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管路上的局部阻力

 雪球儿. 2013-10-10
 
 

管路上的局部阻力  

 

    流体在管路的进口、出口、弯头、阀门、扩大、缩小等局部位置流过时,其流速大小和方向都发生了变化且流体受到干扰或冲击,使涡流现象加剧而消耗能量。由实验测知,流体即使在直管中为滞流流动,但流过管件或阀门时也容易变为湍流。在湍流情况下,为克服局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法。
    一、阻力系数法
    克服局部阻力所引起的能量损失,也可以表示成动能u2/2的一个函数,即:

 (1-59)

 (1-59a)

    式中ζ称为局部阻力系数,一般由实验测定。因局部阻力的形式很多,为明确起见,常对ζ加注相应的下标。下面列举几种常用的局部阻力系数的求法。
    (一)突然扩大与突然缩小

 

 图1-27 突然扩大和突然缩小的局部阻力系数

    管路由于直径改变而突然扩大或缩小,所产生的能量损失按式1-59及1-59a计算。式中的流速u均以小管的流速为准,局部阻力系数可根据小管与大管的截面积之比从图1-27的曲线上查得。
    (二)进口与出口
    流体自容器进入管内,可看作很大的截面A1突然进入很小的截面A2,即A2/A1≈0,根据图1-27的曲线(b),查出局部阻力系数ζc=0.5,这种损失常称为进口损失,相应的系数ζc,又称为进口阻力系数。若管口圆滑或喇叭状,则局部阻力系数相应减小,约为0.25~0.05。
    流体自管子进入容器或从管子直接排放到管外空间,可看作自很小的截面A1突然扩大到很大的截面A2,即A1/A2≈0,从图1-27中曲线(a),查出局部阻力系数ζe=1,这种损失常称为出口损失,相应的阻力系数ζe又称为出口阻力系数。
    流体从管于直接排放到管外空间时,管出口内侧截面上的压强可取为管外空间相同。应指出,若出口截面处在管出口的内侧,表示流体未离开管路,截面上仍具有动能,出口损失不应计入系统的总能量损失Σhf内,即ζe=0;若截面处在管子出口的外侧,表示流体已离开管路,截面上的动能为零,但出口损失应计入系统的总能量损失内,此时ζe=1。
    (三)管件与阀门
    管路上的配件如弯头、三通、活接头等总称为管件。不同管件或阀门的局部阻力系数可从有关手册中查得。
    二、当量长度法
    流体流经管件,阀门等局部地区所引起的能量损失可仿照式1-41及1-4la而写成如下形式:

 (1-60)

    式中le称为管件或阀门的当量长度,其单位为m,麦示流体流过某一管件或阀门的局部阻力,相当于流过一段与其具有相同直径,长度为le之直管阻力。实际上是为了便于管路计算,把局部阻力折算成一定长度宜管的阻力。
    管件或阀门的当量长度数值都是由实验确定的。在湍流情况下某些管件与阀门的当量长度可从图1-28的共线图查得。先于图左侧的垂直线上找出与所求管件或阀门相应的点,又在图右侧的标尺上定出与管内径相当的一点,两点联一直线与图中间的标尺相交,交点在标尺上的读数就是所求的当量长度。
    有时用管道直径的倍数来表示局部阻力的当量长度,如对直径为9.5到63.5mm的90度弯头,le/d的值约为30,由此对一定直径的弯头,即可求出其相应的当量长度。le/d值由实验测出,各管件的le/d值可以从化工手册查到
 

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