工业管道的当量绝对粗糙度
流体力学5-6沿程阻力
17
旧钢管及旧铸铁管
当v＜1.2m/s
0.0179 d 0.3
1
0.867 v
0.3
当v >1.2m/s
0.021
d 0.3
舍维列夫公式是在水温为10oC，运动粘滞系数 ν=1.3×10-6m2/s的条件下得出的，前式适用于紊流过渡区， d 以m计，v 以m/s计；后式适用于阻力平方区, d 以m计
1932年尼古拉兹根据实验结果提
出了此式，n 为指数随雷诺数Re而变
化。该指数公式完全是经验性的，但 因公式形式简单，被广泛应用
u um ax
y r0
n
8
三、λ的半经验公式
1、尼古拉兹光滑管公式
1 2 lg Re
2.51
2、尼古拉兹粗糙管公式
1 2 lg 3.7d
Re vd
d l
2g v2
hf
算出若干组Re和λ值，将其点绘 在双对数坐标纸上，就得到=f(Re, ks /d）曲线，即尼古拉兹曲线图
2
3
尼古拉兹实验曲线
I.ab线层流区， =f(Re) ，=64/Re， Re<2300 II. bc线范围窄， =f(Re) ， Re=2300~4000，层流向紊流
光滑区速度分布半经验公式
u 5.75lg yv 5.5
v
7
2．紊流粗糙区
u v
1
ln
y ks
c2
自然根对据数尼换古成常拉用兹对实数验，取便β=得0.4到、c2=8.48代入上式，并把
粗糙区速度分布半经验公式 u 5.75lg y 8.48
流动阻力及阻力损失计算方法
流动阻⼒及阻⼒损失计算⽅法29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, u 1=u 2。
截⾯1、2之间未加⼊机械能, h e =0。
由机械能衡算式(1-42)可知：ρρρ212211P P -=???? ??+-????+=g z p g z p h f (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ρ/P ?。
该式同时表明, 只有⽔平管道, 才能以p ?(即p 1-p 2)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：232d luµ=P (1-72) 此式称为泊稷叶(Poiseuille)⽅程。
层流阻⼒损失遂为： 232dluh f ρµ= (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。
水利学作业答案第1～7章思考题解答
《水力学》思考题解答第1章 绪论1.1 答：流体与固体相比，流体的抗剪切性能很差，静止的流体几乎不能承受任何微小的剪切力；在一般情况下，流体的抗压缩性能也不如固体的抗压缩性能强。
液体与气体相比，液体的压缩性与膨胀性均很小，能够承受较大的外界压力，而气体由于压缩性和膨胀性都很大，所以气体不能承受较大的外界压力。
气体受压时，变形通常会非常明显。
1.2 答：④ 1.3 答：① 1.4 答：④ 1.5 答：① 1.6 答：④ 1.7 答：④ 1.8 正确。
1.9 错误。
1.10 答：量纲：是物理量的物理属性，它是唯一的，不随人的主观意志而转移。
而单位是物理量的度量标准，它是不唯一的，能够受到人们主观意志的影响。
本题中，时间、力、面积是量纲，牛顿、秒是单位。
1.11 基本，导出。
1.12 答：量纲的一致性原则。
1.13 答：若某一物理过程包含n+1个物理量（其中一个因变量，n 个自变量），即：q =f(q 1，q 2，q 3，…，q n )无量纲π数的具体组织步骤是：（1）找出与物理过程有关的n ＋1个物理量，写成上面形式的函数关系式； （2）从中选取m 个相互独立的基本物理量。
对于不可压缩流体运动，通常取三个基本物理量，m=3。
（3）基本物理量依次与其余物理量组成［（n ＋1）－m ］个无量纲π项：c b aqq q q 321=π44432144cbaq q q q =π55532155c b a qq q q =π （1）…………nn n cban n q q q q 321=π式中a i 、b i 、c i 为各π项的待定指数，由基本物理量所组成的无量纲数π1＝π2＝π3＝1。
（4）满足π为无量纲项，求出各π项的指数a i 、b i 、c i ，代入上式中求得各π数； （5）将各π数代入描述该物理过程的方程式（1），整理得出函数关系式。
第2章 流体静力学基础思考题 2.1 答：C 2.2 答：D2.3 答：不能认为压强是矢量，因为压强本身只是流体内部位置坐标点的函数，与从原点指向该点的方向转角没有关系。
不可压缩流体管道阻力损失计算
不可压缩流体管道阻力损失计算袁佳多表示。
