第四章 流体运动阻力与损失

评价计算程序
道化学火灾、爆炸指数评法是以物质系数为基础， 另外加上对一般工艺或特定工艺的危险修正系数， 求出火灾爆炸指数。再根据火灾爆炸的影响范围 和安全措施补偿系数，计算最大可能财产损失、 实际最大可能损失及停产损失，根据评价的结果 采取相应的预防措施。 火灾、爆炸危险指数及补偿系数 （1）火灾、爆炸指数(F&EI)表 （2）安全措施补偿系数 （3）工艺单元危险分析汇总表 （4）生产单元危险分析汇总表
hl l le v 2 L v2 d 2g d 2g

式中 称为管道的总阻力长度。各种常用局部装置 的当量管长可查有关表，例如90°圆弯管（ ） 的当量管长 ，闸阀的当量管长 ，管道进口的 。

实际工程中的管路，多是由几段等径管道和一些局部装置构成 的，因此其水头损失可由下式计算
某公司动力厂安全检查表（续）
序号 检查项目 检 查 内 容 (1)对易燃易爆场所是否在适当地点 设置了灭火、消防设施； (2)生产作业场所是否狭窄，安全通 道、紧急疏散口是否开设； (3)对高层建筑、烟囱、电力系统是 否设有防雷装置； 是或否 备注
5
消防
(1)车间的各项安全管理制度、基础 制度、资 资料、图表是否齐全； 6 料、记录、 (2)安全活动是否做到“三落实”， 图表 记录认真； (3)特种作业人员是否做到持证上岗
某公司动力厂安全检查表（续）
序号 检查项目 检 查 内 容 是或否 备注 (1)平台、楼梯、沟、坑、井的防护栏 杆或盖板是否齐全、稳固； 安全防护 (2)转动设备的防护装置或围栏、隔网 3 措施 等防护措施是否齐全、可靠； (3)厂区危险场所和容易发生事故的危 险源、设施、设备是否悬挂了安全标志； (1)电气设备、开关外壳是否接地或接 零，保险、结缘是否良好； 安全防护 (2)对重要设备是否设有危险状态下的 4 装置 预警装置、紧急停车装置、连锁控制装 置，且是否灵敏可靠； (3)锅炉三大安全附件是否定期检验；

图4-7 水力光滑管和水力粗糙管
第四章 流动阻力与管路水力计算
3.湍流阻力与流速分布 (1)湍流阻力 在湍流中，流体内部不仅存在着因流层间的时均流 速不同而产生的粘滞切应力τ１，而且还存在着由于脉动使流体质 点之间发生动量交换而产生的惯性切应力τ２。
第四章 流动阻力与管路水力计算
(2)湍流速度分布 实验证明，流体在管道中作湍流运动时，过流 断面上的速度分布如图4-8所示。
第四章 流动阻力与管路水力计算
第四章 流动阻力与管路水力计算
3.圆管层流运动时的沿程阻力系数
第四章 流动阻力与管路水力计算
第四章 流动阻力与管路水力计算
解：v=Q/A=4Q/π=4×75×/π×m/s=0.96m/s 二、圆管湍流的沿程损失计算 实际工程中，除少数流动为层流外，绝大多数都属于湍流运动， 因此湍流的特征和运动规律在解决工程实际问题中有重要的作用。 1.湍流脉动现象与时均法
第四章 流动阻力与管路水力计算
均匀流动是指流速大小和方向均沿流程不变的流动。由于这种流 动只能发生在壁面（截面形状、大小、表面粗糙度等）不发生任 何变化的直管段上，所以在均匀流动时，只有沿程损失，没有局 部损失。为了寻找沿程损失的变化规律，需要先建立沿程损失和 沿程阻力之间的关系式，又称为均匀流动方程式。
第四章 流动阻力与管路水力计算
图4-8 湍流速度分布
第四章 流动阻力与管路水力计算
4.湍流沿程阻力系数的确定 由于湍流的复杂性，至今还不能完全通过理论推导的方法确定湍 流沿程阻力系数l，只能借助实验研究总结一些经验或半经验公式。 (1)尼古拉兹实验 为了得到l的变化规律，尼古拉兹在类似图4-2所 示的实验台上，采用人工粗糙管(管内壁上均匀敷有粒度相同的砂 粒)进行了大量实验。

hf = λ
υ2 l
d 2g ⋅
⇒ pf = λ
ρυ 2 l
d ⋅ 2
2
2
• 第4章 流动阻力和能量损失 • 流体力学基础 • 4.1 沿程损失和局部损失
1. 沿程阻力和沿程损失
3
3
• 第4章 流动阻力和能量损失 • 流体力学基础 • 4.1 沿程损失和局部损失
2. 局部阻力与局部损失 局部阻力：粘性流体流经各种局部障碍装置时， 局部阻力：粘性流体流经各种局部障碍装置时，由于过流断 面变化，流动方向改变，速度重新分布， 面变化，流动方向改变，速度重新分布，质点间进行动量交 换而产生的集中分布阻力。 换而产生的集中分布阻力。 产生原因：漩涡，速度大小方向的变化。 产生原因：漩涡，速度大小方向的变化。 局部损失(长度损失 流体克服局部阻力所消耗机械能。 长度损失)： 局部损失 长度损失 ：流体克服局部阻力所消耗机械能。 局部水头损失：单位重量流体的局部损失。 局部水头损失：单位重量流体的局部损失。
2g
=
2 α 2υ 2
2g
, hl = hf
) − ( Z2 + p2 )
∴ hf = ( Z1 +
γ
p1
γ
12
12
• 第4章 流动阻力和能量损失 • 流体力学基础 • 4.3 圆管中的层流运动
1. 均匀层流方程 流段受力分析： 流段受力分析： 重力分量： 重力分量：γAl cos α = γA( Z1 − Z 2 ) 端面压力： 端面压力： p1 A, p2 A 管壁切力： 管壁切力： 2πr0τ 0 l 均匀流体质点等速运动，受力平衡： 均匀流体质点等速运动，受力平衡： p1 A − p2 A + γA( Z1 − Z 2 ) − 2πr0τ 0 l = 0

τ2 — 由脉动引起的紊流附加切应力
1


du dy
由Prantl的动量传递理论：
2



u
x' u
' y
对于紊流，τ2 τ1 ，则

2



u
x' u
' y
由Prantl的混合长度理论：

l 2 ( du )2
dy
—— 建立了脉动值与时均值的关系
四、圆管紊流的速度分布 l2(du )2 dy
【解】体积流量 Q G 0.0708m3 / s
平均流速 Q / A 1m / s
1）100C时的雷诺数
Re vd 120

2）400C时的雷诺数
Re vd 2000

hf

64 Re
l d
v2 2g
907.03m油柱
hf

64 Re
l d
v2 2g
54.42m油柱
对流体绕过球形物体：
Re k

vk d

1
d — 球形物直径
【例】水和油的运动黏度分别为 1 1.79 106 m2 / s 2 30 106 m2 / s 若它们以 v 0.5m / s 的流速在
直径为 d 100mm 的圆管中流动，试确定其流 动状态？
【解】对1－1，2－2列雷诺数方程
将均匀流基本方程代入达西公式，得
0


8
v 2


8 0 v 2
圆管中的层流运动
一、圆管层流速度分布
由均匀流基本方程τ0=ρgr0J/2， J＝hf/l，hf为沿程l的水头损失