 。 2、管壁粗糙度对摩擦系数的影响

3、层流时的摩擦系数△PdUmax = 2uR=Umax24μuld?.△Pf△P2uu=32 μl4ulAP, = 32μlu/ d一哈根一泊叶公式Pu?对比，得：与范宁公式ΛP2d6464μ= 64 / Re2dupdup滞流流动时与Re的关系u返页T页回2025/11/11

2025/11/11 3、层流时的摩擦系数 2 max 4 R l P u   =  2 d R = u max = 2u 2 ) 2 ( 4 2 d l P u    =  l d P u f 32 2  = 2 Pf = 32lu/ d ——哈根-泊谡叶公式 与范宁公式 2 2 u d l Pf   =    对比，得：    du 64 =  du 64 = = 64 /Re ——滞流流动时λ与Re的关系

例：管子Φ45mmx2.5mm，管长100m，水量0.06kg/s。求：直管阻力。解: d= 0.045 - 0.0025 ×2= 0.04m0.06= 4.8×10-2m / su=元-×0.042×10004udp0.048×1000×0.04Re=1920<20000.001u64属层流，所以：Re0.048264100=0.096J /kg++2d 219200.04上下返页页回2025/11/11

2025/11/11 例：管子45mm2.5mm，管长100m，水量0.06kg/s。 求：直管阻力。 解：d = 0.045 - 0.0025  2 = 0.04m u 4.8 10 m /s 0.04 1000 4 0.06 2 2 − =    =  Re 64 1920 2000 0.001 0.048 1000 0.04 Re = =    = =    属层流，所以： ud J k g u d l hf 0.096 / 2 0.048 0.04 100 1920 64 2 2 2 =  =   =

4、流时的摩擦系数与量纲分析量纲分析法△Pfdu8t求 △PrT=(u+e)元dyOu实验研究建立经验关系式的方法e基本步骤：通过初步的实验结果和较系统的分析，找出影响过程的D主要因素，也就是找出影响过程的各种变量。湍流时影响阻力损失的主要因素有：管长1管径d平均速度u粘度u管壁粗糙度流体密度0返页下页回2025/11/11

2025/11/11 4、湍流时的摩擦系数与量纲分析 2 2 u d l Pf   =    求 △Pf 2 8 u   = dy du  = ( + e) 实验研究建立经验关系式的方法 e 基本步骤： 1) 通过初步的实验结果和较系统的分析，找出影响过程的 主要因素，也就是找出影响过程的各种变量。 量纲分析法 湍流时影响阻力损失的主要因素有： 管径 d 管长 l 平均速度 u 流体密度 ρ 粘度μ 管壁粗糙度ε

2）用幂函数逼近法确定函数的形式。Apr = k.dal'u peu g83）量纲分析。时间（t）表示各物理量：以基本因次质量(M) 长度(L)[d]=[]= L[u] = Lt-1[p]= ML-'t-2[μ]= ML-'f-1[3] = L[p]= ML-3代入上式，得：M-'--? = [][2”[zt-][m-3 [M--"}[z]ML--? = K[M]+[2+b+-3e-+[}c-下返页页回2025/11/11

2025/11/11 2）用幂函数逼近法确定函数的形式。 . a b c e f g pf = k d l u    3）量纲分析。 以基本因次质量（M）、长度(L)、 时间(t) 表示各物理量：   −1 −2 p = ML t d= l= L   −1 u = Lt   −3  = ML   −1 −1  = ML t  = L 代入上式，得：             g c l f a b ML t K L L Lt ML ML t L −1 −2 −1 −3 −1 −1 =       e f a b c e f g c f ML t K M L t − − + + + − − + − − = 1 2 3