管内流体流动的摩擦阻力损失
化工原理摩擦阻力损失计算公式
化工原理摩擦阻力损失计算公式化工原理中的摩擦阻力损失计算公式是一个重要的工具，它帮助我们了解和预测流体在管道中流动时所受到的阻力损失。
通过对摩擦阻力的计算，我们可以优化管道设计、提高流体输送效率，并节约能源消耗。
摩擦阻力损失是指在管道内流动的流体受到管壁的摩擦力而产生的能量损失。
在化工过程中，流体在管道中流动过程中会与管壁发生摩擦，这种摩擦会导致流体的速度减小、能量损失。
因此，了解和计算摩擦阻力损失对于设计和操作管道系统非常重要。
根据化工原理，我们可以使用某些公式来计算摩擦阻力损失。
其中，最常用的是达西公式和百分比法。
达西公式是一种经验公式，用于计算流体在管道中的摩擦阻力损失。
它的公式如下：ΔP = f × (L/D) × (ρ × V^2)/2其中，ΔP是摩擦阻力损失（单位为帕斯卡），f是摩擦系数，L是管道长度（单位为米），D是管道直径（单位为米），ρ是流体密度（单位为千克/立方米），V是流体速度（单位为米/秒）。
通过达西公式，我们可以根据管道的长度、直径、流体的密度和速度来计算摩擦阻力损失的大小。
摩擦系数f是一个实验值，可以通过实验或查阅相关文献来获得。
另一种常用的计算方法是百分比法，它是通过将摩擦阻力损失表示为流体动能的损失的百分比来计算的。
百分比法的计算公式如下：ΔP = (K × ρ × V^2)/2其中，ΔP是摩擦阻力损失（单位为帕斯卡），K是摩擦阻力损失系数，ρ是流体密度（单位为千克/立方米），V是流体速度（单位为米/秒）。
与达西公式相比，百分比法更加简化，只需要摩擦阻力损失系数而不需要考虑管道长度和直径。
摩擦阻力损失系数K可以通过实验和参考文献获得。
在实际应用中，我们可以根据具体的管道系统和流体性质选择合适的计算方法和公式来计算摩擦阻力损失。
通过计算摩擦阻力损失，我们可以评估管道系统的性能，优化管道设计，减少能源消耗，并提高流体输送效率。
化工原理摩擦阻力损失计算公式
化工原理摩擦阻力损失计算公式摩擦阻力是指物体在运动过程中由于与流体接触而产生的阻力。
在化工领域中，摩擦阻力的计算对于设计和优化流体传输系统至关重要。
本文将介绍化工原理中常用的摩擦阻力损失计算公式，并探讨其应用。
一、流体在管道中的摩擦阻力损失计算公式流体在管道中的摩擦阻力损失可以通过多种公式进行估算，其中最常用的是达西-魏泽巴赫公式和库珀-普拉萨公式。
1. 达西-魏泽巴赫公式达西-魏泽巴赫公式是描述流体在管道中摩擦阻力损失的经验公式。
该公式的表达式为：ΔP = f * (L / D)* (ρ * V^2) / 2其中，ΔP为单位长度管道的压力损失，f为摩擦系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为流体密度，V为流体速度。
2. 库珀-普拉萨公式库珀-普拉萨公式是一种修正达西-魏泽巴赫公式的方法，适用于大口径管道和高速流动条件。
该公式的表达式为：ΔP = f * (L / D) * (ρ * V^2) / 2 * (1 + (K / D))其中，ΔP为单位长度管道的压力损失，f为修正后的摩擦系数，L 为管道长度，D为管道直径，ρ为流体密度，V为流体速度，K为管道粗糙度。
二、摩擦阻力损失计算公式的应用1. 流体传输系统设计在进行化工流体传输系统设计时，摩擦阻力损失的计算是必不可少的。
通过摩擦阻力损失的计算，可以确定管道的直径、流速等参数，从而实现流体的高效传输。
2. 管道网络优化对于已经建立的管道网络系统，通过计算摩擦阻力损失可以找到系统中的瓶颈点和低效区域，进而进行优化。
通过增加管道直径、调整流速等方式，可以降低摩擦阻力损失，提升系统的运行效率。
3. 节能减排摩擦阻力损失是流体传输系统中能量损失的主要来源之一。
通过合理计算和优化，可以降低摩擦阻力损失，降低系统的能耗，实现节能减排的目标。
三、总结摩擦阻力损失的计算对于化工流体传输系统的设计和优化具有重要意义。
达西-魏泽巴赫公式和库珀-普拉萨公式是常用的摩擦阻力损失计算公式，可以根据具体的应用场景选择合适的公式进行计算。
管道阻力损失计算公式
管道阻力损失计算公式
管道阻力损失是流体在管道中经历的机械能损失，由其内的摩擦力，压力损失和间断损失组成。
管道阻力损失的计算公式是：
ΔP = L × 0.109 × (V²/ D4) × (f / 2g)
ΔP：管道阻力损失，单位是KPa；
L：管道总长度，单位是m；
V：流体流速，单位是m/s；
D：管道内径，单位是m；
f：管道内摩擦系数；
2g：重力加速度，一般把2g定为9.8。
管道阻力损失计算公式可以帮助我们计算管道中流体的机械能损失，从而更好地控制管道的设计和运行。
管道阻力损失的计算公式可以用于计算水管、汽油管、空气管、蒸汽管等各种流体的阻力损失。
