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阀门管内流体流动的阻力论文诸暨

玮光五金网 2022-07-19 18:23:04

阀门-管内流体流动的阻力论文

阀门-管内流体流动的阻力论文 2011: 流体本身具有粘性,流体流动时因产生内摩擦力而消耗能量,是流体阻力损失产生的根本原因。而管道的大小、内壁的形状、粗糙度等又影响着流体流动的状况,是流体阻力产生的外部条件。关于粘性、流速等流体的物理性质,前面已讨论,本节介绍管路与系统的管、管件、阀门开始,进而讨论流体的流动形态和管内流体流动阻力的定量计算。

1. 管、管件及阀门简介

(1) 管

管子的种类繁多。化工生产中广泛使用的有铸铁管、钢管、特殊钢管、有色金属管、塑料管及橡胶管等。钢管又分有缝钢管和无缝钢管,前者多用低碳钢制成;后者的材料有普通碳钢、优质碳钢以及不锈钢等。铸铁管常用于埋在地下的给水总管、煤气管及污水管等。

实际上,即使是同样材料制造的管道,由于使用时间的长短、腐蚀及沾污程度的不同,管壁的粗糙度会产生很大的差异。管壁粗糙面凸出部分的平均高度,称为绝对粗糙度,以ε表示。绝对粗糙度ε与管内径d的比值 /d,称为相对粗糙度。表3—1列出了某些工业管道的绝对粗糙度。

阀门安装于管道中用以切断流动或调节流量。常用的阀门有截止阀、闸阀和止逆阀等。

① 截止阀截止阀构造,它是依靠阀杆的上升或下降,以改变阀盘与阀座的距离,从而达到切断流动或调节流量的目的。截止阀构造比较复杂,在阀体部分流体的流动方向经数次改变,流动阻力较大。但这种阀门严密可靠,且可较精密地调节流量,故常用于水蒸气、压缩空气及液体输送管道。

②闸阀闸阀又称为闸板阀。闸阀是利用间板的上升或下降来调节管路中流体的流量。闸阀的结构简单,流体阻力小,且不易为悬浮物所堵塞,所以常用于大直径管道。其缺点是闸阀阀体高,制造和检修较困难。

③止逆阀止逆阀又称为单向阀。它只允许流体单向流动。如图3—17所示。当流体自左向右流动时,阀自动开启;如流体反向流动时,阀自动关闭。止逆阀只在单向开关的特殊情况下使用。

2. 流动的形态

(1)两种流动形态

为了解流体在管内流动状况及其影响因素,雷诺设计的实验可直接观察到两种不同的流动形态。雷诺实验装置,水箱2内有溢流装置,以维持实验过程中液面的恒定。在水箱的底部安装一段入口呈喇叭状等径的水平玻璃管4,管出口处装有调节阀门5调节出水流量。水箱正上方装有带阀门的盛有红色墨水的玻璃瓶1,红墨水由导管经过安置在水平玻璃管中心位置的细针头3流入管内。

当阀门5稍开,水在玻璃管中的流速不大时,从针头引到水流中心的红色墨水呈一条直线,平稳地流过整根玻璃管,,这表明水的质点是彼此平行的沿着管轴的方向作直线运动,质点与质点之间互不混合。充满玻璃管内的水流如同一层层平行于管壁的圆筒形薄层,各层以不同的流速向前运动,这种流动形态称为滞流或层流。

当开大阀门5使水的流速逐渐加大到一定数值时,会观察到红色墨水的细线开始出现波动,若使流速继续增大,当达到某一临界值时,细线便完全消失,红墨水流出针头后随即散开,与水完全混合,使整根玻璃管中水流呈现均匀的红色,表明水的质点除了沿着管道向前流动以外,各质点还作不规则的紊乱运动,且彼此相互碰撞,互相混合,水流质点除了沿管轴方向流动外,还有径向的复杂运动,这种流动形态称为湍流或紊流。

(2)流动形态的判据

通过不同流体和不同管径进行的大量实验表明,影响流体流动的因素除了流速u外,还有流体流过的通道管径d的大小,以及流体的物理性质如粘度 和密度 。雷诺将上述四个因素归纳为一个特征数,称为雷诺数

可见,雷诺数是量纲为一的数群,是一个特征数,计算时注意式中各个物理量必须采用统一的单位制。

实验发现,流体在直管中流动时,当Re<2 000,流体流动形态为滞流;当 Re≥4 000时,流体流动形态为湍流;而当2000<Re<4000时,流体的流动则认为处于一种过渡状态,可以是滞流,也可以是湍流,取决于流动的外部条件。如在管道的入口处、管道直径或方向改变或外来的轻微扰动,都易促成湍流的产生,这种情况下在相关问题的处理时为留有余量,往往将过渡状态当湍流对待。滞流和湍流是两种本质不同的流动形态,两者在一定条件下可以相互转化。流体流动阻力的大小与雷诺数有直接联系,流体流动的雷诺数越大,流体的湍动程度越大,流动阻力也愈大。

 

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