流体阻力系数

n

关键字：2.2.4 流体流动阻力的计算

流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。

化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是管件、阀门等。相应流体流动阻力也分为两种：

直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力；

局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。

1. 流体在直管中的流动阻力

如图1-24所示，流体在水平等径直管中作定态流动。

在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程，

因是直径相同的水平管，

若管道为倾斜管，则

由此可见，无论是水平安装，还是倾斜安装，流体的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。

把能量损失表示为动能的某一倍数。

令

则（2-19）

式（2-19）为流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁（Fanning）公式。式中为无因次系数，称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。

根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式：

压头损失（2-20）

压力损失 (2-21)

值得注意的是，压力损失是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差意义不同，只有当管路为水平时，二者才相等。

应当指出，范宁公式对层流与湍流均适用，只是两种情况下摩擦系数不同。以下对层流与湍流时摩擦系数分别讨论。

（1）层流时的摩擦系数

流体在直管中作层流流动时摩擦系数的计算式：

（2-22）

即层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。

（2）湍流时的摩擦系数

（2-23）

图2-14 摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关系

即湍流时摩擦系数λ是Re和相对粗糙度的函数，如图2-14所示，称为莫狄（Moody）摩擦系数图。

2 局部阻力

局部阻力有两种计算方法：阻力系数法和当量长度法。

（1）阻力系数法

克服局部阻力所消耗的机械能，可以表示为动能的某一倍数，即

（2-24）

式中ζ称为局部阻力系数，一般由实验测定。常用管件及阀门的局部阻力系数见教材。

（2）当量长度法

将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成直径相同、长度为的直管所产生的阻力即

（2-25）

式中称为管件或阀门的当量长度。

同样，管件与阀门的当量长度也是由实验测定，有时也以管道直径的倍数表示。见教材。