研究表明,流体在管道中流动时,沿程损失hf与下列的因素有关:
①管道的内直径d和它的长度l;
②流体的物理性质密度ρ和黏度μ;
③流体在管道中的断面平均流速v;
④管道壁面粗糙的平均凸起高度Δ。
上列各物理量之间的一般函数关系为
Δp=f(v,d,μ,ρ,l,Δ) (6.1)
式中,Δp为在管段长度l内流体的压强损失,与沿程损失的关系式为
Δp=γhf (6.2)
式(6.1)的函数关系是未知的,也可写为
注意沿程损失总是与所讨论的流段长度成正比例的。包括在式(6.3)中的物理量n=6。基本量纲m=3,即长度L、时间T及质量M。按照π定理,式(6.3)可写成含(n-m=3)个量纲一的关系式,即
在式(6.3)中选取d、v及ρ作为基本物理量,则式(6.4)中的量纲一的数π1,π2,π3分别为
根据量纲分析,不难求得各自的指数x,y,z,得
将π1,π2及π3代入式(6.4)得(www.daowen.com)
因为所关注的是沿程损失,所以这个方程可写为
或
根据式(6.2),有
注意式中,代入并令
则得沿程损失的计算公式为
式中,λ称为沿程阻力系数或沿程摩阻系数,是一个无因次数,其规律及计算将在后面讨论。
式(6.6)表明,流体在管道中流动时,hf随平均流速的增大而增大,与管道长度成正比,与直径成反比。此式是达西⁃魏斯巴赫(Darcy⁃weisbach)1857年根据实验观测资料和实践经验首先总结、归纳出来的,称为达西公式。
对局部阻力及局部损失规律而言,尽管局部装置本身各种各样,但它发生的原因是共同的,即流体的变形和黏滞性共同作用引起。它的计算公式表示为如下形式,即
式中,ζ称为局部阻力系数,是一个无因次数;v在没有说明时,指通过局部装置后的平均流速。式(6.7)的含义十分明显,它将局部损失折合成速度头的倍数,其倍数就是局部阻力系数ζ。
在管道系统中,通常由不同直径的管段和各种管道配件组成,依照总流伯努利方程,两断面间的阻力损失应按叠加原理计算,即
式中 ∑hf——相连接的各管段的沿程损失的总和;
∑hj——管道中所有局部损失的总和。
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