(完整版)管道内的局部阻力及损失计算
管道系统中局部阻力计算
垂直三通
850
- 01082 - 4118 019968
第2期
·设计与研究·
7
表 3 中的 Km 值与表 2 中的一样 , 因为此法是 Hooper 。
图 1 90°弯头损失系数
图 2 45°弯头损失系数
由图 1 和图 2 可以看出 ,3 - K 关系式极好地拟合 90°和 45°长短弯头的损失系数 。
4 方法比较
下面举一实例对上述 4 种方法进行对比计算。 例 :一个装有 5m 高水敞开的贮槽 ,贮槽排水管道 系统包括 10 个 90°弯头 ,10 个三通 ,8 个闸阀和 30m 管 。分别计算管子 (直径由 25 到 300mm) 的流量 。 贮槽顶部及排放口都在大气压下 ,用入口损失系 数是 115 来计算由槽到管输送的动能变化 。方程 (4) 用于计算 ef ,方程 (9) 是方程 (3) 的变形 ,用于计算流 量: Q =〔πD2/ (2 ×2015) 〕( - gΔ Z/ ∑Kf i + 115) 015 (9)
2 管道系统的物流
广义的稳定流动的流体柏努力方程用于分析管道 系统的物流 ,它可以用流动的物流上任意两点来表示 (这里Δ 表示参数的变量) :
Δ P/ρ+ gΔΖ +Δ( aV 2) / 2 + ef + w = 0 (3) 方程中的每一项代表单位质量流体的能量分量 , 方程的等价形式可以写成压力分量等于方程乘以 ρ, 或写成压头分量等于方程除以 g 。 式中 ρ———密度 ,1kg/ cm3 ; Δ P ———流体压差 ,kg/ cm2 ;
图 3 三通损失系数
图 4 阀门损失系数
由图 3 和图 4 可以看出 ,3 - K 关系式极好地拟合
管道阻力损失计算
管道的阻力计算风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；另一种是空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。
通常直管中以摩擦阻力为主，而弯管以局部阻力阻力为主（图6-1-1）。
图6-1-1 直管与弯管（一）摩擦阻力1．圆形管道摩擦阻力的计算根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算：（6-1-1）对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改为：（6-1-2）圆形风管单位长度的摩擦阻力（又称比摩阻）为：（6-1-3）以上各式中λ——摩擦阻力系数；v——风秘内空气的平均流速，m/s；ρ——空气的密度，kg/m3；l——风管长度，m；Rs——风管的水力半径，m；f——管道中充满流体部分的横断面积，m2；P——湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长，m；D——圆形风管直径，m。
摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。
在通风和空调系统中，薄钢板风管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。
通常，高速风管的流动状态也处于过渡区。
只有流速很高、表面粗糙的砖、混凝土风管流动状态才属于粗糙区。
计算过渡区摩擦阻力系数的公式很多，下面列出的公式适用范围较大，在目前得到较广泛的采用：（6-1-4）式中K——风管内壁粗糙度，mm；D——风管直径，mm。
进行通风管道的设计时，为了避免烦琐的计算，可根据公式（6-1-3）和（6-1-4）制成各种形式的计算表或线解图，供计算管道阻力时使用。
只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用线解图求得其余的两个参数。
线解图是按过渡区的λ值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=20℃、宽气密度ρ0=1.204kg/m3、运动粘度v0=15.06×10－6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管等条件下得出的。
(完整版)管道内的局部阻力及损失计算
第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9（）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述，碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在 1-2之间也存在沿程损失，一般来说，局部损失比沿程损失要大得多。
管道压力损失计算