管道阻力损失与下列因素有关：管道越长，损失越大；管径越小，损失越大；流速越大，损失越大；物料粘度越大，损失越大；管道内壁粗糙度越大，损失越大[1]。
在绝大多数工厂，特别是轻工类工厂均会有液体（大多数液体可视为不可压缩流体）输送。
输送过程中，因为大部分液体具有黏性，流动时会产生内摩擦，进而产生流动阻力；流动阻力消耗了机械能，表现为静压能的降低，因此在流体输送过程中需对管道阻力损失进行有效分析计算，以选取最经济的管道及输送泵，实现合理的流体输送工况，本文主要阐述不可压缩流体（大部分液体）管道阻力损失的计算。
1. 不可压缩流体定义流体的可压缩性通常用体积压缩系数β来表示。
其意义为在一定温度下，外力每增加一个单位时，流体体积的相对缩小量或β值越大，流体越容易被压缩。
可压缩流体：β≠ 0 的流体为可压缩流体，气体在一般情况下是可压缩流体；不可压缩流体：β= 0 的流体为不可压缩流体，大多数液体可视为不可压缩流体。
需要指出，实际流体都是可压缩的，不可压缩流体乃是为便于处理密度变化较小的某些流体所作的假设而已[2]。
2.阻力损失分类流体管路阻力损失主要分为直管阻力损失和局部阻力损失。
直管阻力损失又称沿程阻力损失，它是指因流体在管道内流动时，由于同管壁发生摩擦以及流体本身的内部摩擦造成的机械能损失；流体经过弯头、三通、变径管、阀门等管件时，流动状态会发生急剧改变，即出现转向、加速、撞击、旋涡、变形等情况造成的机械能损失称之为局部阻力损失。
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，也是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Calculation of Resistance Loss in Incompressible Fluid Pipeline6566管壁的流体层与管壁之间并没有相对滑动。
流体力学-第四章-流动阻力和能量损失(章结)
K（mm) 管道材料 K（mm)
表面光滑砖风道
4.0
度锌钢管
0.15
矿渣混凝土板风道 1.5
钢管
0.046
钢丝网抹灰风道 10~15
铸铁管
0.25
胶合板风道
1.0
混凝土管
0.3~3.0
墙内砌砖风道
5~10 木条拼合圆管 0.18~0.9
确定沿程阻力系数的方法：
（1）经验公式 （2）莫迪图 （3）查相关手册
二、等效过程
（1）用实验方法对某种材料的管道进行沿程损 失实验，测出 和 hf ;
（2）再用达西公式计算出λ；
hf
l d
2
2g
（3）用尼古拉兹阻力平方区公式计算出绝对
粗糙度K。
1
(1.74 2 lg d )2
2K
此时的K值在阻力的效果上是与人工粗糙管的管 道粗糙度相当的，故称其为当量粗糙度。
莫迪(Mood渐扩管 (d)减缩管
(e)折弯管
(f)圆弯管
(g)锐角合流三通
(h)圆角分流三通
在局部阻碍范围内损失的能量，只占局部损失中 的一部分，另一部分是在局部阻碍下游一定长度的 管段上损耗掉的，这段长度称为局部阻碍的影响长 度。受局部阻碍干扰的流动，经过影响长度后，流 速分布和紊流脉动才能达到均匀流动的正常状态。
核心问题2 水力半径、湿周、当量直径
以上讨论的都是圆管，圆管是最常用的断面形式。 但工程上也常用到非圆管的情况。例如通风系统 中的风道，有许多就是矩形的。如果设法把非圆 管折合成圆管来计算，那么根据圆管制定的上述 公式和图表，也就适用于非圆管了。这种由非圆 管折合到圆管的方法是从水力半径的概念出发， 通过建立非圆管的当量直径来实现的。
化工原理第三章-流体输送与流体输送机械
0.5m
d
− p真 + g (H + 0.5) u 0 = 2 ρ
当水箱内的水排空，即 H=0 时，由上式算得导管内流 速 u0=1.50 m/s，所以水箱内的水能全部排出。所需时 间为
【例3-2】
⌠ 2 D − dH 2 × 1.0 2 t= 2 = × 16.95 − 2.24 = 420s 2 d − p真 9.81 × 0.03 + g (H + 0.5) ⌡1.5 2 ρ
3.2.2 管路计算的类型 qV一定， d∝1/u1/2（u=4qV/πd2）。 u↓，d↑，设备费用↑； u↑，d↓，操作费用↑；但 u 过小时， 维修费↑。
某些流体在管道中常用流速范围
流体种类及状况 水及一般液体 粘度较大的液体 低压气体 易燃、易爆的低压 气体（如乙炔等） 常用流速范围 m/s 1~3 0.5~1 8~15 <8 流体种类及状况 压力较高的气体 饱和水蒸气： 8大气压以下 3大气压以下 过热水蒸气 40~60 20~40 30~50 总费用 费用 操作费 设备费 uopt u
3.3.1 简单管路