例如，可以用来计算水管中水流的阻力损失，计算公式如下：
ΔP = L × 0.109 × (V²/ D4) × (0.02 / 2g)
ΔP：管道阻力损失，单位是KPa；
L：管道总长度，单位是m；
V：水流流速，单位是m/s；
D：管道内径，单位是m；
0.02：水流的摩擦系数；
2g：重力加速度，一般把2g定为9.8。
通过计算管道的阻力损失，我们可以更好地控制管道的运行，从而更有效地利用管道的资源。
管道阻力损失的计算公式实际上是一种能量守恒定律，它也可以用于分析水力学系统中流体的流动特性，从而发现和解决流体流动中的问题。
总之，管道阻力损失计算公式是一个非常有用的工具，可以帮助我们计算管道中流体的机械能损失，更好地控制管道的设计和运行。
管内流体流动损失计算公式
管内流体流动损失计算公式管道是工业生产中常见的输送工具，而管道内流体的流动损失是影响管道输送效率的重要因素之一。
在工程设计和运行过程中，对管内流体流动损失进行准确的计算和分析，可以帮助工程师们更好地优化管道系统，提高输送效率，降低能耗成本。
本文将介绍管内流体流动损失的计算公式及其应用。
首先，我们需要了解一下管内流体流动损失的定义。
管内流体流动损失是指由于管道内流体流动而产生的能量损失，其大小与流体的流速、管道的形状和粗糙度、流体的黏度等因素有关。
在实际工程中，通常采用一些经验公式或者理论模型来计算管内流体流动损失，以便进行工程设计和运行分析。
管内流体流动损失的计算公式可以根据流体的性质和管道的特点进行选择。
在一般情况下，可以采用以下几种常见的计算公式：1. 瑞利数公式。
瑞利数是描述流体流动稳定性的一个重要参数，其定义为惯性力与粘性力的比值。
在管道内流体流动过程中，瑞利数的大小会影响流体的流动状态和流动损失的大小。
瑞利数公式可以表示为：Re = ρVD/μ。
其中，Re为瑞利数，ρ为流体的密度，V为流体的流速，D为管道的直径，μ为流体的黏度。
通过计算瑞利数，可以判断流体的流动状态，并进一步计算管内流体流动损失。
2. 辛克勒公式。
辛克勒公式是描述管道内流体流动损失的经验公式之一，适用于流速较低、管道内壁较光滑的情况。
辛克勒公式可以表示为：ΔP = f (L/D) (V^2/2g)。
其中，ΔP为管道内流体流动损失的压力降，f为摩擦阻力系数，L为管道的长度，D为管道的直径，V为流体的流速，g为重力加速度。
通过辛克勒公式，可以计算出管道内流体流动损失的压力降。
3. 安德森-达西公式。
安德森-达西公式是另一种常见的管内流体流动损失计算公式，适用于流速较高、管道内壁较粗糙的情况。
安德森-达西公式可以表示为：ΔP = f (L/D) (V^2/2g) + K (V^2/2g)。
其中，ΔP为管道内流体流动损失的压力降，f为摩擦阻力系数，L为管道的长度，D为管道的直径，V为流体的流速，g为重力加速度，K为局部阻力系数。
流体力学第5章管流损失和阻力计算
除了流体与管壁之间的摩擦外，流体内部的粘性、湍流等也会导致能量损失。 例如，湍流会使流体的流动变得不规则，增加流体之间的相互碰撞和摩擦，从 而产生更多的能量损失。
损失和阻力的影响
01
能量消耗
管流损失和阻力会导致流体在 流动过程中能量不断损失，这 需要额外提供能量来克服这些 损失，如泵或风机的能耗会增 加。
02 系统效率
管路中的损失和阻力会降低整 个系统的效率，使得系统需要 更多的输入能量才能达到预期 的输出效果。
03
设备选型
04
在进行设备选型时，需要考虑管 路中的损失和阻力，以确保所选 设备能够满足实际需求。例如， 在选择泵时，需要考虑到管路中 的损失和阻力，以确保泵能够提 供足够的扬程和流量。
安全风险
理论发展
实验结果可为流体力学理论的发展提 供实证支持，进一步完善管流损失和 阻力的计算模型。
THANKS
感谢观看
过大的管流损失和阻力可能会导 致流体流动受阻，甚至产生流体 过热、压力过高等问题，这可能 对设备和人员安全造成威胁。因 此，需要进行合理的设计和操作 ，以避免这些问题的发生。
02
管流损失的计算
局部损失计算
局部损失是由于流体在管道中 流动时，遇到突然扩大、缩小、 弯曲等局部障碍而产生的能量 损失。
控制流体流速和压力
降低流体流速
01
适当降低流体在管路中的流速，可以减小流体流动的阻力，从
而降低管流损失。
控制流体压力
02
合理控制流体在管路中的压力，避免过高的压力导致流体流动
阻力的增加。
使用减压阀和稳压阀
03
在管路中安装减压阀和稳压阀，可以稳定流体压力，减小流体
管内流动阻力计算
5. 数群的数目比变量的数目少→实验与关联工作简化
7
影响直管阻力压力损失的因数有三个： （1）流体物性因数: μ和ρ （2）设备因数: L 、d和管壁粗糙度 ε （3）流动因数: u 以上因素可以函数形式表示为：
p f d,l,u, , ,
