当流动边壁无变化,管内流体作均匀流动时,流动阻力只有沿程不变的切应力,该应力我们称为沿程阻力,由于沿程阻力而造成的水头损失称为沿程水头损失。管路的沿程阻力损失均匀分布在整段流动圆管上,与流体流动段长度l成正比,表示符号为hf。当流动边壁发生明显变化时,管内流体的流速分布在发生变化的流动区段上,此时集中产生的阻力称为局部阻力,由此引起的水头损失称为局部水头损失,表示符号为hj。局部阻力常发生在管道入口、三通、变径、阀门、弯头等管件处。
沿程阻力计算我们通常采用Darcy-Weisbach公式:
式中 l——管长,单位为m;
d——管径,单位为m;
u——断面平均流速,单位为m/s;
g——重力加速度,单位为9.8m/s2;
λ——沿程阻力系数,一般由实验确定,也可通过经验公式计算取得。
公式(7-46)首先自1857年起由达西(Darcy)起头,其后由威斯巴哈(Weishbach)根据观测资料总结归纳而成,并在此公式实验的基础上,提出了局部阻力水头损失计算公式:
式中 ξ——局部阻力系数,一般由实验确定;
u——对应ξ的断面平均流速,单位为m/s。
通常情况下,对于管路流动阻力的研究主要就是指对管路沿程阻力系数的研究,这主要是因为在管路流动当中,沿程阻力占主要部分,而对于假定的流体流道,我们也无法确定局部阻力集中段的个数。因此在后续的研究当中,我们只采用公式(7-46)表征整个管路的流动阻力。
公式(7-46)当中的λ通常是通过实验测得,但对于简单的工业直管流体流动模型,我们也可以利用公式(6-10)计算得到。下面开始推导管路沿程阻力与流体各物性参数之间的关系。
以水为例,最简单的水压计算公式为:
式中 Δp——水压,单位为Pa;
Δh——所求水体的取值高度,单位为m;
ρ——水的密度,一般取值为1000kg/m3;
g——重力加速度,取值为9.8m/s2。
结合公式(7-46)、公式(7-48)可得公式:
公式(7-49)与公式(7-46)相比,主要区别在于数值单位,公式(7-49)所得数值的单位为Pa,而公式(7-46)所得数值的单位为mH2O,公式表达的本质意义相同。
结合公式(6-10)、公式(7-49)可以得到流体密度ρ、运动粘度ν与沿程阻力hf的关系式
将Re表达式Re＝ul/ν代入公式(7-50),可得公式:
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
