如何计算流体阻力? 流体內部是什么样子
如何计算流体阻力？
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)
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 ou Ap=n )W=元 d2h=z3、ln2 d 2g · Fanning公式 计算内寒擦阻力的通式,适用不可压缩流体的稳流动 ·同时适宜层流和湍流。但针对两种流烈的计算方法不同 ·挛擦因数、阻力损失与流速的关系
摩擦因数 g u d l h u d l w u d l p f f 2 2 2 2 2 2 = → = → = • 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:因次分析國 光滑管 其咆(类似律、唯理论) ·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
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
Fanning公式-摩擦因数入的定义: 4=2my2 d 2 d 2 g 圆管层流亠 Hagen-Poiseuille公式: 摩擦因 pR 32ul1 8 32d 沉数 比较 Hagen- Poiseuille公式和 Fanning公式,得: 阻 圆管层流的摩擦因数:26464 力 d Re
摩擦因数& 圆管层流流动阻力 2 2 2 32 8 32 d lu p l pd u l pR u b b b → = → = = Hagen -Poiseuille公式： Fanning公式 -摩擦因数 的定义： gu dl h u dl w u dl p f f 2 2 2 2 2 2 = → = → = 比较Hagen -Poiseuille公式和Fanning公式，得： 圆管层流的摩擦因数： Re 64 64 = = du 5
·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湍 应用的经验关联式?化工中常用因次分析法解决这流 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因 关联工作。 次 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帖已分 经约定俗成,并有特定含义。 析 的无因次数群。如影响流体流动的有雷诺数Re、欧拉法 数(4Ppu2)、和管道长径比(1,这也可从范宁公式 看出
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。 • 化工专业课程学习中，要理解记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
(V*ν*)=0 Dv=_V*P"DVp Dt 无因次准数 无因次初始条件 无因次速度分布 无因次边界条件 无因次压力分布 无因次边界条件相同:系统几何相似
( * v*) = 0 g g V gD v DV p Dt Dv + = − + 2 2 * * * * 无因次准数 无因次初始条件 无因次边界条件 无因次速度分布 无因次压力分布 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
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 0.09 过我区 0.08 完全淌流粗 0.05 0,05 ■■■ 0.008d 0.03 数 0.004桌 登.025 0.02 001 0.015 光滑管 004 0,0001 0,0 0.00005 0.009 10.000005 0,00001 61042 103 10 雷诺准数Re
Moody摩擦因数图
=566×103Re=1.2×10 =0.032 0.1 H"过渡区 0.8滞流↓潜流 完全湍流粗糙管 0.07 0.05 0,04 0.06 0.0 0.015 0.04日 0.01 0.03日 已e.006 0.004 0.025 0.002 0.02 日0.008 0.0006 0.015 光滑管 0.0002 0.0001 0.000005 0.00005 0.009 0.00 H.00o 103246104 10 4610724610 雷诺准数Re
/d = 5.6610-3 Re=1.2 105 = 0.032