因此，流动阻力损失若按每个变量做5个点，则实验量惊人（56次）。
A1
A2 u2
14
例1
15
例2、
1
1
2
2
+0.5 +0.5
2.16
16
总结
根据范宁公式
hf
l d
u2 （ 求解阻力系数）
2
层流： ＝64 64（光滑，粗糙管均可）, Re＝du
du Re
①光滑管：
湍流：
0.3164 伯拉修斯经验方程，不是唯一的经验方程
Re0.25
粗糙管： ②
Re不太大
查mody图，
u12 2
p2
z2
g
u
2 2
2
hf
Hf
hf g
hf g
p f
g
z1
u12 2g
p1
g
z2
u22 2g
p2
g
Hf
gz1
u12 2
p1
gz2
u22 2
p2
hf
Δ p f h f gH f
hf gH f
阻力损失有三种表达形式： hf------J/kg （单位质量） Hf------m （单位重量） △pf ----Pa （单位体积）
即层流时hf∝ u，湍流时hf ∝u1.75~2.0 根据范宁公式，代入层流的λ，hf -- u；
化工原理 第一章 管内流体流动的摩擦阻力损失
pf
32lu
d2
（单位 J/kg）
【表明】层流时阻力与速度的一次方成正比。
2021/7/16
2、层流时的摩擦系数 将上式改写为：
32 lu64l u2 64l u2 hf d2 dud2Re d2
将式与范宁公式比较，可得层流时摩擦系数的计 算式：
64
Re
【结论】层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。
12lg3/.7dR2.5e1
此式适用于湍流区的光滑管与粗糙管直至完全湍流区。
2021/7/16
5、管壁粗糙度对摩擦系数的影响 【光滑管】玻璃管、铜管、铅管及塑料管等称为光 滑管； 【粗糙管】钢管、铸铁管等。 （1）管壁粗糙度的表示方法 【绝对粗糙度】管道壁面凸出部分的平均高度，称 为绝对粗糙度，以ε表示。 【相对粗糙度】绝对粗糙度与管径的比值即ε/d，称 为相对粗糙度。
2021/7/16
②随Re的增加，层流内层的厚度逐渐减薄，当δ<ε
时，壁面凸出部分伸入湍流主体区，与流体质点发 生碰撞，使流动阻力增加。
2021/7/16
管内流体流动的摩擦阻力损失
u2 hf 2
为局部阻力系数 ，由实验测定 。
a) 突然扩大与突然缩小
u2 hf 2
2
u：取小管的流速
2
A1 突然扩大: 1 A2
b) 管出口和管入口
A2 突然缩小: 0.5 1 A 1
2018/8/12
C、哈兰德(Haaland)公式
1.11 1 6.9 /d 1.8lg Re 3.7
7. 非圆形管内的摩擦损失
2 对于圆形管道，流体流径的管道截面为: d 4
流体润湿的周边长度为: πd
de=4×流道截面积/润湿周边长度
• 管出口相当于突然扩大, A1
4
d2
P2 p2 A2 p2
4
d
2
F S dl
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P 1P 2 F 0
p1
4
d p2
2
4
2
d 2 dl 0
p1 p2
4 4l p1 p2 d
d dl
2018/8/12
与
P 1P 2 h f 4l hf d
b
e
d
f
b 1
l u 2 hf Re, d d 2
p
Re, d
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2018/8/12
1）摩擦因数图 a)层流区：Re≤2000，λ与Re成直线关系，λ=64/Re。
f (Re, / d )
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流体流动过程中能量损失和管道计算
流体流动过程中能量损失和管道计算摩擦损失是由于流体与管道壁面的摩擦而产生的能量损失。
流体在管道中流动时，与管道壁面发生摩擦，使得流体的动能转化为内能和热能，从而使流体的总能量逐渐减少。
根据流体力学的基本方程，可以推导出摩擦损失的计算公式。
其中，流体的粘性、管道内径和长度、管壁的光滑程度等因素都会影响摩擦损失的大小。
局部阻力是由于管道中存在的凸起、弯曲、收缩等不规则形状所导致的能量损失。
这些不规则形状会使流体的流速产生变化，从而导致流体的能量损失。
局部阻力可以通过流量系数来表示，通过实验和经验公式可以估算出不同形状的局部阻力系数。
除了摩擦损失和局部阻力外，流体流动过程中还会发生一些其他的能量损失，例如流体受到的外力、液体的汽蚀和气蚀等。
这些能量损失的计算通常需要根据具体情况进行分析和估算。
管道计算是指根据流体的流量、压力、温度等参数，计算流体在管道中的流速、压力损失、温度变化等相关参数的过程。
在管道计算中，需要考虑流体的物性参数、管道的几何形状、流动条件和所需的精度等因素。
