四、? 流體阻力的計(jì)算原則
如前所述,影響流體阻力大小的因素有流體物性、流體的流動(dòng)形態(tài)和流動(dòng)的邊界條件等。根據(jù)流動(dòng)邊界條件的不同可以將流體阻力分為直管阻力和局部阻力,總流體阻力等于所有直管阻力與所有局部阻力之和。
(1)直管阻力? 是流體在直徑不變的管路中流動(dòng)時(shí),因?yàn)榭朔Σ炼牡哪芰浚步醒爻套枇?。直管阻力由范寧公式?jì)算,表達(dá)式為
式中? Ef/——直管阻力,J/kg;
λ——摩擦系數(shù),也稱摩擦因數(shù),無(wú)因次,其值主要與雷諾數(shù)和管子的粗糙程度有關(guān),可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或查圖獲得;
l——直管的長(zhǎng)度,m;
d——直管的內(nèi)徑,m;
u——流體在管內(nèi)的流速,m/s。
(2)局部阻力? 是流體流過(guò)管件、閥件、變徑、出人口等局部元件時(shí),因?yàn)榱魍ń孛娣e突然變化而引起的能量損失。由于各元件結(jié)構(gòu)不同,因此造成阻力的狀況也不完全相同,目前只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算局部阻力,主要局部阻力系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度法兩種。
1)局部阻力系數(shù)法? 此法把局部阻力正/看成是流體動(dòng)能的某一倍數(shù),即
式中? 正/——局部阻力,J/kg;
L—局部阻力系數(shù),無(wú)因次,可實(shí)驗(yàn)測(cè)定或從圖表中查取;
u——流體在局部元件內(nèi)的流速,m/s。
2)當(dāng)量長(zhǎng)度法? 此法把局部阻力視作為一定長(zhǎng)度直管的直管阻力,再按直管阻力的計(jì)算方法計(jì)算,即:
式中? le——局部元件的當(dāng)量長(zhǎng)度,m,它是與局部元件阻力相等的直管長(zhǎng)度,通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或由圖表查?。?/span>
其他符號(hào)同前。
(3)總阻力? 在化工管路上,可能會(huì)有若干個(gè)不同管徑的直管,也會(huì)有多個(gè)局部元件,在計(jì)算總阻力時(shí),可以分別計(jì)算各部分的直管阻力或局部阻力,再相加。
五、? 減少流體阻力的措施
流體阻力越大,輸送流體的動(dòng)力消耗也越大,介質(zhì)有可能在敝壓的危險(xiǎn)狀態(tài)下輸送流體。另一方面,流體阻力的增加還可能造成系統(tǒng)壓力的下降,嚴(yán)重時(shí)將影響工藝的過(guò)程的正常進(jìn)行,破壞系統(tǒng)的壓力平衡,因此,化工生產(chǎn)中為了保證流體的安全,平穩(wěn)運(yùn)行應(yīng)盡量減少流體阻力。從流體阻力計(jì)算公式可以看出,減少管長(zhǎng)、增大管徑、降低流速、簡(jiǎn)化管路和降低管壁面的粗糙度都是可以采取的措施。
(1)在滿足工藝要求的前提下,應(yīng)盡可能減短管路。
(2)在管路長(zhǎng)度基本確定的前提下,應(yīng)盡可能減少管件、閥件,盡量避免管路直徑的突變。
(3)在可能的情況下,可以適當(dāng)放大管徑,因?yàn)楫?dāng)管徑增加時(shí),在同樣的輸送任務(wù)下,流速顯著減少,流體阻力顯著減少可以減少流體靜電的產(chǎn)生。
(4)在被輸送介質(zhì)中加入某些物料,如丙烯酰胺、聚氧乙烯氧化物等,以減少介質(zhì)對(duì)管壁的腐蝕和雜物沉積,從而減少旋渦,使流體阻力減少。