管道压力损失计算管道总阻力损失hw=∑hf＋∑hj，hw—管道的总阻力损失（Pa）；∑hf—管路中各管段的沿程阻力损失之和（Pa）；∑hj—管路中各处局部阻力损失之和（Pa）。
hf=RL、hf—管段的沿程损失（Pa）；R—每米管长的沿程阻力损失，又称比摩阻（Pa／m）；L—管段长度（m），R的值可在水力计算表中查得。
也可以用下式计算，hf=[λ×（L／d）×γ ×(v^2)]÷(2×g)，L—管段长度（m）；d—管径（m）；λ—沿程阻力因数；γ—介质重度（N／m2）；v—断面平均流速（m／s）；g—重力加速度（m／s2）。
管段中各处局部阻力损失hj=[ζ×γ ×(v^2)]÷(2×g)，hj—管段中各处局部阻力损失（Pa）；ζ—管段中各管件的局部阻力因数，可在管件的局部阻力因数表中查得。
（引自《简明管道工手册》．P．56—57）管道压力损失怎么计算其实就是计算管道阻力损失之总和。
管道分为局部阻力和沿程阻力：1、局部阻力是由管道附件(弯头，三通，阀等)形成的，它和局阻系数，动压成正比。
局阻系数可以根据附件种类，开度大小通过查手册得出，动压和流速的平方成正比。
2、沿程阻力是比摩阻乘以管道长度，比摩阻由管道的管径，内壁粗糙度，流体流速确定总之，管道阻力的大小与流体的平均速度、流体的粘度、管道的大小、管道的长度、流体的气液态、管道内壁的光滑度相关。
它的计算复杂、分类繁多，误差也大。
如要弄清它，应学“流体力学”，如难以学懂它，你也可用刘光启著的“化工工艺算图手册”查取。
管道主要损失分为沿程损失和局部损失。
Δh=ΣλL/d*（v²/2g）+Σξv²/2g。
其中的λ和ξ都是系数，这个是需要在手册上查询的。
L-------管路长度。
d-------管道内径。
v-------有效断面上的平均流速，一般v=Q/s，其中Q是流量，S是管道的内截面积。
管道内的局部阻力及损失计算
第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9（）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
管路上的局部阻力损失
体积流量与压差的关系：VsC0A0
2gR(A )
质量流量与压差的关系：sC0A0 2gR(A)
系数C0由实验测定
标准孔板的流量系数
孔板流量计优缺点
1、 优点：制造简单，随测量条件变化时，更换方便。 2、缺点：能量损失较大。
文丘里流量计
Ao:喉管出 截面积
pa
po
接U型管 接U型管
体积流量与压差的关系：Vs CVA0
产过程
单元操作： 构成多种化工产品生产的物理过程按照原理
都可以归纳为几个基本过程，这些过程称为化工 单元操作。
化工原理课程的两条主线
1、传递过程（三传理论）
(1)动量传递过程（单相或多相流动）； (2)热量传递过程——传热； (3)质量传递过程——传质；
2、研究方法论 (1)试验研究方法（经验方法） 优点、不足 (2)数学模型方法（半理论半经验方法） 必要性、 广泛被应用
设Vf为转子体积，Af为转子最大部分的截面积，ρf为转子 密度， ρ为被测流体密度。流体流经环形截面产生的压强 差为(p1-p2)
当转子平衡时，
(p 1p 2)A f V f fg V f g
p1 p2
Vf
g(f
Af
)
根据孔板流量计流量公式，Vs CRAR
2(p1 p2)
将压强差(p1-p2)带入上式
uA 0.669uC
在高位水槽面和C-C面建立伯努 利方程
gZ 1p1u 2 1 2gZCpCu 2 C 2 hf1C
hf1C
(lAB uA 2 lBC uB 2C) dAB 2 dBC 2
带入数据计算得到
1 0 9 .8 12 .1 9 5 u A 2 9 .5 u B 2 C u B C 3 .0 6 m /s ,u A 2 .0 5 m /s ,u D 2 .4 3 m /s
局部阻力损失的计算1阻力系数法ξ
局部阻力损失的计算1阻力系数法ξ阻力系数法的基本原理是通过实验获取不同局部结构的阻力系数，并根据局部结构的特征和流体的特性，将阻力系数法应用于局部阻力损失的计算。
一、阻力系数的定义阻力系数（或称为局部阻力系数）是指在单位长度的管道或局部结构上单位流体速度下，单位长度的局部阻力损失与流体的动力压力之比。
阻力系数通常用希腊字母ξ表示，其计算公式为ξ=(Δp/(ρgL))*(D/A)^2，其中Δp为局部阻力损失、ρ为流体密度、g为重力加速度、L为管道或局部结构的长度、D为管道或局部结构的直径、A为流通面积。
二、常见局部结构的阻力系数1.突变结构：当管道因突然变径或条件变化引起流速的突变时，一般会产生局部阻力损失。
突变结构的阻力系数一般按实验方法进行测定。
2. 弯头（Bend）：当管道发生曲线时，由于曲线半径较小，流体流速增大，从而产生局部阻力损失。
弯头的阻力系数一般根据实验数据和理论计算得到。
3. 阀门（Valve）：阀门的阻力系数是衡量阀门开启程度对流体流动的阻力影响大小的指标。