管道计算通常包括流速计算、压力损失计算和温度变化计算。
流速计算可以根据流量和管道截面积的关系得出流速值。
在压力损失计算中，需要考虑管道长度、流体的粘性、流过的局部阻力等因素，可以通过经验公式和流体力学的基本方程进行计算。
而温度变化计算则需要综合考虑流体的物性参数、管道的材料热传导性能等因素，可以使用简单的热传导方程进行计算。
综上所述，流体流动过程中能量损失和管道计算是流体力学中的重要内容。
通过对流体的摩擦损失、局部阻力以及其他能量损失的分析，可以对流体流动过程中的能量变化进行评估。
同时，通过管道计算可以得出流体在不同条件下的流速、压力损失和温度变化等参数，为工程设计和实际应用提供重要参考。
1.4 管内流体流动的摩擦阻力损失
光滑管 玻璃管 铜管
粗糙管
钢管 铸铁管
武汉工程大学化工原理课件 二、规划实验：减少实验工作量
因次分析法 目的：（1）减少实验工作量；
（2）结果具有普遍性，便于推广。 基础：因次一致性
即每一个物理方程式的两边不仅数值相等， 而且每一项都应具有相同的因次。
武汉工程大学化工原理课件 基本定理：白金汉（Buckinghan）π 定理 设影响某一物理现象的独立变量数为n个，这些 变量的基本因次数为m个，则该物理现象可用N ＝(n－m)个独立的无因次数群表示。
hf u2
du
,
l, d
d
据经验:阻力损失与管长l成正比
h f l ( , du ) u2 d d
( , du ) d
h
f
l d
u2 2
武汉工程大学化工原理课件
1.4.3 直管阻力损失的计算
一、统一的表达方式(范宁公式)
1 2 log( / d 2.51 )
3.7 Re
Haaland关联式
1 1.8log(( / d )1.11 6.9)
3.7
Re
武汉工程大学化工原理课件
3. 摩擦因数图
分界线
武汉工程大学化工原理课件
①层流区（Re ≤ 2000)
阻力一次方区
λ与Re成反比例关系
64 / Re
武汉工程大学化工原理课件
1.4.1 两种阻力损失
一、流体阻力的类型
1
1
直管
弯头
qV
2
阀门
武汉工程大学化工原理课件 管件与阀门
化工原理 1.4管内流体流动的摩擦阻力
u1 u2
hf
z1 z2
p1 p2
若管道为倾斜管，则
hf ( p1
z1 g ) (
p2
z2 g )
流体的流动阻力表现为静压能的减少；
水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压
能之差。
3
（二）直管阻力的通式
2 π d 由于压力差而产生的推动力： p1 p2 4 F A πdl 流体的摩擦力：
f ( Re , d )
15
（4）完全湍流区 （虚线以上的区域） λ与Re无关，只与 d 有关 。 d 一定时， hf u2 该区又称为阻力平方区。 2、经验关联式 柏拉修斯（Blasius）式：
0.3164 Re 0.25
适用光滑管，Re＝2.5×103～105
16
3. 管进口及出口 进口：流体自容器进入管内。
ζ进口 = 0.5 进口阻力系数
出口：流体自管子进入容器或从管子排放到管外
空间。
ζ出口 = 1 出口阻力系数
4 . 管件与阀门
22
23
24
25
蝶阀
26
27
（二）当量长度法
将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直
径相同、长度为le的直管所产生的阻力 。
29
( Re , )
13
d
（三）湍流时的摩擦系数
1、莫狄（Moody）关联图
14
（1）层流区（Re≤ 2000） λ 与
64 d无关，与Re为直线关系，即 Re
hf u ,即 hf 与u的一次方成正比。
（2）过渡区（2000<Re<4000) 将湍流时的曲线延伸查取λ 值 。 （3）湍流区（Re≥4000以及虚线以下的区域）
阻力损失的计算方法
阻力损失的计算方法
阻力损失（或称为压力损失）是指在流体流动过程中，由于流体流动过程中的摩擦以及其他因素的影响，使得流体的动能转化为热能或其他形式的能量损失。
阻力损失是流体力学中一个重要的概念，对于流体流动的分析和设计都具有重要的意义。
计算阻力损失的方法主要有以下几种：
1.临界雷诺数法：该方法适用于圆管内的层流流动，基于雷诺数（流体的速度与管道内液体的黏性之比）来计算阻力损失。
具体计算公式为：f=16/Re，其中f为摩擦系数，Re为雷诺数。
2.涡旋方法：该方法适用于高雷诺数下的紊流流动，使用实验数据建立涡流管道的阻力系数曲线。
通过读取曲线上的点来计算阻力损失。
3.动量方程法：根据流体力学基本方程动量守恒定律，考虑流体流动中的摩擦损失，可以建立动量方程。
然后通过求解动量方程，计算出阻力损失。
