4x 管道中的流动和孔口.pptVIP

第四章 管道中的流动和孔口流出 管道流动是工程常见的现象，如：水在输水管中的流动，油在输油管中的流动，气体在输气管中的流动。管内的流动非常复杂，主要问题是流动的阻力，在不同的流态条件下，流动阻力相差甚大，遵守不同的规律，必须弄清流体在管道内的流动状态。 4.1 流体运动的两种状态 Re数小，粘性力＞惯性力；能够削弱以至消除引起流体质点发生混乱运动，使保持层流状态；Re数大，粘性力＜惯性力；促使质点发生混乱，使流动呈湍流状态。 4.2 不可压缩流体的管流摩擦阻力 在第三章的欧拉方程推导中我们假设流体为理想流体，即没有粘性的流体。但实际上任何流体都有粘度，因此在流体运动中必然存在摩擦力做功，损失能量。在冶金生产中诸如高炉喷煤、氧枪供氧、钢包吹气、连铸配水冷却等众多方面的管道流体流动，在工程设计上必须预先考虑和计算这部分摩擦阻力损失。 1、管内层流摩擦阻力 圆管中的层流流动的阻力公式常表示为： 2、? 圆管内的紊流摩擦阻力 另外，由于外界因素使流层产生波动，使流道截面发生变化，导致流速变化，由伯努利方程可知，流体的静压能也发生变化，这样在流层之间产生了与流向垂直的压力差，从而形成力距进一步促使这一波动扩大而形成旋涡。另外，还有一些其他因素的作用，也导致流体在流动的过程中产生旋涡。 旋涡一旦在流动的流体中产生，它就有脱离原来的流层而随机运动到其它流层的可能，因为旋祸的特点是旋转。根据连续性原理，当旋涡脱离原来流层，必须有其它的流体来补充，这样就形成了随机的杂乱无章的旋涡运动，即湍流流动。 是流体内部充满了可以目测的旋涡。这些旋涡除在主体流动方向上运动之外，还在各个方向上做无规律的脉动。所以流体从规则的层流状态过渡到不规则的湍流状态必须具备两个条件，其一是旋涡的形成，其二旋涡脱离原来的流层。由此时见，流体在流动的过程中有旋涡形成，并且所形成的旋涡能随机的脱离开原来的流层是湍流形成的根本原因。 由于湍流特点是流体内部充满了可以目测的旋涡，这些旋涡除了在主体流动方向上随流体运功外，还在各个方向做无规则的随机运动，使得流体的运动互相掺混极不规则。因此湍流的研究大大复杂于层流。 CE段 自C点以后，不同粗糙度管子的实验曲线从CD线上的Cl、C2、…、C6各点分出来，如图中六条CE线所示那样。这时与有关，不同粗糙度的管子对应有不同的值，越大，对应的值也越大 。 CE线可分为两段，在第一段CC’上，值随Re数、的变化而变化，在第二段，即C’以后，曲线成为水平直线，值与Re数无关，仅与有关。CC’段，称为粗糙管区。C’以后，流动阻力与平均速度的平方成正比，故称为阻力平方区。 对阻力平方区，的计算式为 对粗糙管区，可由阔尔布鲁克公式求得 2）实际圆管中的摩擦压力损失的计算 莫迪图 3）有关摩擦压力系数的近似计算公式 4.3不可压缩流体的管流局部压力损失 4.4 管路计算 4.5经过孔口的流出 对液体自盛桶孔口流出过程，常需确定两种相关参数：一是桶内液面高度不变时的流出速度（如中间包内钢水的流出），另一是桶内定量液体的流空时间（如钢包内钢水的流出）。 2）桶内定量液体的流空时间 得流空时间计算式： 4.5.2不可压缩气体自孔口及管嘴的流出 2）压差随高度变化时的流出计算 如图(4-9)所示，设炉子的零压线(位置)位于炉底处的炉门下椽，则在炉底以上存在如图示的压力分布。因炉气密度较炉外介质气体的为小，炉内具有随高度而增加的正压差分布(P1＞P2)。此时，炉气在整个炉门高度上外溢。 自学 例4—9 设有一炉门高H＝0.5m，宽B＝0.7m。标态下炉气的密度ρt=1.3kg/m3，炉气温度t=1300℃；炉外空气的密度ρ2，＝1．2kg／m3。已知炉门的流量系数0.62；试求(1)零压线位于炉门下椽和上椽时炉气的溢出量和空气的吸入量；(2)炉气溢出量与空气吸入量相等时的零压线位置。 本章小结 实际流体由于存在粘性，在流动过程中就会产生阻力，从而消耗流体的机械能。本章分析管道中实际流体的流动，区分流动的两种不同的状态，介绍了尼古拉兹阻力及实际的管道的阻力实验的莫迪图、局部压力损失。在简单管路、串联管路、并联管路及孔口的流出中应用伯努利方程进行计算。 本章是前述基本方程的应用实例，解决了很实际的问题，即流体流动过程中的能量损失计算。 返回 解： 容器A及B的截面与管路相比很大，则设水于其中上升下降的速度为零。列1-1，2-2面的能量平衡方程为 在流动平衡时，管路系统的总阻力损失 =98000N/m2 各局部阻力系数，经查表有： 进口K1=0.5 90°园转弯，当 突然扩大 突然收缩 阀门 管出口 则总阻力系数为 由于 因各段阻力系数均是按小管（d=100mm）内的流速为准，则水的流量为