辽宁石油化工大学工程流体力学第七章

2 减小局部损失
局部损失的计算公式为：
hj

u2 2g
减少局部损失可从以下两个方面着手： (1) 在允许的情况下，尽量减少局部阻力管件，以减少整个系统的局部阻力系数。 (2) 改善局部阻力管件流动通道的边界形状，使流速的大小和方向的变化更趋平 稳。
第Biblioteka Baidu节 压力管路的水力计算
一、管道系统分类
压力管路：凡是液流充满全管，并在一定压差下流动的管路都称为压力管路 。压 力管路流动过程中产生阻力，产生的阻力包括沿程阻力和局部阻力。
选取L、M、T作为基本量纲 ，可得到

1

pu
a1 d
b1
c1
2 u a2 d b2 c2

3

lu
a3 d
b3
c3


4

u
a4 d
b4
c4
根据量纲齐次性原理 可得到：
1

p u 2
同理：
2 ud， 3d l， 4 d
可得到无量纲函数关系式为：
第七章 管道流动水力计算
第一节 管流沿程阻力计算 第二节 非圆截面管路沿程损失的计算 第三节 管流局部阻力计算 第四节 管路总阻力计算及减少措施 第五节 压力管路的水力计算
第一节 管流沿程阻力计算
一、沿程阻力计算通式
通过量纲分析方法分析影响沿程阻力的各项因素，组成无量纲的函数式。
管内压降可表示为 ： pf(d,l, , ,u, )
的经验公式，如果涉及到此区域，通常按下述水力光滑区处理。
(3) 湍流水力光滑管区 4000Re26.98d8 7

湍流水力光滑管区计算 的经验公式有：
400 R 0 e15 0时，可用布拉修斯（Blasius）公式


0.3164 Re0.25
当15 0Re316 0时，可用尼古拉兹公式计算 ，即
局部损失：流体为克服局部阻力所损失的能量，称为局部损失。
产生能量损失的原因大致分下面三类： （1） 流动中流速的重新分布； （2） 在旋涡中粘性力作功； （3）流体中质点的相互掺混、撞击引起的变化。
产生局部阻力的几种情况 （l） 管道断面面积变化引起的局部能量损失 例如局部突然扩大、局部突然缩小、逐渐扩大和逐渐缩小等。下面以局部突然扩 大为例来说明能量损失产生的原因。
(2) 管道弯曲引起的局部能量损失 (3) 流体绕过物体的能量损失
第四节 管流总阻力计算及减少措施
一、总阻力损失计算
管道系统中流体的总能量损失为所有沿程损失和所有局部损失之和，即
hw
hf
hj
l u2
d2g
u2
2g
若在整个管道系统中，各截面上的平均流速相同则：
hwd l 2 ug 2 总2 ug 2
尼古拉兹实验曲线可以分为五个区域：层流区、层流向湍流的过渡区、湍流 水力光滑管区、湍流水力粗糙管过渡区和湍流粗糙管阻力平方区。不同区域
有不同的计算程阻力系数 的经验公式。
(1) 层流区 Re2300
(2) 实验证明： 64 Re
(2) 层流向湍流过渡区 23 0R 0 e4000
工程实际中雷诺数Re在这个区域的较少，对它的研究也较少，目前尚无合理
0.032R0.2e0.22317
(4) 湍流水力粗糙管过渡区 2.6 98d8/7R e416d00.85

2
在此区域内， 可用洛巴耶夫公式计算，即
1.42
lg

Re
d

2
一般工业管道常按柯罗布鲁克（Colebrook）公式计算
p
u2
fud， dl ， d
管内沿程阻力公式可表示为 ： pf(Rel ,,)u2
dd
令 2f (Re, ) 则得到管内流动沿程阻力的统一计算公式
d
p l u2
d2
因为 h f

p g
所以：
hf

l d
u2 2g
达西公式
二、沿程阻力系数的确定
12lgR2.5e13. 7d
(5) 湍流粗糙管阻力平方区 Re4160d 0.85
2
该区域沿程阻力系数可用尼古拉兹提出的阻力平方区公式计算，即

1
(1.742lg d )2

2 工业管道的莫迪图
莫迪以柯罗布鲁克公式为基础，用实际工业管道进行了实验，于1944给出了
粗糙度所成的曲线交于一点，过该点作横坐标的平行线，向左与表示 的纵坐标 轴相交，该交点的值即为所求管道流动的沿程阻力系数 。
第二节 非圆截面管路沿程损失的计算
在工程实际中，除了使用圆形截面的管道外，非圆形截面的管道也经常用到。
例如空调、通风系统中的风道，锅炉设备中的烟道和风道常采用矩形截面，某些 换热器中也采用圆环形截面等。
圆管直径 d以非圆形截面管道的当量直径
达西公式变为：
hf
l
de
u2 2g
d
e
来代替
雷诺数变为：
Re ud e

这样，应用上一节中圆形管道分析得出的公式和曲线图，把沿程损失系数 确定下来，就可以解决非圆形截面管道沿程损失的计算问题。
第三节 管流局部阻力计算
局部阻力：流体的流动受到阻碍是发生在局部的急变流动区段，所以称为局部阻 力。
沿程阻力系数与 Re、/ d 之间关系的曲线图，即莫迪图。
莫迪图也可以分为五个区域，即层流区、临界区(相当于尼古拉兹曲线的层 流向湍流过渡区)、光滑管区、过渡区(相当于尼古拉兹曲线的湍流水力粗糙管过 渡区)和完全湍流粗糙管区(相当于尼古拉兹曲线的湍流粗糙管阻力平方区)。
应用莫迪图查取 的方法为：从已求得的处 Re作横坐标的垂线，与该管道相对
根据达西公式可以看出，计算沿程阻力的主要任务已归结为如何求解沿程阻 力系数的问题。在不同流动情况下，沿程阻力系数是不同的。对于层流，沿 程阻力系数既可以用解析方法求出，又可以由实验求出；对于湍流，沿程阻 力系数只能借助实验得到的经验与半经验公式求出。
1 尼古拉兹曲线图 （对不同管径、不同流量的管道流动进行了实验 ）
式中 总dl 称为总阻力系数。
二、减少阻力损失的措施
1 减小沿程损失 沿程损失的计算公式为 ：
hf

l d
u2 2g
f(Re/d,)
分析上述两式，可以得到减小沿程损失的途径如下：
(l) 减小管道长度。 (2) 合理增大管径。 (3) 降低管壁的当量粗糙度。 (4) 尽可能采用圆管。 (5) 降低流体的黏度。