4. Navier-Stokes 方程法：该方法适用于复杂的流动情况，通过求解Navier-Stokes方程组（非线性偏微分方程），可以得到流体速度和压力的分布，从而计算阻力损失。
5.管道描述方法：该方法将管道分成若干小段，每段内均匀流动，根据流体力学基本方程和能量方程，在每段管道内分别计算压力损失，然后累加得到总的阻力损失。
需要注意的是，不同的计算方法适用于不同的流动条件和管道形状。
在实际应用中，根据流体的性质、流动情况和管道的几何形状等因素，选
择合适的计算方法进行阻力损失的计算和分析。
在工程和实验研究中，为了计算阻力损失，通常还需要知道一些相关
参数，如管道内径、管道长度、流速、流体的性质、管道壁面的光滑度等。
这些参数可以通过实测、实验或者理论计算等方法得到。
1.4 管内流体流动的摩擦阻力损失
直管阻力
流体流经一定直径的 直管时由于内摩擦而 产生的阻力.
局部阻力
流体流经管件、阀门 等局部地方由于流速 大小或方向的改变而 引起的阻力。 特点:边界层与固体 表面分离
特点:边界层与固 体表面不分离
阻力损失产生的根本原因:流体内部及流体与固 体壁面间的粘性摩擦作用。
武汉工程大学化工原理课件
二、阻力损失的表现：流体势能的降低
2
2
li ui li ( le) i ui ) H f (i ( ) i ) i ( di 2g di 2g
2 2
武汉工程大学化工原理课件
压差送液 如附图所示，用压缩空气将密闭密闭容器(酸蛋)中的 硫酸压送至敞口高位槽。输送流量为0.1 m3/min，输 送管路为φ38×3的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出 管口的位差为10m，在压送过程中设为不变。管路总 长为20m，设有一个闸阀(全开)，8个标准90o弯头。 求压缩空气所需的压强(表压)为多少MPa？
d 2 d1
d2 d1
边长分别为a、b的矩形管 2ab ab de 4 ab 2(a b)
武汉工程大学化工原理课件 ⑤ 从减小能量的角度看，圆形截面最佳。
项目
流通截 面积/m2 几何特征 润湿周 边长度/m 流动当 量直径/m
正方形
0.48 边长 0.693m
长方形
2. 水平均匀管道 阻力损失等于静压能的减小。 3．非水平均匀管道 阻力损失表现为流体势能的降低。
武汉工程大学化工原理课件 三、层流时直管的阻力损失
水平直管 2 u l p g z d2
阻力损失
hf
p g z
2
l u h f d 2
不同材质管道的摩擦压力损失系数
不同材质管道的摩擦压力损失系数1.引言1.1 概述概述部分的内容可以涵盖以下方面：概述部分是文章引言的第一部分，旨在向读者介绍文章的背景和主题，提供一个整体的观点。
在本篇长文中，概述部分将阐述不同材质管道的摩擦压力损失系数的研究背景和意义。
管道摩擦压力损失系数是衡量管道输送流体时能量损失的重要指标，而不同材质的管道会对流体的摩擦损失产生不同的影响。
首先，可以简要介绍管道输送流体的重要性和广泛应用。
管道作为一种重要的流体运输工具，广泛应用于供水、石油化工、能源等领域。
而管道运输会导致流体的能量损失，摩擦压力损失是其中的主要部分。
其次，可以指出摩擦压力损失系数的重要性。
摩擦压力损失系数是衡量流体在管道中摩擦损失的一个关键参数，它对于设计和优化管道系统非常关键。
了解不同材质管道的摩擦压力损失系数对于优化管道系统的能源效率和减少运行成本具有重要意义。
然后，可以简要提及不同材质管道对摩擦压力损失系数的影响。
不同材质的管道具有不同的表面粗糙度和液流摩擦特性，因此会对摩擦压力损失系数产生不同的影响。
这些影响因素包括管道内壁的粗糙度、管道的直径、液体的流速等。
最后，可以提出本文主要研究的目标和内容。
本文的目标是通过研究不同材质管道的摩擦压力损失系数，分析和比较它们在流体输送过程中的差异。
通过深入研究不同材质管道的摩擦压力损失系数，有助于为管道系统的设计和优化提供更有针对性的建议。
综上所述，本文的概述部分旨在介绍不同材质管道摩擦压力损失系数的研究背景和意义，同时明确本文的目标和重要性，为读者提供一个关于本文主题的整体认识。
文章结构部分主要描述了本篇长文的结构和组织形式，以及各个部分的内容和重点。
具体内容如下所示：本文共分为引言、正文和结论三个部分，下面将对各个部分的内容进行详细介绍。
1. 引言部分：1.1 概述：介绍了本篇长文的主题和研究目标，即不同材质管道的摩擦压力损失系数。
1.2 文章结构：本部分，即当前所述的部分，将详细描述了本文的结构和组织形式，以及各个部分的内容和重点。
管内流动损失和阻力计算
管内流动损失和阻力计算1.确定流体的性质：首先，需要确定流体的性质，例如密度、粘度等。
这些参数决定了流体的物理性质，进而影响流体在管道内的流动损失和阻力。
2.计算流速：在进行管内流动损失和阻力计算前，需要知道流体的流速。
