管路阻力计算
管道阻力计算
管道阻力计算:管道阻力计算公式：R=(λ/D)*(ν^2*γ/2g)。
ν-流速(m/s)；λ-阻力系数；γ-密度(kg/m3)；D-管道直径(m)；P-压力(kgf/m2)；R-沿程摩擦阻力(kgf/m2)；L-管道长度(m)；g-重力加速度=9.8。
压力可以换算成Pa，方法如下：1帕=1/9.81(kgf/m2)。
管路内的流体阻力流体在管路中流动时的阻力可分为摩擦阻力和局部阻力两种。
摩擦阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦产生的阻力，又称为沿程阻力，以hf表示。
局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门以及管道截面的突然扩大或缩小等局部部位所引起的阻力，又称形体阻力，以hj表示。
流体在管道内流动时的总阻力为Σh=hf+hj。
流体阻力的类型如下：由于空气的粘性作用，物体表面会产生与物面相切的摩擦力，全部摩擦力的合力称为摩擦阻力。
与物面相垂直的气流压力合成的阻力称压差阻力。
在不考虑粘性和没有尾涡（见举力线理论）的条件下，亚声速流动中物体的压差阻力为零（见达朗伯佯谬）。
在实际流体中，粘性作用下不仅会产生摩擦阻力，而且会使物面压强分布与理想流体中的分布有别，并产生压差阻力。
对于具有良好流线形的物体，在未发生边界层分离的情形（见边界层），粘性引起的压差阻力比摩擦阻力小得多。
对于非流线形物体，边界层分离会造成很大的压差阻力，成为总阻力中的主要部分。
当机翼或其他物体产生举力时，在物体后面形成沿流动方向的尾涡，与这种尾涡有关的阻力称为诱导阻力，其数值大致与举力的平方成正比。
在跨声速（见跨声速流动）或超声速（见超声速流动）气流中会有激波产生，经过激波有机械能的损失，由此引起的阻力称为波阻，这是另一种形式的阻力。
作加速运动的物体会带动周围流体一起加速，产生一部分附加的阻力，通常用某个假想的附连质量与物体加速度的乘积表示。
船舶在水面上航行时会产生水波，与此有关的阻力称为兴波阻力。
管路计算（ＰＤＦ）
至液面2间有一闸阀，其间的 直管阻力可忽略。输水管为2 英寸水煤气管，e/d=0.004，
pa
p3 ρg
0.5m 2
2‘
水温20℃。在阀门全开时，试求：
3
（1）管路的输水量V；
（2）截面3 的表压强，以水柱高度表示。
作业：p135/32、34
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X
j
u
2 b
2
λ L + ∑ Le ub2 d2
λ = 64 Re
λ = f Re, e d
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Biochemical Engineering
（层流） （湍流）
一. 简单管路计算
简单管路 — — 全部流体从入口到出口只在一根管道中连续流动。
分支点处将每根支管作为简单管路，依次进行计算。
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3. 汇合管路 — — 由几条支管汇合于一条总管。
1
其特点与分支管路类似，即： ① Vs,1+ Vs,2 = Vs （对不可压缩流体）
1‘
2
Vs1
z1 z2
2‘
Vs2 Vs K
② 汇合点K处单位质量流体的机械能总和为一定值：
gz1
+
ub21 2
+
p1 ρ
=
gzK
+ ub2K 2
+
pK ρ
+ ∑ hf ,1−K
gz2
管路沿程阻力计算
1.25E-02 2.17E-02 6.30E+05 1.25E-02 16.92
m
沿程阻力损失的计算
常温清水，温度 t = 其运动粘性系数γ = 管路总长度L= 管路直径d= 流量Q= 流速ν = 雷诺数Re= 20 1.011E-0E+05 °C， m2/s m mm m3/h m/s
