四、 流体阻力的计算原则
如前所述,影响流体阻力大小的因素有流体物性、流体的流动形态和流动的边界条件等。根据流动边界条件的不同可以将流体阻力分为直管阻力和局部阻力,总流体阻力等于所有直管阻力与所有局部阻力之和。
(1)直管阻力 是流体在直径不变的管路中流动时,因为克服摩擦而消耗的能量,也叫沿程阻力。直管阻力由范宁公式计算,表达式为
式中 Ef/——直管阻力,J/kg;
λ——摩擦系数,也称摩擦因数,无因次,其值主要与雷诺数和管子的粗糙程度有关,可由实验测定或由经验公式计算或查图获得;
l——直管的长度,m;
d——直管的内径,m;
u——流体在管内的流速,m/s。
(2)局部阻力 是流体流过管件、阀件、变径、出人口等局部元件时,因为流通截面积突然变化而引起的能量损失。由于各元件结构不同,因此造成阻力的状况也不完全相同,目前只能通过经验方法计算局部阻力,主要局部阻力系数和当量长度法两种。
1)局部阻力系数法 此法把局部阻力正/看成是流体动能的某一倍数,即
式中 正/——局部阻力,J/kg;
L—局部阻力系数,无因次,可实验测定或从图表中查取;
u——流体在局部元件内的流速,m/s。
2)当量长度法 此法把局部阻力视作为一定长度直管的直管阻力,再按直管阻力的计算方法计算,即:
式中 le——局部元件的当量长度,m,它是与局部元件阻力相等的直管长度,通常由实验测定或由图表查取;
其他符号同前。
(3)总阻力 在化工管路上,可能会有若干个不同管径的直管,也会有多个局部元件,在计算总阻力时,可以分别计算各部分的直管阻力或局部阻力,再相加。
五、 减少流体阻力的措施
流体阻力越大,输送流体的动力消耗也越大,介质有可能在敝压的危险状态下输送流体。另一方面,流体阻力的增加还可能造成系统压力的下降,严重时将影响工艺的过程的正常进行,破坏系统的压力平衡,因此,化工生产中为了保证流体的安全,平稳运行应尽量减少流体阻力。从流体阻力计算公式可以看出,减少管长、增大管径、降低流速、简化管路和降低管壁面的粗糙度都是可以采取的措施。
(1)在满足工艺要求的前提下,应尽可能减短管路。
(2)在管路长度基本确定的前提下,应尽可能减少管件、阀件,尽量避免管路直径的突变。
(3)在可能的情况下,可以适当放大管径,因为当管径增加时,在同样的输送任务下,流速显著减少,流体阻力显著减少可以减少流体静电的产生。
(4)在被输送介质中加入某些物料,如丙烯酰胺、聚氧乙烯氧化物等,以减少介质对管壁的腐蚀和杂物沉积,从而减少旋涡,使流体阻力减少。