简单管路的基本特点 u1 u2 u3
Байду номын сангаас
(1) 通过各段管路的质量流量相等
w = V 1 ρ 1 = V 2 ρ 2 = L = 常数
对于不可压缩流体，体积流量也相等
V = V 1 = V 2 = L = 常数
u1 A1 = u 2 A2 = L = 常数
(2) 全管路的流动阻力损失为各段直管阻力损失及所有 局部阻力之和
p a − p真
p真
D 1.5m
H
0.5m
2
pe管管壁内表面的当量绝对粗糙度
PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度一、引言PE管是一种常见的管道材料，广泛用于市政工程、输水输气、化工管道等领域。
管道内表面的当量绝对粗糙度是影响流体流动的重要因素之一。
本文将围绕PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度展开探讨，通过对其深度和广度的评估，帮助读者全面理解这一主题。
二、PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度是什么？PE管的管壁内表面的当量绝对粗糙度是指管道内壁对流体流动起到阻力作用的大小。
当管道内壁粗糙度增大时，流体在管道内的流动速度将减小，流态也将发生变化。
PE管的管壁内表面的当量绝对粗糙度受多种因素影响，如PE管的制造工艺、使用环境、管道使用年限等。
三、PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度的影响因素1. PE管制造工艺对管壁内表面的当量绝对粗糙度影响巨大。
不同的生产工艺将直接影响PE管内表面的光洁度和粗糙程度，进而影响管道内流体的流动状态。
2. PE管使用环境对管壁内表面的当量绝对粗糙度也有很大影响。
例如在恶劣环境中使用的PE管，可能会因为外部腐蚀或损坏而导致内表面粗糙度增大。
3. 管道使用年限也是影响管壁内表面的当量绝对粗糙度的重要因素。
随着使用年限的增加，PE管内表面的磨损和积垢情况将发生变化，进而影响管道内流体的流动特性。
四、PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度对流体流动的影响PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度对流体流动有着重要影响。
当管道内表面粗糙度增大时，管道内流体的流动速度将减小，流态也将发生变化。
管道内的粗糙度还将直接影响管道内的摩阻特性、局部阻力损失以及流体的压降。
五、如何降低PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度1. 优化PE管的生产工艺，提高管道内表面的光洁度，减小管道内表面的粗糙度；2. 加强对PE管的维护管理，及时清洗管道内积垢，延长管道的使用寿命；3. 选择合适的PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度，以适应不同的流体流动要求。
六、结论PE管管壁内表面的当量绝对粗糙度是影响流体流动的重要因素，受制造工艺、使用环境、管道使用年限等多种因素的影响。
管道摩擦阻力计算
长距离输水管道水力计算公式的选用之马矢奏春创作1． 经常使用的水力计算公式：供水工程中的管道水力计算一般均依照均匀流计算，目前工程设计中普遍采取的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式：gd v l h f 22**=λ （1）谢才（chezy ）公式：i R C v **= （2）海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式：87.4852.1852.167.10d C lQ h h f ***= （3） 式中hf------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s2 C----谢才系数 i----水力坡降； R―――水力半径，mQ―――管道流量m/s2 v----流速 m/sCn----海澄――威廉系数其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。
海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。
三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。