流速可以通过流量和管道横截面积计算得到。
3.计算雷诺数：雷诺数是表征流体流动状态的关键参数，可以根据雷诺数来确定流动的类型。
雷诺数的计算公式为：Re=(ρ*V*D)/μ，其中，Re为雷诺数，ρ为流体的密度，V为流速，D为管道直径，μ为流体的粘度。
4.确定摩擦因子：摩擦因子是衡量管道内表面粗糙度对流体流动阻力的影响因素。
可以通过根据实际工程经验和摩擦因子图表来确定摩擦因子。
5.计算摩擦阻力：摩擦阻力是流体流动过程中由于粘性损失而产生的能量损失。
可以使用阻力系数和管道长度来计算摩擦阻力，公式为：∆P=f*(L/D)*(ρ*V^2/2)，其中，∆P为摩擦阻力，f为摩擦因子，L为管道长度，D为管道直径，ρ为流体密度，V为流速。
6.计算局部阻力：局部阻力是指由于管道局部几何特征引起的能量损失，如弯头、阀门等。
可以根据局部阻力系数和流速平方来计算局部阻力，公式为：∆P=K*(ρ*V^2/2)，其中，∆P为局部阻力，K为局部阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。
7.累计流动损失：最后，可以将摩擦阻力和局部阻力的损失累加起来，得到流体在管道内流动过程中的总的流动损失和阻力。
综上所述，管内流动损失和阻力计算是通过计算摩擦阻力和局部阻力并累加得到的。
准确计算流动损失和阻力可以帮助工程师优化管道设计和流体输送系统，提高能源利用效率，降低运行成本。
流体流动中的损失及其控制策略
流体流动中的损失及其控制策略流体流动中的损失是指在流体运动中由于摩擦、扩散和转换等原因造成的能量和动量的损失。
这种损失不仅会导致能源消耗的增加，还会影响流体的流动性能和系统的效率。
因此，减少流体流动中的损失对于提高工程设备的效率和运行成本至关重要。
本文将介绍流体流动中的常见损失类型，并探讨几种常用的控制策略。
1. 摩擦损失摩擦损失是流体在管道内流动时由于与管壁摩擦而引起的。
这种损失与管道的摩擦阻力有关，通常是流体速度的二次方和管道内径的关联。
减少摩擦损失的常用策略包括使用光滑的内径管道、减小管道内径、减缓流速等。
2. 扩散损失扩散损失是指流体在流动过程中由于流速变化而产生的能量和动量损失。
这种损失通常发生在管道收缩或扩大的过程中。
为了减少扩散损失，可以采取一些措施，如增加过渡段的长度、优化管道的几何形状、采用适当的扩散角度等。
3. 转换损失转换损失是指当流动介质的流向或流动状态发生变化时所引起的能量和动量损失。
比如，当流体通过弯头、阀门、偏转管等设备时，会发生转换损失。
为了控制转换损失，在设计和选择这些设备时应遵循流线型原则，使流体流动顺畅无阻。
除了以上常见的损失类型外，流体流动中还可能存在其他损失，如管道的泄漏损失、涡流损失等。
针对这些不同的损失来源，可以采取相应的策略来进行控制。
1. 优化管道设计在进行管道设计时，应根据流体流动特性和运行要求合理选择管道的材料、内径、长度和形状等。
合理的管道设计可以最大程度地减少摩擦、扩散和转换损失，并提高系统的效率。
2. 控制流速流速是影响摩擦和扩散损失的重要因素。
过高的流速会增加摩擦损失，而过低的流速则可能导致扩散损失增加。
因此，在设计和操作流体系统时，需根据具体的流体性质和应用要求合理控制流速。
3. 定期检查和维护定期检查管道系统是否存在泄漏和堵塞等问题，及时维护和修复，可以减少泄漏损失和阻塞造成的附加损失。
同时，定期清洗管道，防止积垢和沉积物的堆积，保持管道的流动通畅性。
5流体流动中的阻力损失解析
纲为一的数组成的函数式，
即：
f (1 , 2 , , i ) 0
②如果待分析的物理现象的未知函数由n个物理量构成，其中采用m个基本因
次（如M、L、Θ等），则描述这个物理现象所需的相互独立的量纲为一的数Л的
数目为（n – m）个，即有：
(1 , 2 , , nm 0 ) 这就是л定理。它可以检验所组成的量纲为一数的关系式的正确性。
这种问题在工程技术中常会遇到，解决的办法是通过实验建立经验关联式。由于 湍流过程影响因素较多，如何安排实验？怎样把实验结果整理成便于应用的经验 关联式？这里有一个实验规划问题。化工中常采用因次分析法解决这个问题
1. 因次分析方法 （1）因次一致性原则 任何一个根据基本物理定律推演出的物理方程式，其中各项的因次必然相同 ；对上述方程式中的各项除以其中任一项，可以得到一个用量纲为一的数表示的 关系式。这就是因次一致性原则的基本内容。从因次一致性原则出发，分析在一 已知影响因素的未知函数中，各物理量所应具有的组合形式，以建立量纲为一的 准数关联式的方法叫做因次分析法。
pf
d
l
u
ρ
s2) m
m
m/s
kg/m3 kg/(m·s) m
因次
ML-1Θ-2
L
L
L Θ -1
ML-3
ML-1 Θ -1
L
对于M： e f 1
对于Θ： c f 2
