化工原理第一章_3

密度870 kgm-3、黏度0.8 mPas。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道 分别为382.5 mm和322.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分 总长分别为10 m和8 m，管路上有一个90弯头、一个标准阀（全开）。 pam3h-1 流量4 突然缩小1=0.5，查表1-2知 90弯头2=0.75 1 1
湍流区
du Re Re ， 思考：由图可见， 雷诺数 ，这与阻力损失随
Re 增大而增大是否矛盾？
4 68 105 2 4 68 106 2 4 68 107 2 4 68
0.00000 0.000001
如何使用摩迪图？
0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.05 0.04 0.03 0.02 0.015 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002
68 0.1 d Re
0.23
阻力平方区
0.1 d
0.23
2、非圆形管摩擦损失计算式
用其本身特定公式计算
仍可按圆管的公式计算或用莫狄图查取，但需引入当量直径。
l u hf d 2 e 当量直径
de
润湿周边

0.03 0.025 0.02 0.015

d
0.001 0.000 0.0006 0.0004 0.0002 0.0001 0.00005 0.00001 108
0.01 0.009 0.008 103 2 4 68 104 2 4 68 105 2 4 68
雷诺数
Re
du
106
2
4
68 107
pa
gz1
1.942 2
1
A
1
z？
10 103 1.302 10 0.032 0.5+0.75 870 0.033 2
pB
8 1.94 0.033 阀后 0.027 2
6.4
2
2 2
B
z1 5.41m
2
பைடு நூலகம்
f

p1 p2

g z1 z2
p

gh
由受力平衡得：
R p 2Rl w R lg sin
2
p
2 p2 1 p1 w w 2 1 l h
2l w - gh R
4 wl h f d
引入阻力系数： f
w
u2 2
pa
1
A
1
z？
解：在面1-1与2-2间列机械能衡算式：
pB
2 u1 p gz1 1 2 2 u2 p gz2 2 w f阀前 w f阀后 2
2
2
注：面2-2取在 管出口内侧、外 测均可，这里取 在内侧。
B
密度870 kgm-3、黏度0.8 mPas。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道 分别为382.5 mm和322.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总 长分别为10 m和8 m，管路上有一个90弯头、一个标准阀（全开）。流 -1 p3 量4 m a h Vs 4 3600 u 1.30 ms-1 1 1 1 2 2 d 1 4 0.033 4
阻力平方区

d
0.02
水力光滑管 Re
层 流 区
103 2
0.015
0.01 0.009 0.008
过 渡 区
4 68 104 2
Re,
d
0.001 0.000 0.0006 0.0004 0.0002 0.0001 0.00005 0.00001 108
突然缩小时：
2 u小 hf 2
u
b. 突然缩小
管出口
o=1
i=0.5
管入口
总结：
管路系统的总阻力损失为 2 l le u 2 l u h f d 2 d 2
2 u2 2-2面取在出口内侧，∑hf中 应不包括出口阻力损失，但 2
2
4 流通截面积
4 水力半径
d D
4 R 2 de 2R d 2R
de 4
D 2 d 2
4
D d D d
de ?
3、局部摩擦损失计算式
由于流体的流速或流动方向突然发生变化而产生涡流，从 而导致形体阻力。
R
d
u
A1 A2