2．规范中水力计算公式的规定3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对分歧的设计条件，推荐采取的水力计算公式也有所差别，见表1：表1 各规范推荐采取的水力计算公式4． 公式的适用范围：3．1达西公式达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。
公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采取经验公式计算得出。
舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。
舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21λλ+∆*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000<Re<108.大量的试验结果标明柯列勃洛克公式与实际商用圆管的阻力试验结果吻合良好,不但包含了光滑管区和完全粗糙管区,而且覆盖了整个过渡粗糙区,该公式在国外得到及为广泛的应用. 布拉修斯公式25.0Re 316.0=λ是1912年布拉修斯总结光滑管的试验资料提出的,适用条件为4000<Re<105,一般用于紊流光滑管区的计算. 3.2 谢才公式该式于1775年由CHEZY 提出,实际是达西公式的一个变形,式中谢才系数C 一般由经验公式y e R n C *=1计算得出,其中61=y 时称为曼宁公式,y 值采取)1.0(75.013.05.2---=n R n y (n 为粗糙系数)公式计算时称为巴浦洛夫斯基,这两个公式应用范围均较广.就谢才公式自己而言,它适用于有压或无压均匀流动的各阻力区,但由于计算谢才系数C 的经验公式只包含反映管壁粗糙状况的粗糙系数n 和水力半径R,而没有包含流速及运动年度,也就是与雷诺数Re 无关,因此该式一般仅适用于粗糙区.曼宁公式的适用条件为n<0.02,R<0.5m;巴浦洛夫斯基公式的适用条件为0.1m≤R≤3m;0.011≤n≤0.04.3.3 海澄-威廉公式是在直径≤3.66m 工业管道的大量测试数据基础上建立的著名经验公式,适用于常温的清水输送管道,式中海澄-威廉系数Ch 与分歧管材的管壁概况粗糙程度有关.因为该式参数取值简单,易用,也是得到广泛应用的公式之一.此公式适用范围为光滑区至部分粗糙度区,对应雷诺数Re 范围介于104-2*106. 通过对各相关规范所推荐计算公式的比较,除混凝土管仍然推荐采取谢才公式外,其它管材大多推荐采取达西公式.在新版《室外给水设计规范》中取消舍维列夫公式的相关条文,笼统采取达西公式,但未明确要求计算λ值采取的经验公式.由于舍维列夫公式是建立在对旧钢管及旧铸铁管研究的基础上,然而现在一般采取的钢或铸铁材质管道,内壁通常需进行防腐内衬,经过涂装的管道内壁概况均比旧钢管,旧铸铁管内壁光滑得多,也就是Δ值小得多,采取舍维列夫公式显然也就会发生较大得计算误差,该公式得适用范围相应较窄.经过内衬得金属管道采取柯列勃洛克公式或谢才公式计算更为合理.PVC-U,PE等塑料管道,或者内衬塑料得金属管道,因为其内壁Δ值很低,一般处于0.0015-0.015,管道流态大多位于紊流光滑区,采取适用光滑区得布拉修斯公式以及柯列勃洛克公式一般均能够得到与实际接近得计算结果.因此,《埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程》及《埋地聚乙稀给水管道工程技术规程》中对塑料管道水力计算公式均是合理得且与《室外给水设计规范》其实不矛盾.海澄-威廉公式可以适用于各种分歧材质管道得水力计算,其中海澄-威廉系数Ch得取值应根据管材确定.对于内衬水泥砂浆或者涂装有比较光滑得内防腐涂层得管道,其海澄-威廉系数应该参考类似工程经验参数或者实测数据,合理取用.因此,无论采取达西公式,谢才公式或者海澄-威廉公式计算,分歧管材得差别均表示在管内壁概况当量粗糙程度得分歧上,各公式中与粗糙度相关系数得取值是影响计算结果得重要因素.值得一提得是,同种材质管道由于采取分歧得加工工艺,其内概况得粗糙度也可能有所差别,这一因素在设计过程种也应重视(经常使用管材得粗糙度系数参考值见表2)表2 罕见管材粗糙度相关系数参考值根据雷诺数计算公式vVd Re ,雷诺数与流速v,管径d 成正比,与运动粘度成反比,因此对应管道得分歧设计条件应对所使用计算公式得适用范围进行复核.包管计算得准确性.大多说供水工程得设计依照水温10℃,运动粘度1.3*10-5 m2/s 得条件考虑,因此雷诺数实际受流速及管道口径得影响.