Re≤105，流动为层流 105＜Re≤106，流动为过渡状态 Re≥106，流动为紊流 查表1-1，不同管道的当量粗糙度△e值， 管道状态 管道材料 △e mm 新、洁净 0.014 无缝钢管 使用几年后 0.2 新、洁净 0.06 在净化后锈蚀不大 0.15 焊接钢管 中等程度锈蚀 0.5 陈旧、生锈 1 强烈生锈或大量积垢 3 新、洁净 0.015 镀锌铁管 使用几年后 0.5 新、涂沥青 1.12 新、无镀复层 0.3 铸铁管 早先使用过 1 ～3.0 很旧 新 0.03 胶木管 新混凝土制 0.03 水泥管 早先使用过 0.2 根据管路查表得△e= 0.3 mm 1、Re≤2320时，λ = 1.02E-04 3 5 2、3× 10 ＜Re＜10 时，λ = 1.12E-02 3、105＜Re＜3× 106时，λ = 4、Re＞3× 10 时，λ = 由于雷诺数Re= 故λ = 故沿程阻力损失hf=
水泵扬程计算及管道阻力损失计算
以上的管路阻力和水泵扬程的计算皆可用估算及查表的方法快速求得，详细计算过程及结果如下：
冷冻水泵的扬程估算：
1. 冷水机组阻力：60—100kpa（取100kpa即10m水柱）
2. 管路阻力：制冷机房，除污器、集水器、分水器及管路等的阻力：
50kpa （5m 水柱）；
取输配侧管路长度250m,其比摩阻200pa/m.
则摩擦阻力为：250X200=50000pa=50kpa （5m 水柱）考虑输配侧的局部阻力为摩擦阻力的50%,则局部阻力为=25kpa （2. 5m 水柱）
统计管路的总阻力为:50+50+25=125kpa （12.5m水柱）。
3. 空调末端装置阻力：20—50kpa （取20kpa即2m水柱）
4. 调节阀的阻力：40kpa （4m水柱）
冷冻水系统的各部分阻力之和为：80+110+50+40=280kpa（28m水柱）冷冻水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H=31m冷却水泵扬程估算:
1. 冷水机组阻力：60—100kpa （10）
2. 管路阻力：制冷机房，除污器及管路等的阻力：30kpa
取输配侧管路长度100m,其比摩阻200pa/m.
则摩擦阻力为:100200=20000pa=20kpa （2m 水柱）
考虑输配侧的局部阻力为摩擦阻力的50%,则局部阻力为=10kpa
统计管路的总阻力为：30+20+10=60kpa （6m水柱）
3. 调节阀的阻力：40kpa 冷却水系统的各部分阻力之和为：
80+60+40=180kpa （18m水柱）设冷却塔进出水高差为4m,则总阻力和为20m水柱。
水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H二二22m.。
管道阻力的基本计算方法
管道阻力计算空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：ρλ242v R R s m ⨯= (5—3) 式中 Rm ——单位长度摩擦阻力，Pa ／m ；υ——风管内空气的平均流速，m ／s ；ρ——空气的密度，kg ／m 3；λ——摩擦阻力系数；Rs ——风管的水力半径，m 。
对圆形风管：4D R s =(5—4)式中 D ——风管直径，m 。
对矩形风管 )(2b a abR s += (5—5)式中 a ，b ——矩形风管的边长，m 。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力ρλ22v D R m ⨯= (5—6) 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：)Re 51.27.3lg(21λλ+-=D K (5—7)式中 K ——风管内壁粗糙度，mm ；Re ——雷诺数。
υvd=Re (5—8)式中 υ——风管内空气流速，m ／s ；d ——风管内径，m ；ν——运动黏度，m 2／s 。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
图5—2 圆形钢板风管计算线解图[例] 有一个10m 长薄钢板风管，已知风量L ＝2400m 3／h ，流速υ＝16m ／s ，管壁粗糙度K ＝0．15mm ，求该风管直径d 及风管摩擦阻力R 。