通常，阀门的阻力系数由制造商提供，也可以根据实验数据进行测定。
4. 突出物（Protrusion）：当管道中存在突出物时，如螺纹、法兰等，会引起局部阻力损失。
突出物的阻力系数一般根据实验数据进行测定。
5. 收缩孔（Contraction）：当管道中存在收缩孔时，由于截面变小，流体流速增大，从而产生局部阻力损失。
收缩孔的阻力系数一般根据实验数据和理论计算得到。
6. 扩张孔（Expansion）：当管道中存在扩张孔时，由于截面变大，流体流速减小，从而产生局部阻力损失。
扩张孔的阻力系数一般根据实验数据和理论计算得到。
三、阻力系数法的应用根据局部结构的特征和流体的特性，可以计算不同局部阻力损失的阻力系数，并将局部阻力损失转化为阻力系数的形式进行计算。
具体步骤如下：1.根据实验数据或理论计算，获取不同局部结构的阻力系数。
2.根据流体的流速、密度和管道或局部结构的特征，计算出局部结构的局部阻力损失。
(完整版)管道阻力的基本计算方法
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：ρλ242v R R s m ⨯= (5—3) 式中 Rm ——单位长度摩擦阻力，Pa ／m ；υ——风管内空气的平均流速，m ／s ；ρ——空气的密度，kg ／m 3；λ——摩擦阻力系数；Rs ——风管的水力半径，m 。
对圆形风管：4D R s =(5—4)式中 D ——风管直径，m 。
对矩形风管 )(2b a abR s += (5—5)式中 a ，b ——矩形风管的边长，m 。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力ρλ22v D R m ⨯= (5—6) 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：)Re 51.27.3lg(21λλ+-=D K (5—7)式中 K ——风管内壁粗糙度，mm ；Re ——雷诺数。
υvd=Re (5—8)式中 υ——风管内空气流速，m ／s ；d ——风管内径，m ；ν——运动黏度，m 2／s 。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
图5—2 圆形钢板风管计算线解图[例] 有一个10m 长薄钢板风管，已知风量L ＝2400m 3／h ，流速υ＝16m ／s ，管壁粗糙度K ＝0．15mm ，求该风管直径d 及风管摩擦阻力R 。
渐缩管的局部阻力损失计算
渐缩管的局部阻力损失计算
渐缩管是指在管道中流动的流体会随着流动距离的增加而逐渐减小的管道。
在流体流动过程中，会产生一定的局部阻力损失。
具体计算方法如下：
1.计算流体的压降：ΔP=F(L/D)(ΔV^2/2g)，其中ΔP表示压
降，F为局部阻力系数，L为缩管长度，D为缩管内径，ΔV为
流体流动速度，g为重力加速度。
2.计算局部阻力损失：ΔH=ΔP/ρg，其中ΔH表示局部阻力
损失，ρ为流体密度。
3.根据局部阻力损失计算管道总
续是渐缩管的局部阻力损失计算的具体方法：
1.计算管道总阻力损失：ΔH=ΣΔH，其中ΣΔH表示管道中
所有局部阻力损失之和。
2.计算流体流动所需的压力：P=ΔHgρ+P0，其中P表示流
体流动所需的压力，P0为流体的静压力。
注意：在计算过程中，需要使用适当的局部阻力系数F，这个系数可以根据流体的流动状态、流动速度等因素进行选择。
管路上的局部阻力(附常用管件和阀件底局部阻力系数ζ值)
管件或阀门的当量长度数值都是由实验确定的。在湍流情况下某些管件与阀门的当量长度可从图1-28的共线图查得。先于图左侧的垂直线上找出与所求管件或阀门相应的点，又在图右侧的标尺上定出与管内径相当的一点，两点联一直线与图中间的标尺相交，交点在标尺上的读数就是所求的当量长度。
有时用管道直径的倍数来表示局部阻力的当量长度，如对直径为9.5到63.5mm的90度弯头，le/d的值约为30，由此对一定直径的弯头，即可求出其相应的当量长度。le/d值由实验测出，各管件的le/d值可以从化工手册查到
(三)管件与阀门
管路上的配件如弯头、三通、活接头等总称为管件。不同管件或阀门的局部阻力系数可从有关手册中查得。
二、当量长度法
流体流经管件，阀门等局部地区所引起的能量损失可仿照式1-41及1-4la而写成如下形式：
（1-60）
式中le称为管件或阀门的当量长度，其单位为m，麦示流体流过某一管件或阀门的局部阻力，相当于流过一段与其具有相同直径，长度为le之直管阻力。实际上是为了便于管路计算，把局部阻力折算成一定长度宜管的阻力。
管路上的局部阻力
流体在管路的进口、出口、弯头、阀门、扩大、缩小等局部位置流过时，其流速大小和方向都发生了变化且流体受到干扰或冲击，使涡流现象加剧而消耗能量。由实验测知，流体即使在直管中为滞流流动，但流过管件或阀门时也容易变为湍流。在湍流情况下，为克服局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法。