d
u

光滑管：层流底层比厚
几个粗糙管内湍流经验公式：
科尔布鲁克（Colebrook）式：
1
9.35 1.14 2 log d Re

阻力平方区
1

1.14 2 log

d
适用范围： Re=4103108 ，/d=510-210-6 ，从水力学光滑管至 完全粗糙管的各种情形。
2
管入口 弯管
u2 0 2
阀门 管出口
2-2面取在出口外侧，∑hf 2 中应包括出口阻力损失， 2 其大小为 u 2 ，但2-2面 u2 的动能为零。 2 2 机械能衡算方程：
2 u12 p1 u2 p2 gz1 ws gz2 h f 2 2
【例】 总阻力损失的计算 如图所示，将敞口高位槽A中密度870 kgm-3、黏度0.8 mPas的溶液自 流送入设备B中。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道分别为382.5 mm 和322.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总长分别为10 m和8 m ，管路上有一个90弯头、一个标准阀（全开）。为使溶液能以4 m3h-1的 流量流入设备B中，问 z 为多少米？
2 u12 p1 u2 p gz1 we gz2 2 h f 2 2
长径比，无因次
l u l u h f 4 f d 2 d 2
摩擦因数
2
2
-----直管摩擦损失计算通式
动能
（1）层流时的
64 Re
Re, d
沿程损失（直管损失）
2
2
气体
等 径 直 管 管路输送系统 管 件 或 阀 门
局部损失
----由于流速大小或方向突然改变，从 而产生边界层分离，出现大量旋涡，导 致很大的机械能损失。
1 贮槽 1m 泵
洗涤塔 5m
气体 3 1m 3
1
4 废水池
4
0.2
1、直管摩擦损失计算通式
由机械能衡算得：
h
边界层分离

（1）局部摩擦损失的两种近似算法
当量长度法：
小管的
le------当量长度，可 查有关图表
h
f ,局
le u 2 d 2
2
局部阻力系数法
u h f ,局 2
----- 局部阻力系数， 可查有关图表
突然扩大和突然缩小
1 2 2 0 1
1
2
2
0
1
a. 突然扩大
突然扩大时：
A
pB z？
u2
Vs
2
d2
2
4 3600 1.94 ms-1 2 4 0.027 4
2
B
Re2
d 2 u2 0.027 1.94 870 4 5 . 70 10 0.8 10 3 4000
/d2=0.2/27=0.0074 查图
Re du /
d u
（2）湍流时的
主要依靠实验研究
管壁绝对粗糙度
相对粗糙度
表1
管 道 类 别 无缝黄铜管、钢管、铅管 金 新的无缝钢管、镀锌铁管 新的铸铁管 属 具有轻度腐蚀的无缝钢管 具有显著腐蚀的无缝钢管 旧的铸铁管
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
2=0.033
2
2 2 2 30 1.942 u2 u 10 103 l 10 u12 l 8 u2 1.l 2 gz1 0.032 阀前 0.033 阀后 +0.5+0.75 2 870 d 2 d 2 0 . 033 2 d 1 2 0.027 2 2 2
2
4 68

0.00000 0.000001
几个光滑管内湍流经验公式：
柏拉修斯（Blasius）式： 普兰特式： 尼古拉则式： 顾毓珍等公式：
使用时注意经验 式的适用范围
0.3164 5 （ 3000<Re<10 ） 0.25 Re 1 2.0 log Re 0.8 (Re<3.4106） 0.221 0.0032 0.237 （Re<105） Re 0.500 0.0056 0.32 （3000<Re<3106） Re
密度870 kgm-3、黏度0.8 mPas。pB=10 kPa，阀门前、后的输送管道 分别为382.5 mm和322.5 mm的无缝钢管，阀门前、后直管段部分总 长分别为10 m和8 m，管路上有一个90弯头、一个标准阀（全开）。流 量4 m3h-1 查表1-2知标准阀（全开） =6.4
管
莫狄（Moody）图
0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04
l u hf d 2
d
2
0.05 0.04 0.03 0.02 0.015 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002

0.03 0.025

64 Re
A
pB
z？
2
2
B
Re1
d 1 u1 0.033 1.30 870 4 4 . 67 10 0.8 10 3 4000
查表1-1取管壁绝对糙度 =0.2 mm /d1=0.00606 查图
1=0.032
2 2 2 u2 u2 10 103 l 10 u12 l2 l 1.30 u2 gz1 阀前 032 0. 2 870 d 2 d 1 2 2 d 0.033 2 2 2
幻灯片4目录
1.3.3 机械能衡算方程
二、关于摩擦损失的计算 1、直管摩擦损失计算通式 2、非圆管摩擦损失计算式 3、局部摩擦损失计算式
二、 管内流动的阻力损失
2 u12 p1 u2 p2 机械能衡算方程 gz1 we gz2 hf 2 2
∑hf 分为两类（见图）：