管路阻力计算公式
管路阻力计算公式管路阻力是指液体在管道内流动时所受到的阻碍，其大小取决于流体的性质、管道的几何尺寸和流动的条件。
在实际工程中，准确计算管路阻力对于流体输送和工艺设计至关重要。
下面将介绍管路阻力的计算公式。
1.法氏公式法氏公式是计算管道流动阻力最常用的公式之一、它适用于圆形截面的水平、直立管道以及部分较短的水平、上升弯头。
其计算公式如下：ΔP=λ(L/D)(ρV^2/2)其中，ΔP为管道中的压力损失，单位为帕斯卡(Pa)；λ为摩擦阻力系数，根据管道的材料及条件可以查表或参考标准值；L为管道的长度，单位为米(m)；D为管道的内径，单位为米(m)；ρ为流体的密度，单位为千克/立方米(kg/m^3)；V为流体的流速，单位为米/秒(m/s)。
2.公因数法公因数法是另一种计算管道阻力的常用方法，适用于两端是同一直径的水平、上升和下降的圆管。
其计算公式如下：ΔP=KρV^2/2其中，ΔP为压力损失，单位为帕斯卡(Pa)；K为公因数，其具体数值根据管道的条件可查表或参考标准值；ρ为流体的密度，单位为千克/立方米(kg/m^3)；V为流体的流速，单位为米/秒(m/s)。
3.长度加速度法长度加速度法适用于水平直管或上升/下降弯头的计算中。
其计算公式如下：ΔP=1/2ρv^2(fL+g)其中，ΔP为压力损失，单位为帕斯卡(Pa)；ρ为流体的密度，单位为千克/立方米(kg/m^3)；v为流体的流速，单位为米/秒(m/s)；f为管道长度与管径之比；L为管道长度，单位为米(m)；g为液体的头压。
4.简化法式对于实际工程中的一些简化计算，可以采用以下常见的简化公式：-窄圆管公式：ΔP=32μLV/D^2，其中μ为动力黏度；-多种流状态公式：ΔP=αρV^2/2，其中α为系数；-工程系数法式：ΔP=βρV^2/2，其中β为系数。
需要注意的是，以上列出的公式都是针对一些特定条件下的近似计算公式，实际计算中需要结合具体的工程情况和流体参数，选择合适的公式进行计算。
管线阻力计算
管线阻力计算例如：选一台泵在流量20 m3/h，粘度3000 cst，长度150 米，爬高10 米，其中有弯头8 个，阀门2 个。
计算在管径为2”,3”,4”时的阻力降。
阻力降= （管线长度+（阀门+弯头+过滤器+变径等）当量长度）×阻力系数当量长度：查表PAGE 510.26,根据弯头阀门过滤器形式，口径，画一条线找到对应的当量长度。
4”管路长度：150 米=492 feet4”球阀：120 Ft(英尺)*24”弯头：10 Ft(英尺)*84”过滤器：10 Ft (英尺)爬高10 米=1 Bar (即kg/cm2)阻力系数：20 m3/h，粘度3000 cst，管径4”对应的系数是：0.3 PSI/Ft （查表PAGE 510.13）4”管的合计阻力降= （492+120×2+10×8+10）Ft*0.3 PSI/Ft+1Bar= 246PSI+1Bar =16.9 Bar +1Bar=17.9 Bar（其中：1Bar=14.5PSI, 1cst=4.55SSU,1m=0.3048 Ft）mPa.s=CPS =1CSt×SG SG=介质密度/水密度阻力系数：20 m3/h，粘度3000 cst，管径3”对应的系数是：1 PSI/Ft （查表PAGE 510.13）3”管的合计阻力降= （492+90×2+8×8+8）FT*1 PSI/FT+1Bar=744PSI+1Bar =51.3 Bar +1Bar=52.3 Bar阻力系数：20 m3/h，粘度3000 cst，管径3”对应的系数是：3.97 PSI/Ft 2”管的合计阻力降= （492+60×2+4×8+6）FT*3.97 PSI/FT+1Bar=2580.5 PSI+1Bar =179 Bar。
管路上的局部阻力(附常用管件和阀件底局部阻力系数ζ值)
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
(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。