(完整版)管道阻力的基本计算方法
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：ρλ242v R R s m ⨯= (5—3) 式中 Rm ——单位长度摩擦阻力，Pa ／m ；υ——风管内空气的平均流速，m ／s ；ρ——空气的密度，kg ／m 3；λ——摩擦阻力系数；Rs ——风管的水力半径，m 。
对圆形风管：4D R s =(5—4)式中 D ——风管直径，m 。
对矩形风管 )(2b a abR s += (5—5)式中 a ，b ——矩形风管的边长，m 。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力ρλ22v D R m ⨯= (5—6) 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：)Re 51.27.3lg(21λλ+-=D K (5—7)式中 K ——风管内壁粗糙度，mm ；Re ——雷诺数。
υvd=Re (5—8)式中 υ——风管内空气流速，m ／s ；d ——风管内径，m ；ν——运动黏度，m 2／s 。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
图5—2 圆形钢板风管计算线解图[例] 有一个10m 长薄钢板风管，已知风量L ＝2400m 3／h ，流速υ＝16m ／s ，管壁粗糙度K ＝0．15mm ，求该风管直径d 及风管摩擦阻力R 。
(完整版)管道阻力的基本计算方法
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：242v R R s m(5—3) 式中Rm ——单位长度摩擦阻力，Pa ／m ；υ——风管内空气的平均流速，m ／s ；ρ——空气的密度，kg ／m 3；λ——摩擦阻力系数；Rs ——风管的水力半径，m 。
对圆形风管：4D R s(5—4)式中D ——风管直径，m 。
对矩形风管)(2b a ab R s(5—5)式中a ，b ——矩形风管的边长，m 。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力22v D R m (5—6)摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：)Re 51.27.3lg(21D K (5—7)式中K ——风管内壁粗糙度，mm ；Re ——雷诺数。
vd Re(5—8) 式中υ——风管内空气流速，m ／s ；d ——风管内径，m ；ν——运动黏度，m 2／s 。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
管道内的局部阻力及损失计算
管道内的局部阻力及损失计算1.突然变宽或变窄的管道段：当管道内的截面突然变宽或变窄时，会引起阻力的增加。
根据连续性方程，流过突变截面的流量必须相同，所以流速也会随之改变。
可以使用Venturi公式来计算突变截面的压力损失：ΔP=(ρ*v^2/2)*(1/A1^2-1/A2^2)其中，ΔP是压力损失，ρ是流体的密度，v是流体的速度，A1和A2分别是突变前后的截面面积。
2.弯头、三通和四通管道：弯头和管道的交叉处会造成流体流动方向的改变，从而引起阻力。
不同类型的弯头、三通和四通管道有不同的阻力特性。
常用的计算方法是使用阻力系数来计算压力损失：ΔP=K*(ρ*v^2/2)其中，ΔP是压力损失，ρ是流体的密度，v是流体的速度，K是阻力系数，根据实际情况选择合适的数值。
3.收缩和扩张截面：当管道内的截面收缩或扩张时，流速会相应地增加或减小，并引起一定的压力损失。
hL=K*(v^2/2g)其中，hL是单位长度的压力损失，K是阻力系数，v是流体的速度，g是重力加速度。
4.管道内的阀门和节流装置：阀门和节流装置会在管道内引起阻力，其大小与装置类型、开关程度和流速等因素有关。
一般来说，可以使用阻力系数来计算阀门和节流装置的压力损失。
以上介绍了常见的管道内局部阻力的计算方法，通过选择合适的阻力系数和计算公式，可以对管道内局部阻力进行准确的评估。
在实际应用中，还应注意对其它特殊构造或结构的局部阻力进行适当的调整和考虑。
最后要注意的是，管道内局部阻力会导致流体能量损失，这会造成管道系统的能量耗散，所以在设计和选择管道系统时，需要合理估算管道的压力损失，以保证流体的正常运行和系统的高效性。
(完整版)管道阻力的基本计算方法.doc