对于L： a b c 3e f g 1
a b f g c2 f e 1 f
式 pf Kd albuc e f g 需作实验 56 = 15625次。而按准数关联式
则只需作 53 = 125 次即可。这样大大缩短了实验所需的时间，同时，使 实验结果便于整理及应用。 ③实验数据处理与待定常数确定 准数关系式中的常数 K、b、f 和 g 需通过实验确定。为便于数据处理，可以把该 式两边取对数得：
化工原理 (4)
① 量纲分析的基础 量纲一致原则 白金汉Π定理
② 量纲分析实验研究步骤（雷莱指数法）
a 析因试验——寻找影响过程的主要因素
b 量纲分析法规划实验 —— 减少实验次数
③ 实验数据处理（待定数的确定）
h
f
p
Re,
d
l d
u2 2
l d
u2 2
1.4.3 湍流时摩擦阻力损失计算
(3) 湍流时的摩擦系数
某些工业管道的绝对粗糙度
1.4.3 湍流时摩擦阻力损失计算
(1) 管壁粗糙度的影响
流体流过粗糙管壁的情况
层流时，摩擦系数与管壁粗糙度无关，仅为Re的函数。 湍流时，摩擦系数与管壁粗糙度和Re有关，Re值愈大， 粗糙度的影响愈显著。
1.4.3 湍流时摩擦阻力损失计算
(2) 湍流时摩擦系数的计算—— 量纲分析法
称为范宁公式。 两式对层流和湍 流同样适用，只 是摩擦系数的计 算式有所不同。
或
式中
64
du
64 Re
定义为摩擦系数或摩算
(1) 管壁粗糙度的影响
水力光滑管：如玻璃管，黄铜管，塑料管
管道
粗糙管：如钢管，铸铁管，水泥管
管壁粗糙度 绝对粗糙度ε 相对粗糙度ε/d
7.08 10 4
/ d1 0.001
查得 1 0.0235
将所得数据代入入口阻力损失计算式得
hf 1
0.0235
( 5 35) 0.5 0.708 2
0.1
2
0.626 J/kg
同理得到管出口阻力损失
hf 2 85.4J/kg
故
hf hf 1 hf 2 0.626 85.4 86J/kg
2
39813 Pa
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4l d
hf
4
2 u2
l d
u2
2
令
8 u 2
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hf
l u2
d2
—— 圆形直管阻力所引起能量损失的通式 称为范宁公式。
（ 对于层流或湍流都适用）
λ为无因次的系数，称为摩擦因数 。
f (Re, / d)
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4. 层流时的摩擦损失
思考：层流流动时，当体积流量为V的流体通过直径不同
的管路时, △Pf与管径d的关系如何？
32l
Vs
d
2
Pf
4 d2
128lVS d 4
可见：
Pf
1 d4
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5. 直管内湍流流动的阻力损失
湍流流动，由量纲分析法得：
P
u2
K
l d
b
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c) 管件与阀门 不同管件与阀门的局部阻力系数可从手册中查取。
2）当量长度法
hf
le u2
d2
le为管件的当量长度。
管件与阀门的当量长度由试验测定，湍流时，可查共线图。
三、管路中的总能量损失
管路系统中总能量损失=直管阻力+局部祖力
对直径相同的管段：
出现不同的流型，摩擦系数也因之出现波动。 c)湍流区：Re≥4000且在图中虚线以下处时，λ值随Re数的
增大而减小。 d)完全湍流区： 图中虚线以上的区域，摩擦系数基本上不随
Re的变化而变化，λ值近似为常数。 根据范宁公式，若l/d一定，则阻力损失与流速的平方成正 比，称作阻力平方区 。
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P1 P2 F 0
p1
4
d2
p2
4
d2
dl
0
p1
p2
4
d2
dl
p1
p2
4l d
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与 P1 P2 hf
比较，得：
h f
4l
d
hf
4l d
——圆形直管内能量损失与摩擦应力关系式
3、公式的变换
h f
a) 突然扩大与突然缩小
hf
u2
2
u：取小管的流速
2
突然扩大:
1
A1 A2
2
突然缩小:
0.51
A2 A1
b) 管出口和管入口
• 管出口相当于突然扩大, A1 A2 0 管出口e 1
• 流体自容器进入管内，相当于突然缩小 A2/A1≈0， 管进口阻力系数，ξc=0.5。
C、哈兰德(Haaland)公式
1
1.8
lg
