局部阻力計(jì)算.pdf

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1、4．4。1局部損失得產(chǎn)生得原因及計(jì)算一、產(chǎn)生局部損失得原因產(chǎn)生局部損失得原因多種多樣,而且十分復(fù)雜，因此很難概括全面。這里結(jié)合幾種常見得管道來說明。（)(）圖4、９局部損失得原因?qū)τ谕蝗粩U(kuò)張得管道,由于流體從小管道突然進(jìn)入大管道如圖４、９()所示，而且由于流體慣性得作用，流體質(zhì)點(diǎn)在突然擴(kuò)張?zhí)幉豢赡荞R上貼附于壁面，而就是在拐角得尖點(diǎn)處離開了壁面，出現(xiàn)了一系列得旋渦.進(jìn)一步隨著流體流動(dòng)截面面積得不斷得擴(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)相互之間得摩擦作用，使得一部分機(jī)械能不可逆得轉(zhuǎn)換成熱能，在流動(dòng)過程中,不斷地有微團(tuán)被主流帶走，同

2、時(shí)也有微團(tuán)補(bǔ)充到拐角區(qū)，這種流體微團(tuán)得不斷補(bǔ)充與帶走，必然產(chǎn)生撞擊、摩擦與質(zhì)量交換,從而消耗一部分機(jī)械能.另一方面，進(jìn)入大管流體得流速必然重新分配，增加了流體得相對運(yùn)動(dòng),并導(dǎo)致流體得進(jìn)一步得摩擦與撞擊.局部損失就發(fā)生在旋渦開始到消失得一段距離上。圖4、9(）給出了彎曲管道得流動(dòng)。由于管道彎曲,流線會(huì)發(fā)生彎曲,流體在受到向心力得作用下，管壁外側(cè)得壓力高于內(nèi)側(cè)得壓力。在管壁得外側(cè),壓強(qiáng)先增加而后減小，同時(shí)內(nèi)側(cè)得壓強(qiáng)先減小后增加,這樣流體在管內(nèi)形成螺旋狀得交替流動(dòng)。綜上所述,碰撞與旋渦就是產(chǎn)生局部損失得主要原因．當(dāng)然在１—2之間也存在沿程損失，一般來說,局

3、部損失比沿程損失要大得多。在測量局部損失得實(shí)驗(yàn)中,實(shí)際上也包括了沿程損失。二、局部損失得計(jì)算如前所述,單位重量流體得局部能量損失以表示式中,—局部損失(阻力）系數(shù),就是一個(gè)無量綱得系數(shù)，它得大小與局部障礙物得結(jié)構(gòu)形式有關(guān),由實(shí)驗(yàn)確定?！苤械闷骄俣?通常指局部損失之后得速度）．局部壓強(qiáng)損失為式中,—流經(jīng)局部障礙物前后得壓強(qiáng)差（或總壓差)。１、突然擴(kuò)張管道得局部損失計(jì)算由于產(chǎn)生局部損失得情況多種多樣以及其流動(dòng)情況得復(fù)雜性,所以對于大多數(shù)情況局部損失只能通過實(shí)驗(yàn)來確定。只有極少數(shù)情況下得局部損失可以進(jìn)行理論計(jì)算。對于突然擴(kuò)大得情況,可以通過理論推導(dǎo)得到

4、局部損失得計(jì)算公式.流體在如圖4、９（)所示得突然擴(kuò)張得管道內(nèi)流動(dòng),由于流體得碰撞、慣性與附面層得影響，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與2－2截面以及側(cè)表面為控制體,并設(shè)截面1處得面積為，參數(shù)為;截面2處得面積為,參數(shù)為，則根據(jù)柏努力方程，有于就是局部損失為對1—1與2—２截面運(yùn)用連續(xù)方程,即對所取得控制面應(yīng)用動(dòng)量方程，考慮到1—1與2－2截面之間得距離比較短，通常可以不計(jì)側(cè)表面上得表面力，于就是動(dòng)量方程可寫為將動(dòng)量方程與連續(xù)方程代入得表達(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

5、力)系數(shù)。式（4、3５)表明,用公式計(jì)算局部損失時(shí)，采用得速度可以就是損失前得也可以就是損失后得,但局部損失系數(shù)也不同。由式（4、3５)及局部損失系數(shù)得表達(dá)式可以瞧出,突然擴(kuò)大得局部損失系數(shù)僅與管道得面積比有關(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)得增大而減小,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).下面給出得幾種比較常見得局部損失系數(shù)得計(jì)算,且一般情況下，局部損失系數(shù)均指對應(yīng)發(fā)生損失后得速度給出得。2、漸擴(kuò)管流體流過逐漸擴(kuò)張得管道時(shí)，由于管道截面積得逐漸擴(kuò)大，使得流速沿流向減

6、小,壓強(qiáng)增高，且由于粘性得影響,在靠近壁面處,由于流速小,以至于動(dòng)量不足以克服逆壓得倒推作用,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)管得擴(kuò)散角越大，旋渦產(chǎn)生得能量損失也越大,越小，要達(dá)到一定得面積比所需要得管道也越長,因而產(chǎn)生得摩擦損失也越大。所以存在著一個(gè)最佳得擴(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)管得局部損失系數(shù)為(4、36)３、突然縮小管道圖4、1０突然縮小得管道流體在突然縮小得管道中流動(dòng)如圖４、10所示,當(dāng)管道得截面積突然收縮時(shí),流體首先在大管得拐角處發(fā)生分離,形成分離區(qū)，然后在小管內(nèi)也形成一個(gè)分

7、離區(qū)。最后才占據(jù)管道得整個(gè)截面。局部損失系數(shù)得確定可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。對于不可壓縮流動(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)口處具有尖銳得邊緣時(shí)，局部損失系數(shù)為。若將進(jìn)口處得尖銳邊緣改成圓角后,則局部損失系數(shù)隨著進(jìn)口得圓滑程度而大大降低，對于圓形勻滑得邊緣；入口極圓滑時(shí)．4、漸縮管為了減小突然縮小得流動(dòng)損失,通常采用漸縮管。在漸縮管中,流線不會(huì)脫離壁面,因此流動(dòng)阻力主要就是沿流程得摩擦引起得.對應(yīng)于縮小后得流速得局部損失系數(shù)為,由此可見,在漸縮管中得流動(dòng)損失很小.5、彎管圖4、11流體在彎管內(nèi)得流動(dòng)在彎管內(nèi)得流動(dòng)由于流體

8、得慣性，流體在流過彎管時(shí)內(nèi)外壁面得壓力分布不同而流線發(fā)生彎曲，流體受到向心力得作用,這樣,彎管外側(cè)得壓強(qiáng)就高