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时 (如三通、弯头等 )，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：v2R m4R s 2 (5— 3)式中Rm——单位长度摩擦阻力，Pa／m；υ——风管内空气的平均流速，m／ s；ρ——空气的密度，kg／ m3；λ——摩擦阻力系数；Rs——风管的水力半径，m。
对圆形风管：R s D4 (5— 4)式中D——风管直径， m。
对矩形风管R sab2(a b) (5— 5)式中a， b——矩形风管的边长， m。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力R mv2D 2 (5— 6)摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：1 2 lg( K 2.51 )3.7D Re (5— 7)式中K ——风管内壁粗糙度，mm；Re——雷诺数。
Re vd(5—8)式中υ——风管内空气流速，m／ s；d——风管内径，m；ν——运动黏度，m2／ s。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5— 2 是计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B＝101． 3kPa、温度 t=20 ℃、管壁粗糙度K ＝ 0．15mm 等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／ d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力 4 个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
图 5— 2 圆形钢板风管计算线解图[例 ]有一个10m长薄钢板风管，已知风量L ＝ 2400m3／ h，流速υ＝ 16m／ s，管壁粗糙度 K ＝ 0． 15mm，求该风管直径 d 及风管摩擦阻力R。
(完整版)管道内的局部阻力及损失计算
第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9 （）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述，碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在1-2 之间也存在沿程损失，一般来说，局部损失比沿程损失要大得多在测量局部损失的实验中，实际上也包括了沿程损失。
5局部阻力的计算与管路计算及应用
5局部阻力的计算与管路计算及应用局部阻力的计算与管路计算在工程设计和流体力学中具有重要的应用。
本文将详细介绍局部阻力的计算方法以及如何进行管路计算，并探讨其应用领域。
一、局部阻力的计算局部阻力是指管道中由于弯头、突变、扩散器、收缩器等构件引起的局部压力损失。
准确计算局部阻力对于管道系统的设计和优化至关重要。
1.弯头的计算弯头的计算主要涉及到弯头的类型、曲率半径、流体的特性等。
常用的计算公式包括罗根斯曼公式、白钱提公式等，具体计算方式可参考流体力学相关教材和规范。
2.突变的计算突变是指管道截面突然变化的部分，如扩散器和收缩器等。
突变的计算方法有宽度比法、速度比法、动量守恒原理、能量守恒原理等。
不同的突变类型使用不同的计算方法，需要根据具体情况进行选择。
3.扩散器和收缩器的计算扩散器和收缩器的计算方法与突变类似，也包括宽度比法、速度比法、动量守恒原理、能量守恒原理等。
根据扩散器和收缩器的形状和尺寸，选择合适的计算方法进行计算。
4.阀门和节流装置的计算阀门和节流装置的计算主要涉及到流量系数（Cv或Kv值）、压力损失系数（ΔP）、流速和流量等。
常用的计算公式有流量方程、雷诺数公式、流动轴线公式等。
根据具体的阀门和节流装置类型和参数，选择合适的计算公式进行计算。
5.管道连接的计算管道连接计算主要涉及到管道的连接方式、接头类型、接头的压力损失等。
具体的计算方法需根据不同的连接方式进行选择，如螺纹连接、法兰连接、焊接等。
二、管路计算管路计算是指对整个管道系统进行流体力学分析和性能评估的过程。
通过管路计算可以确定流体在管道中的流速、压力、温度等参数，并评估管道的流体动力学特性和能量损失。
管路计算主要包括以下几个步骤：1.确定管道系统的布局和参数，包括管道的长度、直径、材料、连接方式等。
2.根据管道系统的布局和参数，计算流体在管道中的流速和压力分布，可利用流体力学的基本原理和方程进行计算。
3.根据计算结果评估管道系统的流体动力学特性和性能，包括压力损失、速度分布、流量分布等。
管路上的局部阻力(附常用管件和阀件底局部阻力系数ζ值)
流体在管路的进口、出口、弯头、阀门、扩大、缩小等局部位置流过时，其流速大小和方向都发生了变化且流体受到干扰或冲击，使涡流现象加剧而消耗能量。由实验测知，流体即使在直管中为滞流流动，但流过管件或阀门时也容易变为湍流。在湍流情况下，为克服局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法。