以塑料管道为例,在正常设计流速范围条件下,管道内径大于100mm 时,虽然管道仍然处于紊流光滑区,但其雷诺数Re>105,也就是说已经超出了布拉修斯公式得适用范围,而且误差大小与雷诺数成正比.对PVC-U 管,采取布拉修斯公式与柯列勃洛克公式对比计算,当管内径为500mm ,流速1.5 m/s 时,采取布拉修斯公式得出得水力坡降比柯列波列克得结果低11%以上.采取《埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程》推荐得修正公式与柯式对比计算,修正公式计算结果,小口径管偏平安,中等口径与柯式符合较好,大口径管得负误差达5%以上.因此笔者认为,大口径塑料管或采取塑料内衬管不宜采取布拉修斯公式计算,而更宜于采取如柯列波洛克公式等适用条件更宽得其它经验公式,或应通过试验等对其进行修正.与上述情况类似,采取谢才公式计算时,如果管道内径大于2m 时则不采取曼宁公式计算谢才系数.如果采取巴甫洛夫斯基公式,其适用管径可以达到12m,对一般输水工程管道已完全足够了.海澄-威廉公式的数据基础是WILLIAMS和HAZEN在大量工业管道现场或试验丈量或得的.该公式因为简单易用,被广泛运用在管网水力计算中,国内外很多管道水力计算软件均采取该公式编制.由此可见,对于口径大于2m得管道应尽量防止采取海澄-威廉公式计算以策平安.6.值得提出得是,上述所有水力计算公式中采取得管径均为计算内径,各种管道均应采取管道净内空直径计算,对于采取水泥砂浆内衬得金属管道应考虑内衬层厚度得影响.大口径管道计算应尽量防止采取海澄-威廉公式,建议采取柯列勃洛克公式计算,大量试验结果证明该公式计算结果与实际工业管道符合性好,水力条件适用范围广,虽然运用该式需要进行多次迭代计算才干得到λ值,较为麻烦,不过运用计算机简单编程既能方便地得到较为准确地结果,手工计算时也可以通过查表或者查询蓦迪图辅助计算.。
管壁平均当量粗糙度
管壁平均当量粗糙度
管壁平均当量粗糙度是指管道内壁的表面粗糙度对于流体流动的影响程度。
通常用取平均值后的当量粗糙度来表示，即将管道的内壁曲率、凸起、凹陷等表面特征等效为一个均匀粗糙度。
粗糙度是指管道内壁的表面不平整程度，通常用绝对粗糙度来表示，常用单位为米。
在实际流动中，流体流经粗糙管道时，由于粗糙度的存在，会产生阻力和摩擦力，使得实际流速和理论流速不同。
当量粗糙度是指能够产生与实际粗糙度相同阻力的平滑管壁所具有的理论表面粗糙度。
当量粗糙度是通过将实际粗糙度和管道尺寸等参数考虑在内，利用经验公式或实验数据进行计算得到的。
管壁平均当量粗糙度的大小会影响流体在管道中的摩擦阻力，从而对流量、压力损失、能量消耗等产生影响。
因此，在涉及液体或气体流体传输的工程设计和流体力学研究中，准确估计管壁平均当量粗糙度是非常重要的。
绝对粗糙度
某些工业管材的绝对粗糙度约值
绝对粗糙度，mm 0.010.05 0.10.2 0.3 0.20.3 0.5 以上 0.85 以上 非 金 属 管 管 道 类 别 干净玻璃管 橡皮软管 木管道 陶土排水管 很好整平的水泥管 石棉水泥管 绝对粗糙度，mm 0.00150.01 0.010.03 0.251.25 0.456.0 0.33 0.030.8
3、摩擦系数的确定
层流时摩擦系数：流体作层流流动时，与 ε /d无关，摩擦系数只是雷诺准数的函数
64 Re
哈根-伯稷叶方程：流体在圆直管内作层流流 动时的阻力计算式 ul h f 32 2 d
湍流时摩擦系数：
①使用经验公式计算：各种经验公式， 均有一定的适用范围，可参阅有关资料。 ②查莫狄（Moody）图：可以方便地根 据Re与ε /d值从图中查得各种情况下的 λ 值。
hf = Hf g
Δpf =ρhf =ρHf g
知识补充
非圆形直管的流动阻力计算
实验表明，对于非圆形截面的通道，可以用一个与圆 形管直径d相当的“直径”来代替，称作当量直径， 用de表示。当量直径等于4倍水力半径rH。
4 流体流通截面 de 4 水力半径 流体润湿周边总长度
2
4 68
0.00000 0.000001
讨论: 1.层流区:
Re 2000
f (Re) Re/ 64
λ 随Re增大而减小,并不意味着此时阻力随流速增大而 下降，而只是说明在层流时阻力损失正比于速度的一次. 2.过渡区: 3.湍流区:
2000 Re 4000
—— 一次方定律
le——当量长度，m，由实验测定，某些管件与阀门的当量长度也
阻力损失
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, u 1=u 2。
截面1、2之间未加入机械能, h e =0。
