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材料热工基础

第一篇：材料热工基础流体力学基础流体物理性质流体静力学基础流体动力学基础流体阻力及管路计算1.4流体的阻力及管路计算一、教学要求【掌握内容】（1）摩擦阻力和局部阻力的概念（2）摩擦阻力和局部阻力的计算方法（3）经济流速的概念【理解内容】（1）简单管路的计算（2）串联管路、并联管路计算【了解内容】（1）摩阻系数的确定（2）常用的几种局部阻力系数二、教学重点与难点【教学重点】阻力计算【教学难点】管路计算三、教学方法讲述概念、分析实例、讲解计算方法。四、教学时数【建议学时】2～4学时五、教学内容1.4.1摩擦阻力定义：摩擦阻力存在于整个流动路程上，是流体在直管中流动时，由于流体的粘性产生内摩擦而产生的能量损失。用表示。1、摩擦阻力计算(Pa)说明：a、hf是单位管道截面积上的摩擦力，在数值上等于管道两端的压差（仅有摩擦阻力），方向与流体流动方向相反。l↑，de↓，w↑，hf↑b、hf与流体的流态及管壁粗糙度有关，这些因素包含在摩擦阻力系数中。要确定hf的大小，关健在求λ。2、摩擦阻力系数A、摩擦阻力系数λ由实验确定。它与雷诺数及管内擘粗糙度有关。①层流区（Re≤2300）代入阻力公式得：②临界区（Re=2300～4000）此区域流态不稳定，若仍保持层流，则Re↑、λ↓；若已为湍流，则Re↑、λ↑。③湍流光滑区：④湍流过渡区：⑤湍流粗糙区：B、硅酸盐工业通常按经验公式计算，即：①光滑金属管道：粗略计算时：λ=0.02～0.025②粗糙管道：粗略计算时：λ=0.035～0.45③砖砌烟道：粗略计算时：λ=0.05【例题】热烟气以7.5Bm3/s的流量通过截面尺寸为1.5×2.0m的砖砌烟道，烟气的平均温度为420℃，标态密度为1.32kg/Bm3,求烟气通过25m长烟道的摩擦阻力损失（烟道内烟气的绝对压力接近大气压）。【解】烟气的标态流速：2.5m/s烟气的工况流速：6.34m/s烟气的工况密度：0.52kg/m3烟道当量直径：1.71(m)烟气粘度：=(Pa•s)雷诺数：摩擦阻力系数：摩擦阻力损失：1.4.2局部阻力(Pa)定义：局部阻力是流体通过管路中的管件、阀门、突然扩大，突然缩小等局部障碍，引起边界层的分离，产生漩涡而造成的能量损失。用1、局部阻力计算公式表示。(Pa)2、局部阻力系数ξ局部阻力系数一般由实验确定。①流体是层流时，局部阻力系数可用下式表示是随管件而定的常数，对球心阀(全开)，90º弯头，=16.3三通，=32.5＝48.8；角阀(全开)，=21.7；②流体是湍流时，局部阻力系数由管件性质而定的常数如：①突然扩大②突然缩小其余的局部阻力系数查附录。【例题】密度为1.2kg/m3的气体，流过如图1.33所示的突然扩大管段。已知:m2,通过管段的气体流量为7m/s。求其局部阻力损失。【解】查表得突然扩大管段局部阻力系数公式为：m2,局部阻力为：在计算局部阻力损失时，上式中的代入扩大前速度较大的数值由已知条件得：（m/s）29.4(Pa)1.4.3流动的总阻力流体流动的总阻力，为摩擦阻力与局部阻力之和，即：(Pa)1.4.4管路计算1.4.4.1经济流速(m)分析：1）w↓，d↑，管材费↑，施工费↑2）w↑，d↓，一次投资↓，阻力损失↑，动力消耗↑，日常管理费↑经济流速:使一次性投资与日常管理费用之和为最小值的速度。影响经济流速的因素:①管材价格；②施工费用；③能源价格；④管网结构；⑤流体性质；⑥生产工艺要求1.4.4.2简单管路的计算管路：由管材、管件、阀件等按一定方式联接而成的供流体流动或输送的设施。简单管路：从进口到出口，没有分支管径不变。对简单管路两端写出伯努力方程：上式表明：静压头和几何压头的变化用于克服管道中的摩擦阻力及局部阻力之总和。简单管路计算内容包括：①已知管径、管长、流体输送量和管路阻力系数，求流体通过管路的阻力损失。②已知管长，流量，允许的阻力损失，求管径。③已知管径，管长,允许的阻力损失，求流体的流速或流量。【例题】20℃的低压空气流过内径420mm，长60m的光滑金属管道，空气流量为4.0m3/s，局部阻力系数=2.5求（1）管道的阻力损失。（2）若要将流量增达到5.0m3/s，而保持阻力不便，应选用多大的管径。【解】（1）对于光滑金属管选取根据公式：将代入上式得：(Pa)==3397.27(Pa)（2）当m3/s，3397.27(Pa)Pa时，即：3397.27整理后得：用试凑发求得：注:②③类问题较为复杂，由于管径未知，因而无法求算流速情况下，工程计算中常采用试差法求解。1.4.4.3管路的串联与并联1、串联管路由不同管径的管道首尾相连构成的管路。如图所示。、雷诺数和摩擦系数。在这种特点：①串联管路中流体流动的总阻力为各管段阻力之和。(Pa)②串联管道中无流体加入或排出，各管