一、阻力系数法
0.14
0.15
0.16
0.17
突然扩大
A1/A2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
ζ
1
0.81
0.64
0.49
0.36
0.25
0.16
0.09
0.04
0.01
1
突然缩小
A1/A2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
ζ
0.5
0.470.450.Fra bibliotek80.34
流体从管于直接排放到管外空间时，管出口内侧截面上的压强可取为管外空间相同。应指出，若出口截面处在管出口的内侧，表示流体未离开管路，截面上仍具有动能，出口损失不应计入系统的总能量损失Σhf内，即ζe=0；若截面处在管子出口的外侧，表示流体已离开管路，截面上的动能为零，但出口损失应计入系统的总能量损失内，此时ζe=1。
管件或阀门的当量长度数值都是由实验确定的。在湍流情况下某些管件与阀门的当量长度可从图1-28的共线图查得。先于图左侧的垂直线上找出与所求管件或阀门相应的点，又在图右侧的标尺上定出与管内径相当的一点，两点联一直线与图中间的标尺相交，交点在标尺上的读数就是所求的当量长度。
管道阻力损失计算
管道的阻力计算风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；另一种是空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。
通常直管中以摩擦阻力为主，而弯管以局部阻力阻力为主（图6-1-1）。
图6-1-1直管与弯管（一）摩擦阻力1．圆形管道摩擦阻力的计算根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算：（6-1-1）对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改为：（6-1-2）圆形风管单位长度的摩擦阻力（又称比摩阻）为：（6-1-3）以上各式中λ——摩擦阻力系数；v——风秘内空气的平均流速，m/s；ρ——空气的密度，kg/m3；l——风管长度，m；Rs——风管的水力半径，m；f——管道中充满流体部分的横断面积，m2；P——湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长，m；D——圆形风管直径，m。
摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。
在通风和空调系统中，薄钢板风管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。
通常，高速风管的流动状态也处于过渡区。
只有流速很高、表面粗糙的砖、混凝土风管流动状态才属于粗糙区。
计算过渡区摩擦阻力系数的公式很多，下面列出的公式适用范围较大，在目前得到较广泛的采用：（6-1-4）式中 K——风管内壁粗糙度，mm；D——风管直径，mm。
进行通风管道的设计时，为了避免烦琐的计算，可根据公式（6-1-3）和（6-1-4）制成各种形式的计算表或线解图，供计算管道阻力时使用。
只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用线解图求得其余的两个参数。
线解图是按过渡区的λ值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=20℃、宽气密度ρ0=1.204kg/m3、运动粘度v0=15.06×10－6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管等条件下得出的。
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第四节管道内的局部阻力及损失计算在实际的管路系统中，不但存在上一节所讲的在等截面直管中的沿程损失，而且也存在有各种各样的其它管件，如弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等，当流体流过这些管道的局部区域时，流速大小和方向被迫急剧地发生改变，因而出现流体质点的撞击，产生旋涡、二次流以及流动的分离及再附壁现象。
此时由于粘性的作用，流体质点间发生剧烈的摩擦和动量交换，从而阻碍着流体的运动。
这种在局部障碍物处产生的损失称为局部损失，其阻力称为局部阻力。
因此一般的管路系统中，既有沿程损失，又有局部损失。
4.4.1 局部损失的产生的原因及计算一、产生局部损失的原因产生局部损失的原因多种多样，而且十分复杂，因此很难概括全面。