由机械能衡算式(1-42)可知： ρρρ212211P P -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=g z p g z p h f (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ρ/P ∆。
该式同时表明, 只有水平管道, 才能以p ∆(即p 1-p 2)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： 232d lu μ=∆P (1-72) 此式称为泊稷叶(Poiseuille)方程。
层流阻力损失遂为： 232dlu h f ρμ=(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h f , 经分析和初步实验获知诸影响因素为：流体性质：密度ρ、粘度μ；流动的几何尺寸：管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε (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：),,,,,(ερμu l d f h f = (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。
当量直径和湿周、粗糙度
relative roughness
是专指管壁粗糙凸起高度(绝对粗糙度)e流体系平行流动，无旋涡产生，故管壁摩擦系数与粗糙度无关。但在湍流时，粗糙度对管壁摩擦系数有显著影响。粗糙度愈大，影响也愈大。
1、当量直径D=4Rs,Rs为水力半径
Rs=f/P，f为横截面积充满水的部分；
P为湿周
定义：把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径
当量直径计算
在总流的有效截面上，流体与固体壁面的接触长度称为湿周，用字母L表示。总流的有效截面积A和湿周L之比定义为水力半径，用字母R表示
绝对管壁粗糙度：绝对粗糙度是水力学中的一个术语，管道固体壁由于加工条件及运行的影响，总是或多或少的粗糙不平，粗糙突出的平均高度称为绝对粗糙度
阻力损失计算
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, u 1=u 2。
截面1、2之间未加入机械能, h e =0。
由机械能衡算式(1-42)可知： ρρρ212211P P -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=g z p g z p h f (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ρ/P ∆。
该式同时表明, 只有水平管道, 才能以p ∆(即p 1-p 2)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： 232dlu μ=∆P (1-72) 此式称为泊稷叶(Poiseuille)方程。
层流阻力损失遂为： 232dlu h f ρμ=(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h f , 经分析和初步实验获知诸影响因素为：流体性质：密度ρ、粘度μ；流动的几何尺寸：管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε (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：),,,,,(ερμu l d f h f = (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。
钢管粗糙系数
钢管粗糙系数
钢管粗糙系数是指钢管内壁的表面的相对粗糙程度,是衡量钢管内流体阻力大小的重要参数。
粗糙系数通常用符号”ε”表示,是一个无量纲量。
它定义为单位长度内壁面相对高低差与单位长度之比。
一般钢管的粗糙系数是n=0.012。
计算公式为：K/d
其中K表示管路内壁的糙粒突起高度，单位，长度的量纲；d表示管路的内径，单位，长度的量纲；
相对粗糙度为无量纲参数，表达的物理意义是管道内壁的相对粗糙程度，阻力系数与K/d有关。
在液体或气体通过钢管时,由于钢管内壁的不平整,会产生摩擦阻力,从而影响流体的流动速度和能耗。
因此,了解和控制钢管的粗糙系数对于工程设计和运行管理具有重要意义。
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