局部阻力計(jì)算

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1、局部損失的產(chǎn)生的原因及計(jì)算一、產(chǎn)生局部損失的原因產(chǎn)生局部損失的原因多種多樣，而且十分復(fù)雜，因此很難概括全面。這里結(jié)合幾種常見的管道來說明。（）（）圖4.9局部損失的原因?qū)τ谕蝗粩U(kuò)張的管道，由于流體從小管道突然進(jìn)入大管道如圖4.9（）所示，而且由于流體慣性的作用，流體質(zhì)點(diǎn)在突然擴(kuò)張?zhí)幉豢赡荞R上貼附于壁面，而是在拐角的尖點(diǎn)處離開了壁面，出現(xiàn)了一系列的旋渦。進(jìn)一步隨著流體流動(dòng)截面面積的不斷的擴(kuò)張，直到2截面處流體充滿了整個(gè)管截面。在拐角處由于流體微團(tuán)相互之間的摩擦作用，使得一部分機(jī)械能不可逆的轉(zhuǎn)換成熱能，在流動(dòng)過程中，不斷

2、地有微團(tuán)被主流帶走，同時(shí)也有微團(tuán)補(bǔ)充到拐角區(qū)，這種流體微團(tuán)的不斷補(bǔ)充和帶走，必然產(chǎn)生撞擊、摩擦和質(zhì)量交換，從而消耗一部分機(jī)械能。另一方面，進(jìn)入大管流體的流速必然重新分配，增加了流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并導(dǎo)致流體的進(jìn)一步的摩擦和撞擊。局部損失就發(fā)生在旋渦開始到消失的一段距離上。圖4.9（）給出了彎曲管道的流動(dòng)。由于管道彎曲，流線會(huì)發(fā)生彎曲，流體在受到向心力的作用下，管壁外側(cè)的壓力高于內(nèi)側(cè)的壓力。在管壁的外側(cè)，壓強(qiáng)先增加而后減小，同時(shí)內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)先減小后增加，這樣流體在管內(nèi)形成螺旋狀的交替流動(dòng)。綜上所述，碰撞和旋渦是產(chǎn)生局部損失的

3、主要原因。當(dāng)然在1-2之間也存在沿程損失，一般來說，局部損失比沿程損失要大得多。在測(cè)量局部損失的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際上也包括了沿程損失。二、局部損失的計(jì)算如前所述，單位重量流體的局部能量損失以表示式中，—局部損失（阻力）系數(shù)，是一個(gè)無量綱的系數(shù)，它的大小與局部障礙物的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)確定?！苤械钠骄俣龋ㄍǔＶ妇植繐p失之后的速度）。局部壓強(qiáng)損失為式中，—流經(jīng)局部障礙物前后的壓強(qiáng)差（或總壓差）。1.突然擴(kuò)張管道的局部損失計(jì)算由于產(chǎn)生局部損失的情況多種多樣以及其流動(dòng)情況的復(fù)雜性，所以對(duì)于大多數(shù)情況局部損失只能通過實(shí)驗(yàn)來確定

4、。只有極少數(shù)情況下的局部損失可以進(jìn)行理論計(jì)算。對(duì)于突然擴(kuò)大的情況，可以通過理論推導(dǎo)得到局部損失的計(jì)算公式。流體在如圖4.9（）所示的突然擴(kuò)張的管道內(nèi)流動(dòng)，由于流體的碰撞、慣性和附面層的影響，在拐角區(qū)形成了旋渦，引起能量損失。由圖可見，流體到2截面充滿整個(gè)管道。取1-1和2-2截面以及側(cè)表面為控制體，并設(shè)截面1處的面積為，參數(shù)為；截面2處的面積為，參數(shù)為，則根據(jù)柏努力方程，有于是局部損失為對(duì)1-1和2-2截面運(yùn)用連續(xù)方程，即對(duì)所取得控制面應(yīng)用動(dòng)量方程，考慮到1-1和2-2截面之間的距離比較短，通?？梢圆挥?jì)側(cè)表面上的表面

5、力，于是動(dòng)量方程可寫為將動(dòng)量方程和連續(xù)方程代入的表達(dá)式得令，，則局部損失可寫為（4.35）式中，分別表示局部損失（阻力）系數(shù)。式（4.35）表明，用公式計(jì)算局部損失時(shí)，采用的速度可以是損失前的也可以是損失后的，但局部損失系數(shù)也不同。由式（4.35）及局部損失系數(shù)的表達(dá)式可以看出，突然擴(kuò)大的局部損失系數(shù)僅與管道的面積比有關(guān)而與雷諾數(shù)無關(guān)，實(shí)際上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在雷諾數(shù)不很大時(shí)，局部損失系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大而減小，只有當(dāng)雷諾數(shù)足夠大（流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)）后，局部損失系數(shù)才與雷諾數(shù)無關(guān)。下面給出的幾種比較常見的局部損失系

6、數(shù)的計(jì)算，且一般情況下，局部損失系數(shù)均指對(duì)應(yīng)發(fā)生損失后的速度給出的。2.漸擴(kuò)管流體流過逐漸擴(kuò)張的管道時(shí)，由于管道截面積的逐漸擴(kuò)大，使得流速沿流向減小，壓強(qiáng)增高，且由于粘性的影響，在靠近壁面處，由于流速小，以至于動(dòng)量不足以克服逆壓的倒推作用，因而在靠近壁面處出現(xiàn)倒流現(xiàn)象從而引起旋渦，產(chǎn)生能量損失。漸擴(kuò)管的擴(kuò)散角越大，旋渦產(chǎn)生的能量損失也越大，越小，要達(dá)到一定的面積比所需要的管道也越長，因而產(chǎn)生的摩擦損失也越大。所以存在著一個(gè)最佳的擴(kuò)散角。在工程中，一般取，其能量損失最小。在左右損失最大。漸擴(kuò)管的局部損失系數(shù)為（4.36

7、）3.突然縮小管道圖4.10突然縮小的管道流體在突然縮小的管道中流動(dòng)如圖4.10所示，當(dāng)管道的截面積突然收縮時(shí)，流體首先在大管的拐角處發(fā)生分離，形成分離區(qū)，然后在小管內(nèi)也形成一個(gè)分離區(qū)。最后才占據(jù)管道的整個(gè)截面。局部損失系數(shù)的確定可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為（4.37）在特殊情況下，，即流體從一個(gè)大容器進(jìn)入管道且進(jìn)口處具有尖銳的邊緣時(shí)，局部損失系數(shù)為。若將進(jìn)口處的尖銳邊緣改成圓角后，則局部損失系數(shù)隨著進(jìn)口的圓滑程度而大大降低，對(duì)于圓形勻滑的邊緣；入口極圓滑時(shí)。4.漸縮管為了減小突然縮小的流動(dòng)損失，通

8、常采用漸縮管。在漸縮管中，流線不會(huì)脫離壁面，因此流動(dòng)阻力主要是沿流程的摩擦引起的。對(duì)應(yīng)于縮小后的流速的局部損失系數(shù)為，由此可見，在漸縮管中的流動(dòng)損失很小。5.彎管圖4.11流體在彎管內(nèi)的流動(dòng)在彎管內(nèi)的流動(dòng)由于流體的慣性，流體在流過彎管時(shí)內(nèi)外壁面的壓力分布不同而流線發(fā)生彎曲，流體受到向心力的作用，這樣，彎管外側(cè)的壓強(qiáng)就高于內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)如圖4.11所