这里结合几种常见的管道来说明。
（）（）图4.9 局部损失的原因对于突然扩张的管道，由于流体从小管道突然进入大管道如图 4.9 （）所示，而且由于流体惯性的作用，流体质点在突然扩张处不可能马上贴附于壁面，而是在拐角的尖点处离开了壁面，出现了一系列的旋涡。
进一步随着流体流动截面面积的不断的扩张，直到 2 截面处流体充满了整个管截面。
在拐角处由于流体微团相互之间的摩擦作用，使得一部分机械能不可逆的转换成热能，在流动过程中，不断地有微团被主流带走，同时也有微团补充到拐角区，这种流体微团的不断补充和带走，必然产生撞击、摩擦和质量交换，从而消耗一部分机械能。
另一方面，进入大管流体的流速必然重新分配，增加了流体的相对运动，并导致流体的进一步的摩擦和撞击。
局部损失就发生在旋涡开始到消失的一段距离上。
图4.9（）给出了弯曲管道的流动。
由于管道弯曲，流线会发生弯曲，流体在受到向心力的作用下，管壁外侧的压力高于内侧的压力。
在管壁的外侧，压强先增加而后减小，同时内侧的压强先减小后增加，这样流体在管内形成螺旋状的交替流动。
综上所述，碰撞和旋涡是产生局部损失的主要原因。
当然在 1-2之间也存在沿程损失，一般来说，局部损失比沿程损失要大得多。
在测量局部损失的实验中，实际上也包括了沿程损失。
二、局部损失的计算如前所述，单位重量流体的局部能量损失以表示式中，—局部损失（阻力）系数，是一个无量纲的系数，它的大小与局部障碍物的结构形式有关，由实验确定。
—管中的平均速度（通常指局部损失之后的速度）。
局部压强损失为式中，—流经局部障碍物前后的压强差（或总压差）。
突然扩张管道的局部损失计算由于产生局部损失的情况多种多样以及其流动情况的复杂性，所以对于大多数情况局部损失只能通过实验来确定。
只有极少数情况下的局部损失可以进行理论计算。
对于突然扩大的情况，可以通过理论推导得到局部损失的计算公式。
流体在如图 4.9 （）所示的突然扩张的管道内流动，由于流体的碰撞、惯性和附面层的影响，在拐角区形成了旋涡，引起能量损失。
由图可见，流体到 2截面充满整个管道。
取1-1和2-2截面以及侧表面为控制体，并设截面1处的面积为，参数为；截面2处的面积为，参数为，则根据柏努力方程，有于是局部损失为对 1-1和2-2截面运用连续方程，即对所取得控制面应用动量方程，考虑到 1-1和2-2截面之间的距离比较短，通常可以不计侧表面上的表面力，于是动量方程可写为将动量方程和连续方程代如的表达式得令，，则局部损失可写为（4.35）式中，分别表示局部损失（阻力）系数。
式（ 4.35）表明，用公式计算局部损失时，采用的速度可以是损失前的也可以是损失后的，但局部损失系数也不同。
由式（ 4.35）及局部损失系数的表达式可以看出，突然扩大的局部损失系数仅与管道的面积比有关而与雷诺数无关，实际上根据实验结果可知，在雷诺数不很大时，局部损失系数随着雷诺数的增大而减小，只有当雷诺数足够大（流动进入阻力平方区）后，局部损失系数才与雷诺数无关。
下面给出的几种比较常见的局部损失系数的计算，且一般情况下，局部损失系数均指对应发生损失后的速度给出的。
渐扩管流体流过逐渐扩张的管道时，由于管道截面积的逐渐扩大，使得流速沿流向减小，压强增高，且由于粘性的影响，在靠近壁面处，由于流速小，以至于动量不足以克服逆压的倒推作用，因而在靠近壁面处出现倒流现象从而引起旋涡，产生能量损失。
渐扩管的扩散角越大，旋涡产生的能量损失也越大，越小，要达到一定的面积比所需要的管道也越长，因而产生的摩擦损失也越大。
所以存在着一个最佳的扩散角。
在工程中，一般取，其能量损失最小。
在左右损失最大。
渐扩管的局部损失系数为（4.36）突然缩小图 4.10 突然缩小的管道流体在突然缩小的管道中流动如图 4.10 所示，当管道的截面积突然收缩时，流体首先在大管的拐角处发生分离，形成分离区，然后在小管内也形成一个分离区。
最后才占据管道的整个截面。
局部损失系数的确定可以根据实验确定。
对于不可压缩流动，实验结果为（4.37）在特殊情况下，，即流体从一个大容器进入管道且进口处具有尖锐的边缘时，局部损失系数为。
若将进口处的尖锐边缘改成圆角后，则局部损失系数随着进口的圆滑程度而大大降低，对于圆形匀滑的边缘；入口极圆滑时。
渐缩管为了减小突然缩小的流动损失，通常采用渐缩管。
在渐缩管中，流线不会脱离壁面，因此流动阻力主要是沿流程的摩擦引起的。
对应于缩小后的流速的局部损失系数为，由此可见，在渐缩管中的流动损失很小。
弯管图 4.11 流体在弯管内的流动在弯管内的流动由于流体的惯性，流体在流过弯管时内外壁面的压力分布不同而流线发生弯曲，流体受到向心力的作用，这样，弯管外侧的压强就高于内侧的压强如图 4.11 所示。
图中区域内，流体压强升高，点以后，流体的压强渐渐降低。
与此同时，在弯管内侧的区域内，流体作增速降压的流动，区域内是增压减速流动。
在和这两个区域内，由于流动是减速增压的，会引起流体脱离壁面，形成漩涡区，造成损失。