/d
3.7
1.11
6.9 Re
7. 非圆形管内的摩擦损失
对于圆形管道，流体流径的管道截面为: d 2 4
流体润湿的周边长度为: πd
de=4×流道截面积/润湿周边长度
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对于长宽分别为a与b的矩形管道：
管径的表示方式：
A B
A：管外径； B：壁厚。
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一、流体在直管中的流动阻力
1、直管中流体摩擦阻力损失的测定
gZ1
u12 2
p1
gZ2
u22 2
p2
hf
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gZ1
u12 2
p1
gZ2
u22 2
p2
hf
u1 u2
hf
g Z1 Z2
umax
P
4l
R2
R
d 2
umax 2u
2u P ( d )2 u d 2 Pf
4l 2
32l
Pf 32lu / d 2 ——哈根-泊谡叶公式
与范宁公式 Pf
l u2
d2
对比，得：
64 du
64
du
64 / Re
hf
de
4ab 2(a b)
2ab ab
对于一外径为d1的内管和一内径为d2的外管构成的环形通道
de
4
(
4
d
2 2
4
d12
)
(d1 d2 )
d2 d1
二、局部阻力损失
1、局部阻力损失的计算
1）阻力系数法
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hf
u2
2
为局部阻力系数 ，由实验测定 。
第一章 流体流动
第四节 管内流体流动的
摩擦阻力损失
一、直管中摩擦阻力的测定 二、管路上的局部阻力 三、管路系统中的总能量损失
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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
固定的管壁或其他形状的固体壁面 ——流动阻力产生的条件
直管阻力 ：流体流经一定管径的直管时由
管路中的阻力
于流体的内摩擦而产生的阻力
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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 地方所引起的阻力。
hf hf hf
hf : 单位质量流体流动时所损失的机械能，J/kg。
H f：单位重量流体流动时所损失的机械能 ，m。
压头损失
hf gH f
p1 p2
-等径圆管内的摩擦阻力损失测定式。
对于水平管：
hf
P1 P2
P
注意：
同一根直管，无论水平安装还是坚直安装，hf应相同。
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2、直管中流体摩擦阻力损失的计算通式
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P1
p1A1
p1
4
d2
P2
p2 A2
p24Fra bibliotekd2F S dl
2) λ值的经验关系式 A、布拉修斯(Blasius)光滑管公式
0.3164 Re0.25
适用范围为Re=2.5×103～1×105
B、考莱布鲁克(Colebrook)公式
1
2 lg
/d
3.7
2.51
Re
适用范围：光滑管，粗糙管，直至完全湍流区
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du
e
d
f
b 1
hf
p
Re,
d
l d
u2 2
Re, d
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1）摩擦因数图 a)层流区：Re≤2000，λ与Re成直线关系，λ=64/Re。 b)过渡区：2000＜Re＜4000，管内流动随外界条件的影响而
——层流流动时λ与Re的关系
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5、管壁粗糙度对摩擦系数的影响
光滑管
化工管路 粗糙管
玻璃管、黄铜管、塑料管 钢管、铸铁管
绝对粗糙度 壁面凸出部分的平均高度，
管壁粗糙度
以ε表示 。
相对粗糙度 绝对粗糙度与管道直径的比值
即ε /d 。
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光滑管流动
完全粗糙管
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