此外，由于粘性的作用，管壁附近的流体速度小，在内外压力差的作用下，会沿管壁从外侧向内侧流动。
同时，由于连续性，管中心流体会向外侧壁面流去。
从而形成一个双旋涡形状的横向流动，整个流动呈螺旋状。
横向流动的出现，也会引起流体能量的损失。
弯管的局部损失系数可按下列经验公式计算：（4.38a）系数的计算式为（4.38b）式中，是弯管中线的曲率半径，为管径。
4.4.2减小和利用局部损失在各种管道的设计中，应尽量减小局部损失。
为了减小局部损失，应尽量避免流通截面积发生突然的变化，在截面积有较大变化的地方常采用锥形过渡，在要求比较高的管道中应采用光滑的流线型壁面。
以下举几个例子来说明减小局部损失的方法。
1、弯曲管道由弯管的局部损失计算公式可知，弯管的局部损失取决于管道的直径、曲率半径和管道的弯曲角。
因此在设计管道时，为了减小局部损失，应尽量避免采用弯转角过大的死弯。
对于直径较小的热力设备管道，通常采用。
对于直径较大的排烟风道来说，横向的二次流动比较突出。
为了减小二次流动损失，一方面可以适当的加大管道的曲率半径，以减小流体转弯时的离心力，另一方面通常在弯管内安装导流叶片如图 4.13 所示。
这样既可减小弯道两侧的压强差，又可以减小二次流影响的范围。
根据实验，在没有安装导流叶片的情况下，直角弯管的；安装簿板弯成的导流叶片后，；当导流叶片呈流线月牙形时，。
可见当安装导流叶片后，并适当选择导流叶片的形状，对减小局部损失有明显的效果。
2、流通截面的变化将突然扩张的管道改为渐扩管，由于涡流区的大小和涡流强度的减小，其局部损失有很大的改善。
但是当扩张（或收缩）的面积比一定时，渐变管的长度相应地加长，使得沿程损失有所增加，所以设计时应取最佳值。
管长的增加会增加管道设计的成本或带来制造上的困难。
有些情况下，还要受到几何空间的限制，因此在管道设计中，应根据具体问题、具体情况全面折衷考虑。
在设计渐扩管时，当面积比较大时，可用隔板或用几个同心扩张管来达到正常的扩张角。
扩张角一般控制在的范围内。
图 4.13 装有导流片的弯管（ a）渐扩管的扩张角 (b)具有隔板的渐扩管图 4.14 渐扩管的扩张角3、三通工程中有各种各样的三通接头，其局部阻力系数也各不相同，使用时可查阅流体力学手册。
这里说的是为了减少流体流过三通的能量损失，可以在总管中根据支管的流量安装分流板和合流板如图 4.15所示。
从减小局部损失的角度来讲，应尽量避免采用直角三通。
图 4.15三通管道中的合流板和分流板4、局部损失的利用在日常生活中，局部损失还可以被利用。
阀门就是利用局部损失来控制流量的一个例子。
在航空发动机上，为了防止燃烧室出口的高温高压燃气进入滑油腔内，可以利用如图 4.16 所示的封严装置将燃气和滑油腔隔开。
封严装置的原理是根据燃气每经过一个密封齿，压强就有所降低，经过几个密封齿后，压强就降低到与滑油腔内的压强基本相等。
这样最后一个齿的前后的压强差很小，达到阻隔燃气流入滑油腔的目的，起到密封的作用。
图 4.16 封严装置4.4.3流动损失叠加及当量长度法一、流动损失的计算一般情况下，流体在管路系统中的流动必将存在若干沿程损失和局部损失，总的能量损失符合叠加原理，在不考虑其相互干扰的情况下，单位重量流体沿流程的总损失为式 4.6二、当量长度法由上面的沿程损失和局部损失计算公式可知，这两种损失均与流速的平方成正比。
假定能够找出在流速相同的条件下，某段长度的管件能产生同样长度的沿程损失，这段长度就叫做该管件的当量长度。
它能在流动损失等效的条件下，以某段等经直管的沿程损失代替局部损失，这种当量长度法对于管路系统的计算是非常方便的。
这种当量关系为即（ 4.39）式中称为该管件的当量长度，或者称为此局部损失的等价管长。
如果管路系统的管径和沿程阻力损失系数处处相等，则有于是（ 4.40）引用了当量长度的概念，可方便地估算出局部损失所占的比例，为复杂管路系统的能量损失的计算提供了简便的分析方法。
引用了当量长度的概念，可在总损失中方便地估计出局部损失所占的比例，这对复杂管道的能量损失计算是很方便的。
4.4.4 进口起始段内的流动图 4.17 进口起始段内的流动在各种管道计算中，会遇到管道起始段的流动问题，本节讨论进口起始段的沿程能量损失。
在这段管流中，流体质点的运动与完全发展的管内流动完全不同，流体质点的速度在不断的变化。
图 4.17 给出了进口比较圆滑的圆管进口段内的流动。
流体从进口几乎均匀地流入管内，由于粘性的影响，在壁面上速度为零，然后沿法线方向流速逐步增加到中心线上的速度。
另一方面，随着流体的不断流入，管壁对流动的影响加大，但因在流动中要满足连续方程，即流量保持不变，因此，管轴附近的流体将相应加速。
在这个过程中，流体质点存在着从管壁到管轴的横向运动，且横截面上的速度分布也发生了变化，直到轴线上的速度达到该流量下的完全发展的最大速度为止，此时即可认为进口初始段的流动过程结束。